linux 電源管理

1.概述

雖然linux可以在任何一臺386以上的PC上運行，目前大多數人使用的都是新型的，帶有各種外設的桌面PC或者筆記本電腦，這樣，電源管理功能(PM)就逐漸變得越來越重要。在筆記本電腦上電源管理可以節能，延長電池壽命，而在桌面PC上它可以降低幅射，降溫，延長外設使用壽命。現在的操作系統大都內置了電源管理支持，例如Windows和Linux。

2.PC機實現電源管理的方法

要實現電源管理，最重要的有兩點：第一是需要設備本身支持節電功能，比如硬盤，可以通過指令暫時關閉；第二是需要操作系統支持電源管理，這樣就可以在空閑一段時間之后調用驅動的電源管理功能關閉設備。

兩種電源管理標準：APM和ACPI

傳統的APM(AdvancedPowerManagement)是一種基于bios的電源管理標準，目前的最新版本是1.2，它提供了CPU和設備電源管理的功能，但是由于這種電源管理方式主要是由bios實現，所以有些缺陷，比如對bios的過度依賴，新老bios之間的不兼容性，以及無法判斷電源管理命令是由用戶發起的還是由bios發起的，對某些新硬件如USB和1394的不支持性。

為了彌補APM的缺陷，新的電源管理ACPI應運而生，這就是ACPI(AdvancedConfigurationandPowerInterface)，它主要是將電源管理的主要執行者由bios轉換成為操作系統，這樣可以提供更大的靈活性以及可擴展性。

目前的PC機主板一般同時支持APM和ACPI兩種標準。

3.linux對電源管理的支持

內核模塊

針對APM和ACPI兩種不同的標準，linux內核提供了兩個不同的模塊來實現電源管理功能，這就是apm和acpi。需要注意，apm和acpi是互相沖突的兩個模塊，用戶在同一時間內只能加載其中之一，如果當他們在加載的時候發現二者之一已經加載，就會自動退出。

在官方發布的內核中APM是較為成熟的電源管理方式，可以完成在Windows下ACPI所能完成的大部分功能。由于官方內核中ACPI的功能比較有限，目前還處于開發版狀態。所以當前的大多數distribution，如紅帽子默認就使用了apm作為電源管理方式。但是值得注意的是linux中的ACPI實際上是由一個單獨的項目小組模塊進行維護的，當前內核ACPI的版本實際上已經遠遠落后于最新的版本。由于linux穩定版中對任何新特性的加入都非常謹慎小心，所以我們也許只能等到2.6.x版本的linux誕生后才能看到ACPI的穩定全功能版了。不過我們也可以自己對內核打最新的ACPI補丁來獲得這些功能。

下面對電源管理的介紹以APM為主。

用戶態Daemon

為了讓linux內核中的電源管理功能夠更好的被利用，我們還需要用戶態daemon程序的配合。針對APM和ACPI，分別有apmd和acpid兩個不同軟件。他們實現的功能比較類似，都是允許用戶預先定義某些策略，然后跟蹤電源狀態，執行特定的操作。在apmd軟件包中還有一個工具apm，用戶可以用它使機器主動進入standby和suspend狀態，還可以查詢bios的apm版本號。在使用acpi時直接對proc文件系統進行操作即可完成同樣的功能。

4.linux下驅動的電源管理機制

在linux下不必為驅動分別編寫與APM和ACPI相對應的代碼，linux與Windows類似，為驅動提供了統一的電源管理接口。驅動只要實現了這些接口，就可以實現電源管理的功能。操作系統在它認為合適的時候就會通知驅動完成這些操作。

實現設備電源管理接口主要需要實現以下5點：


1)使用pm_register對設備的每個實例(instance)進行注冊；
2)在對硬件進行操作之前調用pm_access(這樣會保證設備已被喚醒并且處于ready狀態)；
3)用戶自己的pm_callback函數在系統進入suspend狀態(ACPID1-D3)，或者從suspend狀態恢復(ACPID0)的時候會被調用；
4)當設備不在被使用的時候調用pm_dev_idle函數，這個操作是可選的，可以增強設備idle狀態的監測能力；
5)當被unload的時候，使用pm_unregister來取消設備的注冊。

5.對APM進行編程

下面介紹在實模式中和在linux下使用APM功能的編程方法：

由于APM是由bios提供的，我們可以直接在實模式(如DOS下)調用int15軟中斷來進行電源管理操作。

在實模式下APM的standby、suspend和poweroff功能分別可以通過下面的匯編語言實現：
standby：
mov ax, 5307H
mov bx, 1
mov cx, 1
int 15H
suspend:
改成 mov cx,2
poweroff:
改成 mov cx,3

需要注意的一件事是在linux內核中沒有使用和實模式的一樣的方法來調用int 15H中斷，而是直接調用了bios的保護模式接口。所以我們如果修改了bios中的apm相關代碼并且沒有處理好保護模式接口的問題，可以出現這樣的情況：在實模式DOS下使用apm功能一切正常，但是在linux下調用apm功能發生內核一般保護性錯誤。

在linux下我們可以通過對apm_bios設備的操作來完成同樣的功能。

下面的代碼可以實現APM的suspend功能，等價于apm -s

#include stdio.h>#include unistd.h>#include stdlib.h>#include asm/fcntl.h>#include linux/types.h>#include sys/types.h>#include "apm.h"int main(){int fd, res;fd = open("/dev/apm_bios", O_RDWR);if (fd  0) {printf("open /dev/apm_bios error!");exit(-1);}sync();res = ioctl(fd, APM_IOC_SUSPEND, NULL);if (res != 0) {printf("ioctl error!");close(fd);exit(-1);}close(fd);return 0;}

如果我們把上面程序中的SUSPEND改成STANDBY，我們就同樣實現了apm -S的功能。

在linux下POWEROFF操作有其獨特的流程，最后根據內核中apm或者acpi的存在情況來執行相應不同的流程來關閉電源。請參見linux內核源碼，我寫的《linux關機重啟流程分析》中也有一定的介紹。

6.常見問題(FAQ)

1)我的系統不能被suspend，這是怎么回事呢？

系統在suspend之前會向所有的驅動發消息，如果這個時候某個傲慢的驅動返回了一個-EBUSY，那么這次suspend的企圖就被這個驅動否決了，你只有過一會再試，如果這個驅動總是否決(真是蠻橫，不過它也許有自己的苦衷也說不定)，你就永遠都無法suspend了。

2)我按下系統的POWEROFF開關，在ATX的主板上，系統就會自動關機了，這個處理流程是什么樣子的呢？

在內核APM模塊中建立了一個核心態線程不停的監測系統狀態，用戶的關機動作在這里被截獲后處理。詳細的流程可以參見本人的《linux關機重啟流程分析》。

3)linux中電源管理的文檔在哪里？

在linux/Documentation目錄下的pm.txt中詳細定義了linux驅動電源管理接口實現方式，并且有詳細的例子，apm和acpi的實現流程需要參見linux源碼的實現。

7.總結

linux中的電源管理是發展中的代碼。從目前的趨勢來看ACPI終將取代APM。現在使用APM則是較為成熟和穩妥的方案。我們如果現在編寫驅動應該嚴格遵守文檔中的pm.txt所規定的接口，這樣可以使我們的驅動有較強電源管理的適應性和穩定性。