一、簡介
Android系統中定義了幾種低功耗狀態:earlysuspend、suspend、hibernation.
1) earlysuspend: 是一種低功耗的狀態,某些設備可以選擇進入某種功耗較低的狀態,比如 LCD可以降低亮度或滅掉;
2) suspend: 是指除電源管理以外的其他外圍模塊以及cpu均不工作,只有內存保持自刷新的狀態;
3) hibernation是指所有內存鏡像都被寫入磁盤中,然後系統關機,恢復後系統將能恢復到“關機”之前的狀態。是最徹底的低功耗模式,它把所有內存鏡像都寫入磁盤中,然後系統關機。該文件還在sysfs文件系統中創建了多個entry,分別是/sys/power/disk,/sys/power/resume和/sys/power/image_size,這樣用戶可以直接通過 sysfs 來控制系統進出hibernation狀態。這塊代碼跟標準Linux內核沒有什麼區別。
在打過android補丁的內核中, state_store()函數會走另外一條路,會進入到request_suspend_state()中, 這個文件在earlysuspend.c中. 這些功能都是android系統加的,後面會對earlysuspend和late resume 進行介紹。
二、用戶接口
電源管理內核層給應用層提供的接口就是sysfs 文件系統,所有的相關接口都通過sysfs實現。Android上層frameworks也是基於sysfs做了包裝,最終提供給Android java應用程序的是java類的形式。
Android系統會在sysfs裏面創建以entry:
/sys/power/state
/sys/power/wake_lock
/sys/power/wake_unlock
echo mem > /sys/power/state或echo standby > /sys/power/state: 命令系統進入earlysuspend狀態,那些註冊了early suspend handler的驅動將依次進入各自的earlysuspend 狀態。
echo on > /sys/power/state: 將退出early suspend狀態
echo disk > /sys/power/state: 命令系統進入hibernation狀態
echo lockname > /sys/power/wake_lock: 加鎖“lockname”
echo lockname > /sys/power/wake_unlock: 解鎖“lockname”
上述是分別加鎖和解鎖的命令,一旦系統中所有wakelock被解鎖,系統就會進入suspend狀態,可見Linux中原本使系統suspend 的操作(echo mem > /sys/power/state 等)在Android被替換成使系統進入early suspend;而wake lock 機制成爲用戶命令系統進入suspend狀態的唯一途徑。
三、Android 休眠(suspend)
1. 相關文件
• kernel/kernel/power/main.c
• kernel/kernel/power/earlysuspend.c
• kernel/kernel/power/wakelock.c
2. 特性介紹
1) Early Suspend
Early suspend 是android 引進的一種機制,這種機制在上游備受爭議,這裏不做評論。 這個機制作用是在關閉顯示的時候,一些和顯示有關的設備,比如LCD背光、重力感應器、 觸摸屏都會關掉,但是系統可能還是在運行狀態(這時候還有wake lock)進行任務的處理,例如在掃描 SD卡上的文件等。 在嵌入式設備中,背光是一個很大的電源消耗,所以android會加入這樣一種機制。
2) Late Resume
Late Resume 是和suspend 配套的一種機制,是在內核喚醒完畢開始執行的。主要就是喚醒在Early Suspend時休眠的設備。
3) Wake Lock
wake_lock 在Android的電源管理系統中扮演一個核心的角色。wake_lock是一種鎖的機制,只要有人拿着這個鎖,系統就無法進入休眠,可以被用戶態程序和內核獲得。這個鎖可以是有超時的或者是沒有超時的,超時的鎖會在超時以後自動解鎖。如果沒有鎖了或者超時了,內核就會啓動休眠的那套機制來進入休眠。
3. Android Suspend
main.c文件是整個框架的入口。用戶可以通過讀寫sys文件/sys/power/state實現控制系統進入低功耗狀態。用戶對於/sys/power/state的讀寫會調用到main.c中的state_store(),用戶可以寫入const char * const pm_states[] 中定義的字符串, 比如“on”,“mem”,“standby”,“disk”。
state_store()首先判斷用戶寫入的是否是“disk”字符串,如果是則調用hibernate()函數命令系統進入hibernation狀態。如果是其他字符串則調用request_suspend_state()(如果定義 CONFIG_EARLYSUSPEND)或者調用enter_state()(如果未定義CONFIG_EARLYSUSPEND)。 request_suspend_state()函數是android相對標準linux改動的地方,它實現在earlysuspend.c中。在標準linux內核中,用戶通過
sysfs 寫入“mem”和“standby”時,會直接調用enter_state()進入suspend模式,但在android中則會調用request_suspend_state()函數進入early suspend狀態。request_suspend_state()函數代碼如下:
- void request_suspend_state(suspend_state_t new_state)
- {
- unsigned long irqflags;
- int old_sleep;
- #ifdef CONFIG_PLAT_RK
- if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
- return;
- #endif
- spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
- old_sleep = state & SUSPEND_REQUESTED;
- if (debug_mask & DEBUG_USER_STATE) {
- struct timespec ts;
- struct rtc_time tm;
- getnstimeofday(&ts);
- rtc_time_to_tm(ts.tv_sec, &tm);
- pr_info("request_suspend_state: %s (%d->%d) at %lld "
- "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)\n",
- new_state != PM_SUSPEND_ON ? "sleep" : "wakeup",
- requested_suspend_state, new_state,
- ktime_to_ns(ktime_get()),
- tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
- tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
- }
- if (!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) {
- state |= SUSPEND_REQUESTED;
- //進入Early suspend處理,執行函數early_suspend
- queue_work(suspend_work_queue, &early_suspend_work);
- } else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
- state &= ~SUSPEND_REQUESTED;
- wake_lock(&main_wake_lock);
- //進入Late resume處理,執行函數late_resume
- queue_work(suspend_work_queue, &late_resume_work);
- }
- requested_suspend_state = new_state;
- spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
- }
4. Early Suspend
在early_suspend()函數中,首先會檢查現在請求的狀態還是否是suspend, 來防止suspend的請求會在這個時候取消掉(因爲這個時候用戶進程還在運行),如果需要退出,就簡單的退出了。如果沒有, 這個函數就會把early_suspend_handlers中註冊的一系列的回調(通過register_early_suspend註冊)都調用一次,然後同步文件系統,
然後放棄掉main_wake_lock, 這個wake lock是一個沒有超時的鎖,如果這個鎖不釋放,那麼系統就無法進入休眠。
注:fbearlysuspend.c和consoleearlysuspend.c這兩個文件實現了針對lcd framebuffer的earlysuspend支持和console的earlysuspend支持。實際上這兩個文件就是利用上面earlysuspend.c提供的接口註冊了針對framebuffer和console的early suspend handler,並提供相應的handler函數。
- static void early_suspend(struct work_struct *work)
- {
- struct early_suspend *pos;
- unsigned long irqflags;
- int abort = 0;
- #ifdef CONFIG_PLAT_RK
- if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
- return;
- #endif
- mutex_lock(&early_suspend_lock);
- spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
- if (state == SUSPEND_REQUESTED)
- state |= SUSPENDED;
- else
- abort = 1;
- spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
- if (abort) {
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("early_suspend: abort, state %d\n", state);
- mutex_unlock(&early_suspend_lock);
- goto abort;
- }
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("early_suspend: call handlers\n");
- list_for_each_entry(pos, &early_suspend_handlers, link) {
- if (pos->suspend != NULL) {
- if (debug_mask & DEBUG_VERBOSE)
- pr_info("early_suspend: calling %pf\n", pos->suspend);
- pos->suspend(pos);
- }
- }
- mutex_unlock(&early_suspend_lock);
- #ifdef CONFIG_SUSPEND_SYNC_WORKQUEUE
- suspend_sys_sync_queue();
- #else
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("early_suspend: sync\n");
- sys_sync();
- #endif
- abort:
- spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
- if (state == SUSPEND_REQUESTED_AND_SUSPENDED)
- wake_unlock(&main_wake_lock);
- spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
- }
5. Late Resume
當所有的喚醒已經結束以後,用戶進程都已經開始運行了,喚醒通常會是以下的幾種原因:
• 來電
如果是來電,那麼Modem會通過發送命令給rild來讓rild通知WindowManager有來電響應,這樣就會遠程調用PowerManagerService來寫"on" 到 /sys/power/state 來執行late resume的設備,比如點亮屏幕等。
• 用戶按鍵
用戶按鍵事件會送到WindowManager中,WindowManager會處理這些按鍵事件,按鍵分爲幾種情況,如果按鍵不是喚醒鍵(能夠喚醒系統的按鍵) 那麼WindowManager會主動放棄wakeLock來使系統再次進入休眠,如果按鍵是喚醒鍵,那麼WindowManger就會調用PowerManagerService中的接口來執行Late Resume。
Late Resume 會依次喚醒前面調用了Early Suspend的設備。
- static void late_resume(struct work_struct *work)
- {
- struct early_suspend *pos;
- unsigned long irqflags;
- int abort = 0;
- #ifdef CONFIG_PLAT_RK
- if (system_state != SYSTEM_RUNNING)
- return;
- #endif
- mutex_lock(&early_suspend_lock);
- spin_lock_irqsave(&state_lock, irqflags);
- if (state == SUSPENDED)
- state &= ~SUSPENDED;
- else
- abort = 1;
- spin_unlock_irqrestore(&state_lock, irqflags);
- if (abort) {
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("late_resume: abort, state %d\n", state);
- goto abort;
- }
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("late_resume: call handlers\n");
- list_for_each_entry_reverse(pos, &early_suspend_handlers, link) {
- if (pos->resume != NULL) {
- if (debug_mask & DEBUG_VERBOSE)
- pr_info("late_resume: calling %pf\n", pos->resume);
- pos->resume(pos);
- }
- }
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("late_resume: done\n");
- abort:
- mutex_unlock(&early_suspend_lock);
- }
6. Wake Lock
wake_lock防止正在運行的系統進入suspend或其它低功耗狀態。
Android改動較大的另一處是增加了wakelock機制。實現在wakelock.c和userwakelock.c中。wakelock可以阻止處於正常運行(active)或者空閒(idle)狀態的系統進入睡眠等低功耗狀態。直到所持有的wakelock全部被釋放,系統才能進入睡眠等低功耗的狀態。
我們接下來看一看wake lock的機制是怎麼運行和起作用的,主要關注 wakelock.c(wake_lock)文件就可以了。
1) wake lock 有加鎖和解鎖兩種狀態,加鎖的方式有兩種:
• 第一種是永久的鎖住,這樣的鎖除非顯示的放開,是不會解鎖的,所以這種鎖的使用是非常小心的。
• 第二種是超時鎖,這種鎖會鎖定系統喚醒一段時間,如果這個時間過去了,這個鎖會自動解除。
2) 鎖有兩種類型:
• WAKE_LOCK_SUSPEND:這種鎖會防止系統進入睡眠(suspend)。
• WAKE_LOCK_IDLE:這種鎖不會影響系統的休眠,用於阻止系統在持有鎖的過程中進入低功耗狀態。即直到wake_lock被釋放,系統纔會從idle狀態進入低功耗狀態,此低功耗狀態將使中斷延遲或禁用一組中斷。
3) 在wake lock中, 會有3個地方讓系統直接開始suspend(), 分別是:
• 在wake_unlock()中, 如果發現解鎖以後沒有任何其他的wake lock了,就開始休眠
• 在定時器都到時間以後,定時器的回調函數會查看是否有其他的wake lock,如果沒有,就在這裏讓系統進入睡眠。
• 在wake_lock() 中,對一個wake lock加鎖以後,會再次檢查一下有沒有鎖, 我想這裏的檢查是沒有必要的, 更好的方法是使加鎖的這個操作原子化,而不是繁冗的檢查,而且這樣的檢查也有可能漏掉。
7. Suspend
當wake_lock 運行 suspend()以後, 在wakelock.c的suspend()函數會被調用,這個函數首先sync文件系統,然後調用pm_suspend(request_suspend_state),接下來pm_suspend()就會調用enter_state()來進入Linux的休眠流程...
- static void suspend(struct work_struct *work)
- {
- int ret;
- int entry_event_num;
- struct timespec ts_entry, ts_exit;
- if (has_wake_lock(WAKE_LOCK_SUSPEND)) {
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("suspend: abort suspend\n");
- return;
- }
- entry_event_num = current_event_num;
- #ifdef CONFIG_SUSPEND_SYNC_WORKQUEUE
- suspend_sys_sync_queue();
- #else
- sys_sync();
- #endif
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("suspend: enter suspend\n");
- getnstimeofday(&ts_entry);
- ret = pm_suspend(requested_suspend_state);
- getnstimeofday(&ts_exit);
- if (debug_mask & DEBUG_EXIT_SUSPEND) {
- struct rtc_time tm;
- rtc_time_to_tm(ts_exit.tv_sec, &tm);
- pr_info("suspend: exit suspend, ret = %d "
- "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)\n", ret,
- tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
- tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts_exit.tv_nsec);
- }
- if (ts_exit.tv_sec - ts_entry.tv_sec <= 1) {
- ++suspend_short_count;
- if (suspend_short_count == SUSPEND_BACKOFF_THRESHOLD) {
- suspend_backoff();
- suspend_short_count = 0;
- }
- } else {
- suspend_short_count = 0;
- }
- if (current_event_num == entry_event_num) {
- if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
- pr_info("suspend: pm_suspend returned with no event\n");
- wake_lock_timeout(&unknown_wakeup, HZ / 2);
- }
- }
8. Android於標準Linux休眠的區別
pm_suspend() 雖然用enter_state()來進入標準的Linux休眠流程,但是還是有一些區別:
當進入凍結進程的時候,android首先會檢查有沒有wake lock,如果沒有,纔會停止這些進程,因爲在開始suspend和凍結進程期間有可能有人申請了wake lock,如果是這樣,凍結進程會被中斷。
在suspend_late()中,會最後檢查一次有沒有wake lock,這有可能是某種快速申請wake lock,並且快速釋放這個鎖的進程導致的,如果有這種情況, 這裏會返回錯誤, 整個suspend就會全部放棄。如果pm_suspend()成功了,LOG的輸出可以通過在kernel cmd裏面增加 "no_console_suspend"
來看到suspend和resume過程中的log輸出。
轉自:http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_1784575.HTM