背景 By 魯迅 By 高爾基 說明： 1. Kernel版本：4.14 2. ARM64處理器 3. 使用工具：Source Insight 3.5， Visio 1. 介紹 在Linux OS中，Idle進程的運行會讓CPU進入cpuidle狀態。當沒有其他進程處於運行狀態時，Scheduler ...
背景
Read the fucking source code!--By 魯迅A picture is worth a thousand words.--By 高爾基
說明：
- Kernel版本：4.14
- ARM64處理器
- 使用工具：Source Insight 3.5， Visio
1. 介紹
在Linux OS中，Idle進程的運行會讓CPU進入cpuidle狀態。當沒有其他進程處於運行狀態時，Scheduler會選擇Idle進程來運行，此時CPU無所事事。
在ARM64架構中，當CPU Idle時，會調用WFI指令(wait for interrupt)，關掉CPU的Clock以便降低功耗，當有外設中斷觸發時，CPU又會恢復回來。
cpuidle framework就是用來向上給Scheduler/Sysfs提供使用介面，向下用來對接不同架構的處理器，凡是框架基本都大同小異，屏蔽硬體層並抽象使用介面。
相信你已經猜到了，cpuidle和電源管理相關。
2. 框架
代碼路徑：
driver/cpuidle/cpuidle.c
driver/cpuidle/driver.c
driver/cpuidle/governor.c
driver/cpuidle/sysfs.c
kernel/shced/idle.c
老規矩，上圖：
簡單說明一下吧：調度器發現沒有Task處在運行狀態時，切換到Idle進程，此時通過cpuidle_idle_call介面調到cpuidle framework，cpuidle framework會選擇合適的策略來決定進入哪種狀態，最終回調到底層的平臺實現。
SMP處理器都有cpuidle狀態，而各個狀態下的功耗都不同，是否進入cpuidle狀態有兩個重要的參考因素：
- CPU
進入-退出cpuidle狀態的latency； - CPU處在cpuidle狀態的功耗；
Latency和功耗的tradeoff，是需要根據實際情況來選擇策略的，也就是Governor的作用。
3. 數據結構
cpuidle core抽象出了三個數據結構：
cpuidle device：用於描述CPU核；cpuidle driver： 針對CPU核的驅動；cpuidle governor：主要根據cpuidle的device和driver狀態來選擇策略；
圖如下：
3.1 cpuidle device
針對每個CPU核都對應一個struct cpuidle_device結構，主要欄位介紹如下：
registered：該cpu核是否註冊進內核中；enabled：該cpu核是否已經使能；cpu：對應的cpu number；last_residency：該cpu核上一次停留在cpuidle狀態的時間（us）；state_count：cpuidle狀態的個數；states_usage：struct cpuidle_state_usage數組，記錄每個cpuidle狀態的統計信息，包括是否使能、進入該cpuidle狀態的次數，停留在該cpuidle狀態的總時間（us）；kobjs*：與sysfs組織相關，開發給用戶層來操作底層；device_list：全局鏈表，鏈接到cpuidle_detected_device上；
3.2 cpuidle driver
cpuidle driver用於驅動一個或多個CPU核，關鍵欄位描述如下：
bctimer：用於驅動註冊時判斷是否需要設置broadcast timer；states[]：struct cpuidle_state數組，用於描述cpuidle的狀態，需要按照功耗從大到小來排序，具體有多少個cpuidle狀態，取決於device Tree中的定義，預設已經有state[0]，如上圖所示。cpumask：用於表明支持哪些CPU核；
struct cpuidle_state中的enter函數，是最終進入cpuidle狀態的函數。不同處理器的cpuidle驅動實現，主要是填充state結構體。
3.3 cpuidle governor
governor結構主要提供不同的回調函數，最終由menu_governor填充，主要欄位如下：
enable/disable：在設備驅動註冊和註銷的時候調用；select：根據已有狀態來選擇一個cpuidle狀態；reflect：調用該介面告知governor，CPU上一次所處的cpuidle狀態是哪個；
流程
以cpuidle-arm.c為例，整個註冊流程如下圖：
註冊之後便將設備和驅動建立起連接關係了，最終cpuidle framework的用戶便可通過介面來調用下層的介面，進而完成具體的硬體操作。
Idle Task通過cpuidle_enter為入口，調用到cpuidle_framework，流程如下圖：
Idle Task調用cpuidle_enter之前，需要先通過governor來運用策略來選擇將要進入的cpuidle state。入口為cpuidle_select，當完成狀態切換後會調用cpuidle_reflect來將信息更新到governor。具體的圖如下：
其中Governor關於狀態的策略選擇，可以參考menu.c的註釋，主要有三個決定因素：
- 功耗平衡點，也就是需要權衡考慮cpuidle狀態帶來的功耗節省和在該cpuidle狀態下的停留時間，假如停留時間太短（小於
target_residency），則不划算。 - 性能影響，那些具有大的延遲退出（
exit_latency）的cpuidle state，通常會對工作負載產生較大影響，這個對系統管理員來說是不可接受的。此外，低性能往往也意味著低功耗。 - 延遲容忍度（從
pmqos框架獲取），在滿足延遲容忍度latency_req的條件下，選擇功耗最小的cpuidle狀態。
具體的策略不再分析，請直接看driver/cpuilde/menu.c代碼及註釋。
