Linux睡眠唤醒机制--Kernel态

时间：2022-04-10 15:50:05

一、对于休眠(suspend)的简单介绍
   在Linux中,休眠主要分三个主要的步骤:
   1) 冻结用户态进程和内核态任务
   2) 调用注册的设备的suspend的回调函数, 顺序是按照注册顺序
   3) 休眠核心设备和使CPU进入休眠态, 冻结进程是内核把进程列表中所有的进程的状态都设置为停止,并且保存下所有进程的上下文. 当这些进程被解冻的时候,他们是不知道自己被冻结过的,只是简单的继续执行。
   如何让Linux进入休眠呢?用户可以通过读写sys文件/sys /power/state 是实现控制系统进入休眠. 比如
   # echo mem > /sys/power/state
   命令系统进入休眠. 也可以使用

   # cat /sys/power/state
   来得到内核支持哪几种休眠方式.

二、Linux Suspend 的流程
1. 相关代码

     • kernel/kernel/power/main.c
     • kernel/arch/arm/mach-xxx/pm.c
     • kernel/driver/base/power/main.c

     接下来让我们详细的看一下Linux是怎么休眠/唤醒的:
     用户对于/sys/power/state 的读写会调用到 kernel/kernel/power/main.c中的state_store()， 用户可以写入 const char * const pm_states[] 中定义的字符串， 比如"mem", "standby"。

const char *const pm_states[PM_SUSPEND_MAX] = {
#ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
 [PM_SUSPEND_ON]  = "on",
#endif
 [PM_SUSPEND_STANDBY] = "standby",
 [PM_SUSPEND_MEM] = "mem",
};
      常见有standby(suspend to RAM)、mem(suspend to RAM)和disk(suspend to disk)，只是standby耗电更多，返回到正常工作状态的时间更短。     

     然后state_store()会调用enter_state()<注：这是经典Linux调用流程， 在Android系统中，Kernel将调用request_suspend_state，而不是enter_state>，它首先会检查一些状态参数，然后同步文件系统。
 

[cpp] view plain copy
  1. /** 
  2.  *  enter_state - Do common work of entering low-power state. 
  3.  *  @state:     pm_state structure for state we're entering. 
  4.  * 
  5.  *  Make sure we're the only ones trying to enter a sleep state. Fail 
  6.  *  if someone has beat us to it, since we don't want anything weird to 
  7.  *  happen when we wake up. 
  8.  *  Then, do the setup for suspend, enter the state, and cleaup (after 
  9.  *  we've woken up). 
  10.  */  
  11. int enter_state(suspend_state_t state)  
  12. {  
  13.     int error;  
  14.   
  15.     if (!valid_state(state))  
  16.         return -ENODEV;  
  17.   
  18.     if (!mutex_trylock(&pm_mutex))  
  19.         return -EBUSY;  
  20.   
  21. #ifdef CONFIG_SUSPEND_SYNC_WORKQUEUE  
  22.     suspend_sys_sync_queue();  
  23. #else  
  24.     printk(KERN_INFO "PM: Syncing filesystems ... ");  
  25.     sys_sync();  
  26.     printk("done.\n");  
  27. #endif  
  28.   
  29.     pr_debug("PM: Preparing system for %s sleep\n", pm_states[state]);  
  30.     error = suspend_prepare();  
  31.     if (error)  
  32.         goto Unlock;  
  33.   
  34.     if (suspend_test(TEST_FREEZER))  
  35.         goto Finish;  
  36.   
  37.     pr_debug("PM: Entering %s sleep\n", pm_states[state]);  
  38.     pm_restrict_gfp_mask();  
  39.     error = suspend_devices_and_enter(state);  
  40.     pm_restore_gfp_mask();  
  41.   
  42.  Finish:  
  43.     pr_debug("PM: Finishing wakeup.\n");  
  44.     suspend_finish();  
  45.  Unlock:  
  46.     mutex_unlock(&pm_mutex);  
  47.     return error;  
  48. }  


2. 准备, 冻结进程
       当进入到suspend_prepare()中以后， 它会给suspend分配一个虚拟终端来输出信息， 然后广播一个系统要进入suspend的Notify， 关闭掉用户态的helper进程， 然后一次调用suspend_freeze_processes()冻结所有的进程， 这里会保存所有进程当前的状态， 也许有一些进程会拒绝进入冻结状态， 当有这样的进程存在的时候， 会导致冻结失败,此函数就会放弃冻结进程，并且解冻刚才冻结的所有进程。

 

[cpp] view plain copy
  1. /** 
  2.  *  suspend_prepare - Do prep work before entering low-power state. 
  3.  * 
  4.  *  This is common code that is called for each state that we're entering. 
  5.  *  Run suspend notifiers, allocate a console and stop all processes. 
  6.  */  
  7. static int suspend_prepare(void)  
  8. {  
  9.     int error;  
  10.   
  11.     if (!suspend_ops || !suspend_ops->enter)  
  12.         return -EPERM;  
  13.   
  14.     pm_prepare_console();  
  15.   
  16.     error = pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);  
  17.     if (error)  
  18.         goto Finish;  
  19.   
  20.     error = usermodehelper_disable();  
  21.     if (error)  
  22.         goto Finish;  
  23.   
  24.     error = suspend_freeze_processes();  
  25.     if (!error)  
  26.         return 0;  
  27.   
  28.     suspend_thaw_processes();  
  29.     usermodehelper_enable();  
  30.  Finish:  
  31.     pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);  
  32.     pm_restore_console();  
  33.     return error;  
  34. }  

3. 让外设进入休眠
        现在, 所有的进程(也包括workqueue/kthread) 都已经停止了，内核态人物有可能在停止的时候握有一些信号量， 所以如果这时候在外设里面去解锁这个信号量有可能会发生死锁，所以在外设的suspend()函数里面作lock/unlock锁要非常小心，这里建议设计的时候就不要在suspend()里面等待锁。而且因为suspend的时候，有一些Log是无法输出的，所以一旦出现问题,非常难调试。

      然后kernel在这里会尝试释放一些内存。

      最后会调用suspend_devices_and_enter()来把所有的外设休眠， 在这个函数中， 如果平台注册了suspend_ops(通常是在板级定义中定义和注册，在kernel/arch/arm/mach-xx/pm.c中调用suspend_set_ops)， 这里就会调用 suspend_ops->begin()； 然后调用dpm_suspend_start，他们会依次调用驱动的suspend() 回调来休眠掉所有的设备。

     当所有的设备休眠以后， suspend_ops->prepare()会被调用， 这个函数通常会作一些准备工作来让板机进入休眠。 接下来Linux，在多核的CPU中的非启动CPU会被关掉，通过注释看到是避免这些其他的CPU造成race condio，接下来的以后只有一个CPU在运行了。

     suspend_ops 是板级的电源管理操作, 通常注册在文件 arch/arch/mach-xxx/pm.c 中.

     接下来， suspend_enter()会被调用， 这个函数会关闭arch irq， 调用 device_power_down()， 它会调用suspend_late()函数， 这个函数是系统真正进入休眠最后调用的函数，通常会在这个函数中作最后的检查。 如果检查没问题， 接下来休眠所有的系统设备和总线，并且调用 suspend_pos->enter() 来使CPU进入省电状态，这时就已经休眠了。代码的执行也就停在这里了。

[cpp] view plain copy
  1. /** 
  2.  *  suspend_devices_and_enter - suspend devices and enter the desired system 
  3.  *                  sleep state. 
  4.  *  @state:       state to enter 
  5.  */  
  6. int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)  
  7. {  
  8.     int error;  
  9.   
  10.     if (!suspend_ops)  
  11.         return -ENOSYS;  
  12.   
  13.     trace_machine_suspend(state);  
  14.   
  15.          // 如果平台注册了suspend_ops(通常是在板级定义中定义和注册，  
  16.            // 在kernel/arch/arm/mach-xx/pm.c中调用suspend_set_ops)，   
  17.            // 这里就会调用 suspend_ops->begin()；  
  18.     if (suspend_ops->begin) {  
  19.         error = suspend_ops->begin(state);  
  20.         if (error)  
  21.             goto Close;  
  22.     }  
  23.     suspend_console();  
  24.     suspend_test_start();  
  25.   
  26.          // 依次调用驱动的suspend() 回调来休眠掉所有的设备。  
  27.     error = dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND);  
  28.     if (error) {  
  29.         printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to suspend\n");  
  30.         goto Recover_platform;  
  31.     }  
  32.     suspend_test_finish("suspend devices");  
  33.     if (suspend_test(TEST_DEVICES))  
  34.         goto Recover_platform;  
  35.           
  36.          // 这个函数会关闭arch irq， 调用 device_power_down()， 它会调用suspend_late()函数，   
  37.           // 这个函数是系统真正进入休眠最后调用的函数，通常会在这个函数中作最后的检查。  
  38.           // 如果检查没问题， 接下来休眠所有的系统设备和总线，并且调用 suspend_pos->enter()   
  39.          // 来使CPU进入省电状态，这时就已经休眠了。代码的执行也就停在这里了。  
  40.     error = suspend_enter(state);  
  41.   
  42.  Resume_devices:  
  43.     suspend_test_start();  
  44.     dpm_resume_end(PMSG_RESUME);  
  45.     suspend_test_finish("resume devices");  
  46.     resume_console();  
  47.  Close:  
  48.     if (suspend_ops->end)  
  49.         suspend_ops->end();  
  50.     trace_machine_suspend(PWR_EVENT_EXIT);  
  51.     return error;  
  52.   
  53.  Recover_platform:  
  54.     if (suspend_ops->recover)  
  55.         suspend_ops->recover();  
  56.     goto Resume_devices;  
  57. }  

三、Linux Resume流程

       如果在休眠中系统被中断或者其他事件唤醒，接下来的代码就会开始执行，这个唤醒的顺序是和休眠的循序相反的，所以系统设备和总线会首先唤醒，使能系统中断，使能休眠时候停止掉的非启动CPU， 以及调用suspend_ops->finish()， 而且在suspend_devices_and_enter()函数中也会继续唤醒每个设备，使能虚拟终端， 最后调用 suspend_ops->end()。

      在返回到enter_state()函数中的，当 suspend_devices_and_enter() 返回以后，外设已经唤醒了，但是进程和任务都还是冻结状态， 这里会调用suspend_finish()来解冻这些进程和任务， 而且发出Notify来表示系统已经从suspend状态退出， 唤醒终端。

      到这里，所有的休眠和唤醒就已经完毕了，系统继续运行了。


转自：http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_1784575.HTM

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