Linux电源管理之Generic PM Suspend功能简析

1.前言

Linux内核提供了一个Suspend: Freeze、Standby和STR(Suspend to RAM)，在用户向”/sys/power/state”文件分别写入“freeze”、“standby”和“mem”，可以触发他们。

内核中，Suspend及Resume Process PM Core、Device PM freeze、CPU冻结等设备的驱动、Platform PM、CPU的多个模块，涉及到控制台开关、进程、hotplug、wakeup等处理过的点。就让我们跟着核心代码，一见识他们吧。

2.暂停功能相关的代码分发

内核中Suspend功能相关的代码包括PM core、Device PM、Platform PM等几大块，具体如下：

1）PM核心

kernel/power/main.c----提供用户空间接口(/sys/power/state)

kernel/power/suspend.c----Suspend功能的主逻辑

kernel/power/suspend_test.c----Suspend功能的测试逻辑

kernel/powersole.c----暂停过程中对分析/的处理逻辑

kernel/power/process.c----Suspend过程中对进程的处理逻辑

2）设备PM

drivers/base/power/*----具体可参考“ Linux电源管理(4)_电源管理接口”的描述。

设备驱动----具体设备驱动的位置，不再涉及。

3）平台依赖PM

include/linux/suspend.h----定义平台依赖PM相关的操作函数集

arch/xxx/mach-xxx/xxx.c或者

arch/xxx/plat-xxx/xxx.c----平台相关的电源管理操作

3.suspend&resume过程概述

下面图片对Linux suspend&resume过程做了一个概述，读者可以顺着这个阅读说明内核源参考代码。具体的流程，可以后面的代码分析。

4.代码分析

4.1 暂停入口

在用户空间执行如下操作：

回声“冻结”> /sys/power/state
回声“待机”> /sys/电源/状态
回声“内存”> /sys/power/state

会通过 sysfs 触发暂停执行，相应的处理代码如下：

静态ssize_t state_store ( struct kobject * kobj , struct kobj_attribute * attr ,

const char * buf , size_t n )

{

suspend_state_t状态；

诠释错误；

错误= pm_autosleep_lock ();

如果（错误）

返回错误；

如果( pm_autosleep_state () > PM_SUSPEND_ON ) {

错误= - EBUSY ;

出去; _

}

state = decode_state ( buf , n );

如果（状态< PM_SUSPEND_MAX ）

错误= pm_suspend (状态);

否则如果（状态== PM_SUSPEND_MAX ）

错误=休眠（）；

别的

错误= - EINVAL ;

出：

pm_autosleep_unlock ();

返回错误？错误：n ;

}

power_attr (状态);

power__store的接口定义了一个名称的属性，存储接口为住_，接口在lockautosep功能后，该接口文件为用户的状态缓存（解析、待机或mem）状态的缓存，转换成状态参数。
state参数的类型为suspend_state_t，在include\linux\suspend.h中定义，为电源管理状态在内核中的表示。具体如下：

typedef int __bitwise suspend_state_t ;

#define PM_SUSPEND_ON (( __force suspend_state_t ) 0 )

#define PM_SUSPEND_FREEZE (( __force suspend_state_t ) 1 )

#define PM_SUSPEND_STANDBY (( __force suspend_state_t ) 2 )

#define PM_SUSPEND_MEM (( __force suspend_state_t ) 3 )

#define PM_SUSPEND_MIN PM_SUSPEND_FREEZE

#define PM_SUSPEND_MAX (( __force suspend_state_t ) 4 )

可知的，不是（SUSPEND_MAX，hibernate功能），而是调用state_pm_suspend接口，如果进行状态的处理。
pm_suspend在kernel/power/suspend.c中定义，处理所有的suspend过程。

4.2 pm_suspend & enter_state

pm_suspend 的非常简单，简单的做一下参数判断，直接调用enter_state接口，如下：

int pm_suspend ( suspend_state_t状态)

{

诠释错误；

如果（状态<= PM_SUSPEND_ON ||状态>= PM_SUSPEND_MAX ）

返回- EINVAL ;

错误= enter_state (状态);

如果（错误）{

暂停统计。失败++；

dpm_save_failed_errno （错误）；

}其他{

暂停统计。成功++；

}

返回错误；

}

enter_state代码为：

静态int enter_state ( suspend_state_t状态)

{

诠释错误；

如果（！valid_state （状态））

返回-ENODEV ；_

if (! mutex_trylock (&​​ pm_mutex ))

返回-EBUSY ；_

如果（状态== PM_SUSPEND_FREEZE ）

冻结开始（）；

printk ( KERN_INFO "PM: 同步文件系统 ..." );

sys_sync ();

printk （“完成。\n” ）；

pr_debug ( "PM: 为 %s 睡眠准备系统\n" , pm_states [ state ]);

错误= suspend_prepare （状态）；

如果（错误）

转到解锁；

if ( suspend_test ( TEST_FREEZER ))

转到完成；

pr_debug ( "PM: 进入 %s sleep\n" , pm_states [ state ]);

pm_restrict_gfp_mask ();

错误= suspend_devices_and_enter （状态）；

pm_restore_gfp_mask ();

完成：

pr_debug ( "PM: 完成唤醒。\n" );

暂停完成（）；

解锁：

mutex_unlock (&​​ pm_mutex );

返回错误；

}

主要工作包括：
a）调用valid_state，判断该平台是否支持该电源状态。
暂停的最终目标，并且该系统功能必须有平台才能完成，内核参与提供了相关的悬挂功能（在平台_挂起_操作中），平台代码代码/mach-xxx/pm.c实现，然后由PM核心的适当时机调用。如在这些函数包含有效函数，就是用于指示（PM核心，支持哪些状态）
最后看一下valid_state的实现（去掉了多余的代码）：

bool valid_state ( suspend_state_t状态)

{

如果（状态== PM_SUSPEND_FREEZE ）{

返回真；

}

/*

• PM_SUSPEND_STANDBY 和 PM_SUSPEND_MEMORY 状态需要低级
• 支持且需要对低级有效
• 实现，没有有效的回调意味着没有一个是有效的。

*/

返回暂停操作&&暂停操作->有效&&暂停操作->有效（状态）；

}

是冻结，独立的平台参与代码自动支持，则由我自己等待，需要调用suspend_opvalid回掉，如果由运行的平台代码判断是否支持。
b）加互斥锁，只允许一个实例处理暂停。
c）如果state是freeze，调用freeze_begin to freeze的特殊动作。我会在后面描述相关的特殊动作。同时进行分析freeze的动作，这里暂不
d）打印提示信息，同步文件系统。
e）调用包括suspend_prepare，进行suspend前的准备，主要是switch console和process&thread freeze。如果失败，则终止suspend过程。
f），调用suspend_devices_and_enter接口，然后该接口负责部分挂起和恢复的所有实际操作。前半部分，挂起控制台、挂起设备、关断、调用平台相关的suspend_ops使系统进入低状态。后半部分，在系统中被事件启动后平台，处理相关动作，调用相关的suspend_ops恢复系统、中断、恢复设备、恢复控制台。
g）最后，调用suspend_finish，恢复（或等待恢复）进程和线程，控制台。
4.3 暂停准备
suspend_prepare 的代码如下：

静态int suspend_prepare ( suspend_state_t状态)

{

诠释错误；

if ( need_suspend_ops ( state ) && (! suspend_ops || ! suspend_ops -> enter ))

返回-EPERM ；_

pm_prepare_console ();

错误= pm_notifier_call_chain ( PM_SUSPEND_PREPARE );

如果（错误）

转到完成；

错误= suspend_freeze_processes （）；

如果（！错误）

返回0 ;

暂停统计。失败的冻结++；

dpm_save_failed_step ( SUSPEND_FREEZE );

完成：

pm_notifier_call_chain ( PM_POST_SUSPEND );

pm_restore_console ();

返回错误；

}

主要工作为：
a）检查是否提供了。进入拒绝，没有的话，返回错误。
b）该调用pmprepare_cons将当前的一个虚拟控制台和内核的km_g运行一下。更具体的分析，要在分析子系统的分析文章中说明。
c）调用开始的pm_notifier_call_chain，发送暂停消息（PM_SUSPEND_PREPARE），后面会详细描述。
d. 冻结用户空间进程）
e）如果freezing-of-tasks失败，调用pm_restore_console，将console切换回原来的console，并返回错误，以便能够终止suspend。
4.4 suspend_devices_and_enter
suspend_devices_and_enter 的流程复杂，代码实现如下：

int suspend_devices_and_enter ( suspend_state_t状态)

{

诠释错误；

布尔唤醒=假；

如果（需要_suspend_ops （状态）&& ！suspend_ops ）

返回-ENOSYS ；_

trace_machine_suspend (状态);

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->开始）{

错误= suspend_ops- >开始（状态）；

如果（错误）

转到关闭；

}

挂起控制台（）；

ftrace_stop ();

暂停测试开始（）；

错误= dpm_suspend_start ( PMSG_SUSPEND );

如果（错误）{

printk ( KERN_ERR "PM: 一些设备挂起失败\n" );

转到恢复平台；

}

suspend_test_finish ( "挂起设备" );

if ( suspend_test ( TEST_DEVICES ))

转到恢复平台；

做{

错误= suspend_enter （状态，&唤醒）；

} while (! error && ! wakeup && need_suspend_ops ( state )

&&暂停操作->暂停_再次&&暂停操作->暂停_再次());

简历设备：

暂停测试开始（）；

dpm_resume_end ( PMSG_RESUME );

suspend_test_finish （“恢复设备” ）；

ftrace_start ();

恢复控制台（）；

关闭：

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->结束）

暂停操作->结束（）；

trace_machine_suspend ( PWR_EVENT_EXIT );

返回错误；

恢复平台：

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->恢复）

暂停操作->恢复（）；

转到Resume_devices ;

}

a）再次检查平台代码是否需要提供以及是否提供了suspend_ops。
b）调用的开始其通知等待（有话），平台执行代码，以使可能的处理（需要的话）。
c）该调用suspend_console，挂起console。该由“kernel\printk.c”实现，主要是hold住一个lock，lock会阻止其他代码访问console。
d）调用ftrace_stop，停止ftrace。ftrace是一个很好的功能，后面再介绍。
e）调用d dpend_start，调用所有设备的-和->参考失败需要挂起_挂起功能（具体可描述设备电源管理（4）电源管理接口的），挂起设备可能的。挂起设备可能，，跳至Recover_platform，执行recover操作（suspend_ops->recover）。
f）以上都是suspend前的准备工作，此时，调用suspend_enter接口，使系统进入指定的电源状态。该接口的内容如下：

静态int suspend_enter ( suspend_state_t状态，布尔*唤醒)

{

诠释错误；

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->准备）{

错误=暂停操作->准备（）；

如果（错误）

转到Platform_finish ;

}

错误= dpm_suspend_end ( PMSG_SUSPEND );

如果（错误）{

printk ( KERN_ERR "PM: 某些设备无法关机\n" );

转到Platform_finish ;

}

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->准备延迟）{

错误= suspend_ops- > prepare_late ()；

如果（错误）

转到Platform_wake ;

}

if ( suspend_test ( TEST_PLATFORM ))

转到Platform_wake ;

/*

• PM_SUSPEND_FREEZE 等于
• 冻结的进程 + 挂起的设备 + 空闲的处理器。
• 因此我们应该在不久之后调用 freeze_enter()

*所有设备都被暂停。

*/

如果（状态== PM_SUSPEND_FREEZE ）{

freeze_enter ();

转到Platform_wake ;

}

错误= disable_nonboot_cpus ();

如果（错误|| suspend_test （TEST_CPUS ））

转到Enable_cpus ;

arch_suspend_disable_irqs ();

BUG_ON (! irqs_disabled ());

错误= syscore_suspend ();

如果（！错误）{

*唤醒= pm_wakeup_pending ();

如果（！（suspend_test （TEST_CORE ）|| *唤醒））{

错误= suspend_ops- >进入（状态）；

events_check_enabled = false ;

}

syscore_resume ();

}

arch_suspend_enable_irqs ();

BUG_ON ( irqs_disabled ());

Enable_cpus ：

enable_nonboot_cpus ();

平台唤醒：

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->唤醒）

暂停操作->唤醒（）；

dpm_resume_start ( PMSG_RESUME );

平台完成：

如果（需要暂停操作（状态）&&暂停操作->完成）

暂停操作->完成（）；

返回错误；

}

f1）该结束后，会通过返回值反馈输入是否成功，同时通过唤醒指针，反馈调用者，唤醒事件是否发生，导致电源切换失败。
    f2）调用ops的出现准备挂起（有_ops的表示，通知平台，以便让一些代码在重新进行状态切换时，做处理（需要的话）。可能会失败（平台代码拒绝），失败，需要跳到Platform_finish处，调用操作的finishsuspend，执行操作恢复。
    f3）调用d暂停设备，调用所有的->suspend_late和->suspend_noir设备和pm_suspend功能（具体可参考“ Linux管理(4)_电源管理接口”的描述），暂停延迟设备和需要在关闭下暂停的需要说明，这里的noirq，通过所有的执行断线形式，而不是通过关闭的可能的方式，操作会失败。
    f4）调用等待等待的prepare_一些平台指令（有代码的话），通知以使其处于关头，重新做处理（需要）。最终可能导致失败（平台代码出现失败），失败，需要跳platform_wake，调用suspend_ops的唤醒、调用，执行设备的resume_opfinish指令，执行操作。
    f5）如果是suspend to freeze，执行相应的操作状态，包括暂停进程、暂停设备（参数为_SUSPEND_FREEZE）、cpu进入idle。如果有事件使CPU​​从idle，跳至Platform_wake，执行wake操作。
    f6）调用disable_nonboot_cpus，杜绝所有的非boot cpu。同样失败，执行操作即可。
    f7）调用暂停_disable_irqs，则关闭为中断。
    f8）调用syscore_suspend，暂停系统核心。同样会失败，执行恢复操作。有关syscore，我会在另一篇文章中可以详细描述。
    f9），如果早点成功，一下子，切换很可能吧。
    f1如果一切状态顺利，调用suspend_ops的进入……，系统进行切换。
    f11）暂停过程中，事件触发，系统启动，然后继续执行，并返回。恢复动作原是暂停的动作，就不再是最终的系统了。
    f12）或者，由于意外，暂停，该函数也返回。

g）suspend_enter 返回，如果返回的原因不是发生的，并且不是唤醒事件的错误，而且不是唤醒事件的错误。suspend_ops_again 了。则要调用再次挂起呢。是否需要再次挂起呢？需要具体看的平台，谁。
h）继续resume操作，resume device、start ftrace、resume console、suspend_ops->end等。
i）该函数返回后，表示系统已经恢复。
4.5 挂起_完成
比较简单：

静态无效suspend_finish （无效）

{

暂停解冻进程（）；

pm_notifier_call_chain ( PM_POST_SUSPEND );

pm_restore_console ();

}

a）恢复所有的用户空间进程和内核线程。
b）发送暂停结束的通知。
c）将控制台切换回原来的。

五、重要知识点回顾

5.1 VT 开关

情况下，过程控制在这个问题（驱动程序\tty\一个问题）中，重新分配一个console，然后在恢复时，通常是旧的console。 VT开关是一种很容易使用的开关功能，因此控制内核提供了不同的功能：
1）提供一个接口功能pm_set_vt_switch（drivers\tty\vt\vt_ioctl.c），方便其他内核模块从整体上关闭或者开启VT switch功能。
2）VT开关切换不同的相关描述开关时，可以参考kernel\power\console.c的条件，即可以进行VT开关
a）有console driver调用pm_vt_switch_required接口，显式要求能VT switch。
b) 系统禁止在suspend的过程中暂停控制台（由kernel/printk.c中的console_suspend_enabled需要有参数控制）。有可能使用consolesus过程，以便使控制台不混乱，需要进行VT切换。
c.sole driver是否需要VT switch或没有任何旧的VT开关或没有任何 VT 开关pm调用功能。

因此，暂停过程对控制台的处理分为4 个步骤：
prepare console：负责在需要VT swich时，将当前的console切换到SUSPEND console。

int pm_prepare_console (无效)

{

如果（！pm_vt_switch （））

返回0 ;

orig_fgconsole = vt_move_to_console ( SUSPEND_CONSOLE , 1 );

如果( orig_fgconsole < 0 )

返回1 ;

orig_kmsg = vt_kmsg_redirect ( SUSPEND_CONSOLE );

返回0 ;

}

suspend console：挂起console，由kernel/printk.c实现，主要是hold住console用的互斥锁，使别人无法使用console。
resume console：对console解锁。
restore console：将console恢复为最初的console。

无效pm_restore_console (无效)

{

如果（！pm_vt_switch （））

返回；

如果（orig_fgconsole >= 0 ）{

vt_move_to_console ( orig_fgconsole , 0 );

vt_kmsg_redirect ( orig_kmsg );

}

}

留着，您会问，为什么要切换 VT？先留着这个问题吧，等到分析时再回答。

5.2 冻结任务

进程的冻结功能，是suspend、hibernate等电源管理功能的组成部分，在新版本作为核心中，它被独立出来的电源管理状态（freeze）。该功能的目的，是电源管理中的状态切换过程中，确保有关进程和部分内核负责所有用户应该稳定的空间。

5.3 下午通知

PM notifier 是基于内核阻塞通知器消息功能实现的。blocking notifier提供了一种内核内部的消息通知机制，接受者通过notifier注册的，方式注册一个消息函数，关注发送者发出通知器。 ，产生的消息可以通过调用者接受调用，调用者的消息。
那暂停功能为什么使用通知程序呢？原因可能有多种，我举一个例子，这是我们日常开发中可能会遇到的。
由之前的描述，过程中，suspend device发生在进程被freeze，resume device在进程中发生。
1）如果某些设备需要在freeze进程之前暂停怎么办？
2）如果恢复操作者需要执行什么操作，或者设备需要什么时间等待，那么设备要在恢复进程之前，如果不是触发所有进程的恢复，那么是否可以触发所有进程？等待进程的数据执行能力，如何？
再来看suspend_prepare和suspend_finish中的处理：

静态intsuspend_prepare （suspend_state_t状态）{ _

…

错误= pm_notifier_call_chain ( PM_SUSPEND_PREPARE );

如果（错误）

转到完成；

错误= suspend_freeze_processes （）；

…

}

静态无效suspend_finish （无效）

{

暂停解冻进程（）；

pm_notifier_call_chain ( PM_POST_SUSPEND );

pm_restore_console ();

}

PM原来不是设备模型的框架，是在查看后门那些特殊的驱动程序，执行器可以比较设备的发送，直接PM接收暂停信息，以便自己的暂停操作。特别是恢复时可以在其他进程都工作的时候，只让暂停进程驱动的恢复。
那位读者，可以围观一下下面活生生的
驱动程序\视频\omap2\dss\core.c

5.4 device PM ops和platform PM ops的调用时机

对Linux驱动工程师来说，设备 PM ops就是电源管理（所有的，只要在适当的地方，实现适当的功能）管理和能够实现系统的电源。内核提供的这两个数据结构也很复杂，再回顾一下，如下：

结构dev_pm_ops {

int (* prepare )( struct device * dev );

无效（完整）（结构设备开发）；

int (* suspend )( struct device * dev );

int (* resume )( struct device * dev );

int (* freeze )( struct device * dev );

int (* thaw )( struct device * dev );

int (* poweroff )( struct device * dev );

int (* restore )( struct device * dev );

int (* suspend_late )(结构设备* dev );

int (* resume_early )( struct device * dev );

int (* freeze_late )(结构设备* dev );

int (* thaw_early )( struct device * dev );

int (* poweroff_late )( struct device * dev );

int (* restore_early )( struct device * dev );

int (* suspend_noirq )(结构设备* dev );

int (* resume_noirq )(结构设备* dev );

int (* freeze_noirq )(结构设备* dev );

int (* thaw_noirq )(结构设备* dev );

int (* poweroff_noirq )( struct device * dev );

int (* restore_noirq )( struct device * dev );

int (* runtime_suspend )( struct device * dev );

int (* runtime_resume )( struct device * dev );

int (* runtime_idle )( struct device * dev );

};

结构平台_suspend_ops {

int (*有效)( suspend_state_t state );

int (* begin )( suspend_state_t state );

int (*准备)(无效);

int (* prepare_late )( void );

int (* enter )( suspend_state_t state );

无效（*唤醒）（无效）；

无效（*完成）（无效）；

bool (* suspend_again )( void );

无效（*结束）（无效）；

无效（*恢复）（无效）；

};

这个内核的注释相当详细，到底应该实现什么错误？但这些我们的应用场景是什么方法？ 。可以总结一下在电源状态切换时，除了这个调用时机，从帮助。

5.5 暂停过程的同步和PM wakeup

最重要的事情，如果过程中，有过程的暂停或特殊处理？在内核都不能的内部，这也很好地解决了这个问题。
因此，在同步的时间里，暂停大部分的电视节目，（因为这个问题的主要作用是影响时代的热点）。但新的推出，事件变了，Android用暂停作日常的追踪（这个模块就在接下来的即将结束的过程中完成了？分析，这里就不再继续了。

原作者：wowo 蜗窝科技