Linux睡眠喚醒機制–Kernel態

一、對於休眠(suspend)的簡單介紹
   在Linux中,休眠主要分三個主要的步驟:
   1) 凍結使用者態進程和核心態任務
   2) 調用註冊的裝置的suspend的回呼函數, 順序是按照註冊順序
   3) 休眠核心裝置和使CPU進入休眠態, 凍結進程是核心把進程列表中所有的進程的狀態都設定為停止,並且儲存下所有進程的上下文. 當這些進程被解凍的時候,他們是不知道自己被凍結過的,只是簡單的繼續執行。
   如何讓Linux進入休眠呢?使用者可以通過讀寫sys檔案/sys /power/state 是實現控制系統進入休眠. 比如
   # echo mem > /sys/power/state
   命令系統進入休眠. 也可以使用

   # cat /sys/power/state
   來得到核心支援哪幾種休眠方式.

二、Linux Suspend 的流程
1. 相關代碼

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

     接下來讓我們詳細的看一下Linux是怎麼休眠/喚醒的:
     使用者對於/sys/power/state 的讀寫會調用到 kernel/kernel/power/main.c中的state_store()， 使用者可以寫入 const char * const pm_states[] 中定義的字串， 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",
};
      常見有standby(suspend to RAM)、mem(suspend to RAM)和disk(suspend to disk)，只是standby耗電更多，返回到正常工作狀態的時間更短。     

     然後state_store()會調用enter_state()<註：這是經典Linux調用流程， 在Android系統中，Kernel將調用request_suspend_state，而不是enter_state>，它首先會檢查一些狀態參數，然後同步檔案系統。
 

/** *enter_state - Do common work of entering low-power state. *@state:pm_state structure for state we're entering. * *Make sure we're the only ones trying to enter a sleep state. Fail *if someone has beat us to it, since we don't want anything weird to *happen when we wake up. *Then, do the setup for suspend, enter the state, and cleaup (after *we've woken up). */int enter_state(suspend_state_t state){int error;if (!valid_state(state))return -ENODEV;if (!mutex_trylock(&pm_mutex))return -EBUSY;#ifdef CONFIG_SUSPEND_SYNC_WORKQUEUEsuspend_sys_sync_queue();#elseprintk(KERN_INFO "PM: Syncing filesystems ... ");sys_sync();printk("done.\n");#endifpr_debug("PM: Preparing system for %s sleep\n", pm_states[state]);error = suspend_prepare();if (error)goto Unlock;if (suspend_test(TEST_FREEZER))goto Finish;pr_debug("PM: Entering %s sleep\n", pm_states[state]);pm_restrict_gfp_mask();error = suspend_devices_and_enter(state);pm_restore_gfp_mask(); Finish:pr_debug("PM: Finishing wakeup.\n");suspend_finish(); Unlock:mutex_unlock(&pm_mutex);return error;}

2. 準備, 凍結進程
       當進入到suspend_prepare()中以後， 它會給suspend分配一個虛擬終端來輸出資訊， 然後廣播一個系統要進入suspend的Notify， 關閉掉使用者態的helper進程， 然後一次調用suspend_freeze_processes()凍結所有的進程， 這裡會儲存所有進程當前的狀態， 也許有一些進程會拒絕進入凍結狀態， 當有這樣的進程存在的時候， 會導致凍結失敗,此函數就會放棄凍結進程，並且解凍剛才凍結的所有進程。

 

/** *suspend_prepare - Do prep work before entering low-power state. * *This is common code that is called for each state that we're entering. *Run suspend notifiers, allocate a console and stop all processes. */static int suspend_prepare(void){int error;if (!suspend_ops || !suspend_ops->enter)return -EPERM;pm_prepare_console();error = pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);if (error)goto Finish;error = usermodehelper_disable();if (error)goto Finish;error = suspend_freeze_processes();if (!error)return 0;suspend_thaw_processes();usermodehelper_enable(); Finish:pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);pm_restore_console();return error;}

3. 讓外設進入休眠
        現在, 所有的進程(也包括workqueue/kthread) 都已經停止了，核心態人物有可能在停止的時候握有一些訊號量， 所以如果這時候在外設裡面去解鎖這個訊號量有可能會發生死結，所以在外設的suspend()函數裡面作lock/unlock鎖要非常小心，這裡建議設計的時候就不要在suspend()裡面等待鎖。而且因為suspend的時候，有一些Log是無法輸出的，所以一旦出現問題,非常難調試。

      然後kernel在這裡會嘗試釋放一些記憶體。

      最後會調用suspend_devices_and_enter()來把所有的外設休眠， 在這個函數中， 如果平台註冊了suspend_ops(通常是在板級定義中定義和註冊，在kernel/arch/arm/mach-xx/pm.c中調用suspend_set_ops)， 這裡就會調用 suspend_ops->begin()； 然後調用dpm_suspend_start，他們會依次調用驅動的suspend()
回調來休眠掉所有的裝置。

     當所有的裝置休眠以後， suspend_ops->prepare()會被調用， 這個函數通常會作一些準備工作來讓板機進入休眠。 接下來Linux，在多核的CPU中的非啟動CPU會被關掉，通過注釋看到是避免這些其他的CPU造成race condio，接下來的以後只有一個CPU在運行了。

     suspend_ops 是板級的電源管理操作, 通常註冊在檔案 arch/arch/mach-xxx/pm.c 中.

     接下來， suspend_enter()會被調用， 這個函數會關閉arch irq， 調用 device_power_down()， 它會調用suspend_late()函數， 這個函數是系統真正進入休眠最後調用的函數，通常會在這個函數中作最後的檢查。 如果檢查沒問題， 接下來休眠所有的系統裝置和匯流排，並且調用 suspend_pos->enter() 來使CPU進入省電狀態，這時就已經休眠了。代碼的執行也就停在這裡了。

/** *suspend_devices_and_enter - suspend devices and enter the desired system *    sleep state. *@state:  state to enter */int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state){int error;if (!suspend_ops)return -ENOSYS;trace_machine_suspend(state);         // 如果平台註冊了suspend_ops(通常是在板級定義中定義和註冊，           // 在kernel/arch/arm/mach-xx/pm.c中調用suspend_set_ops)，            // 這裡就會調用 suspend_ops->begin()；if (suspend_ops->begin) {error = suspend_ops->begin(state);if (error)goto Close;}suspend_console();suspend_test_start();         // 依次調用驅動的suspend() 回調來休眠掉所有的裝置。error = dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND);if (error) {printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to suspend\n");goto Recover_platform;}suspend_test_finish("suspend devices");if (suspend_test(TEST_DEVICES))goto Recover_platform;                 // 這個函數會關閉arch irq， 調用 device_power_down()， 它會調用suspend_late()函數，           // 這個函數是系統真正進入休眠最後調用的函數，通常會在這個函數中作最後的檢查。          // 如果檢查沒問題， 接下來休眠所有的系統裝置和匯流排，並且調用 suspend_pos->enter()          // 來使CPU進入省電狀態，這時就已經休眠了。代碼的執行也就停在這裡了。error = suspend_enter(state); Resume_devices:suspend_test_start();dpm_resume_end(PMSG_RESUME);suspend_test_finish("resume devices");resume_console(); Close:if (suspend_ops->end)suspend_ops->end();trace_machine_suspend(PWR_EVENT_EXIT);return error; Recover_platform:if (suspend_ops->recover)suspend_ops->recover();goto Resume_devices;}

三、Linux Resume流程

       如果在休眠中系統被中斷或者其他事件喚醒，接下來的代碼就會開始執行，這個喚醒的順序是和休眠的循序相反的，所以系統裝置和匯流排會首先喚醒，使能系統中斷，使能休眠時候停止掉的非啟動CPU， 以及調用suspend_ops->finish()， 而且在suspend_devices_and_enter()函數中也會繼續喚醒每個裝置，使能虛擬終端， 最後調用 suspend_ops->end()。

      在返回到enter_state()函數中的，當 suspend_devices_and_enter() 返回以後，外設已經喚醒了，但是進程和任務都還是凍結狀態， 這裡會調用suspend_finish()來解凍這些進程和任務， 而且發出Notify來表示系統已經從suspend狀態退出， 喚醒終端。

      到這裡，所有的休眠和喚醒就已經完畢了，系統繼續運行了。

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