Linux睡眠唤醒机制--Kernel态

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
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/**

* 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_WORKQUEUE

suspend_sys_sync_queue();

#else

printk(KERN_INFO "PM: Syncing filesystems ... ");

sys_sync();

printk("done.\n");

#endif

pr_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. 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
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/**

* 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. 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
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/**

* 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()；

if (suspend_ops->begin) {

error = suspend_ops->begin(state);

if (error)

goto Close;

}

suspend_console();

suspend_test_start();

// 依次调用驱动的suspend() 回调来休眠掉所有的设备。

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;

// 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。

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