cpu idle linux

在Linux操作系统中，CPU idle（空闲）状态是一个重要的概念，它与系统的功耗管理、性能优化以及进程调度等方面密切相关，下面将详细解释Linux中的CPU idle状态，包括其定义、工作原理、相关数据结构、初始化流程、触发流程以及策略核心函数等方面。

一、CPU idle的定义

在Linux系统中，当CPU不忙时，即没有可运行的进程或线程时，CPU会进入idle状态，这种状态下，CPU不会执行任何有用的计算任务，而是处于等待状态，直到有新的任务到来，CPU idle的主要目的是减少功耗，提高系统的整体能效。

二、CPU idle的工作原理

1、初始化流程：

Governor注册：Linux内核使用一个链表来维护系统中所有已注册的governor，每个新注册的governor都会将其rating值与已注册的governor进行比较，并将rating值最高的governor作为当前governor。

Driver注册：cpuidle驱动注册流程相对简单，主要包括设置idle state相关参数和可能的broadcast timer，如果设置了local-timer-stop属性，则为每个CPU设置相应的broadcast timer；如果为driver指定了governor，则切换current governor。

设备注册：cpuidle设备注册主要包括初始化一些参数值，将设备添加到全局设备链表中，然后为其初始化sysfs属性并使能该设备，注册完成后，cpuidle设备、cpuidle驱动及governor之间建立起连接，最终系统通过cpuidle framework调用下层接口完成具体硬件操作。

2、触发流程：

当CPU启动完成或某个CPU上没有可运行线程时，会触发idle线程，idle线程通过cpu_startup_entry函数入口调用到cpuidle_framework，并执行idle线程的主函数do_idle，最终将CPU设置为特定的idle state。

3、策略核心函数：

select函数：以menu_select为例，该函数负责计算预期的idle时间，并根据系统的时延容忍度和预测的idle时间选择合适的idle层级，选择过程考虑了校正因子、下一次tick到来的时间以及CPU上的IO等待线程数量等因素。

reflect函数：reflect函数用于在CPU从idle状态恢复时更新系统状态，确保系统能够正确响应外部中断和事件。

三、CPU idle的数据结构

1、cpuidle device：用于描述CPU核的cpuidle设备。

2、cpuidle driver：用于描述CPU核的cpuidle驱动。

3、cpuidle governor：主要根据cpuidle的device和driver状态来选择策略。

四、CPU idle的FAQs

1、问：如何查看Linux系统中CPU的idle状态？

答：可以使用top命令查看系统的CPU使用情况，其中包括CPU的idle状态，也可以查看/proc/stat文件获取更详细的CPU时间统计信息，其中包含idle时间。

2、问：如何调整Linux系统中CPU的idle策略？

答：可以通过修改/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpuidle/current_driver和/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpuidle/current_governor等文件来调整CPU的idle策略和governor类型，不同的governor提供了不同的idle策略，如menu、ladder、teo和haltpoll等。

五、小编有话说

Linux中的CPU idle状态是一个复杂而重要的机制，它涉及到系统底层的硬件操作和上层的软件调度，通过合理配置和管理CPU idle状态，可以显著降低系统的功耗并提高整体能效，对于开发者来说，了解CPU idle的工作原理和策略也有助于优化系统性能和响应速度。