Linux电源管理-wakelock

前言

之前说过Google为了在user space阻止系统suspend，为Android设计出一套新的电源管理: wakelocks,  early_suspend等。此机制修改了Linux原生的susupend流程，定义子自己的休眠接口。起初Android为了合入此patch和Linux内核开发者有一段时间的讨论。比如此地址：http://lwn.net/Articles/318611/

但是在Linux合入wakeup event framework，提出了wakeup source概念，同时解决suspend和wakeup event之间的同步问题之后。Android也随之抛弃了自己的wakelocks机制，重新利用Linux中wakeup source，设计了全新的wakelock。其实也就将kernel中的wakeup source开放到用户空间。

从wakelock.c上面的注释可以证明这一点。

/* * kernel/power/wakelock.c * * User space wakeup sources support. * * Copyright (C) 2012 Rafael J. Wysocki <[e-mail]> * * This code is based on the analogous interface allowing user space to * manipulate wakelocks on Android. */

wakelock对比

 user spacekernel旧wakelock往/sys/power/wake_lock写入字符串阻止系统进入suspend。
往/sys/power/wake_unlock写入字符串系统可以进入suspend。wakelock在suspend的流程上加把锁，阻止suspend。
wakeunlock就是去掉这把锁。新wakelock基于wakeup event framework机制。
wakelock就是在kernel space激活一个wakeup event。
wakeunlock就是deactive一个wakeup event。

对user space来说，wakelock还是以前的wakelock，使用方法没变，API也没有变化。

对kernel space来说，变化是相当大，具体变化如上表。

数据结构

struct wakelock {char*name;struct rb_nodenode;struct wakeup_sourcews;#ifdef CONFIG_PM_WAKELOCKS_GCstruct list_headlru;#endif};

.name:  该wakelock对应的name。

.node:   红黑树节点，用于存储该wakelock。

.ws:      该wakelock对应的wakeup source。因为wakelock就是一个user space的wakeup source。

.lru:       用于wakelock的回收机制。

代码分析

上面也说了，往/sys/power/wake_lock写入字符串就阻止系统suspend下去，我们就带者这个思路一直探索下去。:)

static ssize_t wake_lock_store(struct kobject *kobj,       struct kobj_attribute *attr,       const char *buf, size_t n){int error = pm_wake_lock(buf);return error ? error : n;}

此函数直接调用了pm_wake_lock函数。

int pm_wake_lock(const char *buf){const char *str = buf;struct wakelock *wl;u64 timeout_ns = 0;size_t len;int ret = 0;if (!capable(CAP_BLOCK_SUSPEND))return -EPERM;while (*str && !isspace(*str))str++;len = str - buf;if (!len)return -EINVAL;if (*str && *str != '\n') {/* Find out if there's a valid timeout string appended. */ret = kstrtou64(skip_spaces(str), 10, &timeout_ns);if (ret)return -EINVAL;}mutex_lock(&wakelocks_lock);wl = wakelock_lookup_add(buf, len, true);if (IS_ERR(wl)) {ret = PTR_ERR(wl);goto out;}if (timeout_ns) {u64 timeout_ms = timeout_ns + NSEC_PER_MSEC - 1;do_div(timeout_ms, NSEC_PER_MSEC);__pm_wakeup_event(&wl->ws, timeout_ms);} else {__pm_stay_awake(&wl->ws);}wakelocks_lru_most_recent(wl); out:mutex_unlock(&wakelocks_lock);return ret;}

1.  判断当前task是否有suspend系统的权限。

2.  解析传入进来的字符串，如果传入的字符串为"123  1000"，则123就是wakelock存入到buf中，1000为定时器超时时间存入到timeout_ms中。

3.  调用wakelock_lookup_add函数，查找是否有相同的name的wakelock，如果有直接返回。如果没有，重新创建wakelock，然后将此wakelock加入到wakelocks_tree中，同时创建该wakelock对应的wakeup source。

4.  如果该wakelock有超时时间，则调用__pm_wakeup_event函数上报一个timeout_ns的wakeup events。否则调用__pm_stay_awake函数上报一个没有超时的wakeup events。

static struct wakelock *wakelock_lookup_add(const char *name, size_t len,    bool add_if_not_found){struct rb_node **node = &wakelocks_tree.rb_node;struct rb_node *parent = *node;struct wakelock *wl;while (*node) {int diff;parent = *node;wl = rb_entry(*node, struct wakelock, node);diff = strncmp(name, wl->name, len);if (diff == 0) {if (wl->name[len])diff = -1;elsereturn wl;}if (diff < 0)node = &(*node)->rb_left;elsenode = &(*node)->rb_right;}if (!add_if_not_found)return ERR_PTR(-EINVAL);if (wakelocks_limit_exceeded())return ERR_PTR(-ENOSPC);/* Not found, we have to add a new one. */wl = kzalloc(sizeof(*wl), GFP_KERNEL);if (!wl)return ERR_PTR(-ENOMEM);wl->name = kstrndup(name, len, GFP_KERNEL);if (!wl->name) {kfree(wl);return ERR_PTR(-ENOMEM);}wl->ws.name = wl->name;wakeup_source_add(&wl->ws);rb_link_node(&wl->node, parent, node);rb_insert_color(&wl->node, &wakelocks_tree);wakelocks_lru_add(wl);increment_wakelocks_number();return wl;}

1.  获取红黑树的root节点，通过while循环，在红黑树中根据wakelock的name查找是否有相同的，如果查找到，返回该wakelock。

2.  如果没有找到，判断当前的wakelock的数目是否超过系统的上限。

static inline bool wakelocks_limit_exceeded(void){return number_of_wakelocks > CONFIG_PM_WAKELOCKS_LIMIT;}

通常CONFIG_PM_WAKELOCKS_LIMIT的数目为100。

3. 重新分配一个新的wakelock，设置wakelock, wakeup source的name，调用wakeup_source_add接口将此wakeup source加入到系统中。

4. 插入此wakelock到红黑树中。

5. 调用wakelocks_lru_add函数将此wakelock加入到wakelocks_lru_list表头，用于回收使用。

static inline void wakelocks_lru_add(struct wakelock *wl){list_add(&wl->lru, &wakelocks_lru_list);}

6. 增加系统wakelock的数量。

这时候系统持有一个wakelock，kernel层面就是有wakeup event正在处理中。当系统需要susupend的时候，就会调用pending接口检查到有wakeup event事件在处理，就需要abort suspend。只有当user space通过在wake_unlock设置字符串后，系统就可以进入低功耗模式。所以接下来分析deactive wakeup event过程。

static ssize_t wake_unlock_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t n){int error = pm_wake_unlock(buf);return error ? error : n;}

此函数最终调用pm_wake_unlock接口。

int pm_wake_unlock(const char *buf){struct wakelock *wl;size_t len;int ret = 0;if (!capable(CAP_BLOCK_SUSPEND))return -EPERM;len = strlen(buf);if (!len)return -EINVAL;if (buf[len-1] == '\n')len--;if (!len)return -EINVAL;mutex_lock(&wakelocks_lock);wl = wakelock_lookup_add(buf, len, false);if (IS_ERR(wl)) {ret = PTR_ERR(wl);goto out;}__pm_relax(&wl->ws);wakelocks_lru_most_recent(wl);wakelocks_gc(); out:mutex_unlock(&wakelocks_lock);return ret;}

1.  依旧需要判断当前task是否有suspend系统的权限。

2.  解析传入的字符串。

3.  依旧调用wakelock_lookup_add函数查找是否有相同name，如果有返回wakelock，否则返回错误。

4.  调用__pm_relax将wakeup source状态置为deactive。

5.  将wakelock从wakelocks_lru_list链表移除，然后又将其添加到链表头。

6.  调用wakelocks_gc执行wakelock的垃圾回收。

wake_lock和wake_unlock在sys中show函数如下，也就是显示系统中所有的lock和unlock的wakelock

ssize_t pm_show_wakelocks(char *buf, bool show_active){struct rb_node *node;struct wakelock *wl;char *str = buf;char *end = buf + PAGE_SIZE;mutex_lock(&wakelocks_lock);for (node = rb_first(&wakelocks_tree); node; node = rb_next(node)) {wl = rb_entry(node, struct wakelock, node);if (wl->ws.active == show_active)str += scnprintf(str, end - str, "%s ", wl->name);}if (str > buf)str--;str += scnprintf(str, end - str, "\n");mutex_unlock(&wakelocks_lock);return (str - buf);}

此函数也就是遍历红黑树，通过show_active变量判断当前是lock或者unlock的。最后show出来即可。

wakelock垃圾回收

为什么需要垃圾回收？

如果一个wakelock需要频繁创建，销毁，效率就比较低。此时就需要将一些频繁使用的wakelock保存起来，再次使用的时候就可以快速获取。但是当一个系统的wakelock超过系统的上限就需要将一些一直不再使用的wakelock回收，这时候就需要wakelock的回收机制。

1. 定义一个wakelock_lru链表用于保存系统中所有的wakelock

static LIST_HEAD(wakelocks_lru_list);

2. 定义一个变量，记录系统中wakelock的数量。

static unsigned int wakelocks_gc_count;

3.  当创建wakelock的时候调用wakelocks_lru_add函数，将此wakelock添加到wakelock_lru链表head部。

static inline void wakelocks_lru_add(struct wakelock *wl){list_add(&wl->lru, &wakelocks_lru_list);}

4. 当调用unlock的时候，调用wakelocks_lru_most_recent函数，将wakelock移动到链表的head部，表示此wakelock是最近访问的。

5. 然后调用wakelocks_gc进行wakelock回收。

static void wakelocks_gc(void){struct wakelock *wl, *aux;ktime_t now;if (++wakelocks_gc_count <= WL_GC_COUNT_MAX)return;now = ktime_get();list_for_each_entry_safe_reverse(wl, aux, &wakelocks_lru_list, lru) {u64 idle_time_ns;bool active;spin_lock_irq(&wl->ws.lock);idle_time_ns = ktime_to_ns(ktime_sub(now, wl->ws.last_time));active = wl->ws.active;spin_unlock_irq(&wl->ws.lock);if (idle_time_ns < ((u64)WL_GC_TIME_SEC * NSEC_PER_SEC))break;if (!active) {wakeup_source_remove(&wl->ws);rb_erase(&wl->node, &wakelocks_tree);list_del(&wl->lru);kfree(wl->name);kfree(wl);decrement_wakelocks_number();}}wakelocks_gc_count = 0;}

a.  如果当前系统wakelock小于系统上限(WL_GC_COUNT_MAX=100)，则不用回收。

b.  从wakelocks_lru_list链表的末尾取一个wakelock，因为末尾的都是不经常使用的wakelock。如果此wakelock的idle时间没有超过(WL_GC_TIME_SEC * NSEC_PER_SEC)则不用回收，否则进行回收。

c.  如果此时wakelock的状态是deactive的，则进行回收。

d.  移除该wakelock的wakeup source，同时从红黑树中去除，从wakelock_lru链表去除，释放内存，减少wakelock的数目。