Linux：CPUPower管理器 --- cpufreq解析

一、cpufreq是什么？

        cpufreq是Linux内核下的一种功率管理框架，它负责改变CPU的频率，以降低功耗并延长电池寿命。该框架的主要机制是动态调整CPU频率，该频率受限于CPU的负载和功耗。cpufreq能够动态地将频率降低到最低值或最高值，以适应各种不同的功率需求。

        有时，系统的CPU频率不可调整。在这种情况下，使用cpufreq扩展程序可以使CPU频率成倍增加。

二、cpufreq的功能和性能

        cpufreq的主要功能是实现动态时钟调整，根据CPU的工作负载来调整CPU的频率，以达到节能的效果。它们通常可以通过调整电压和频率来实现这一目标。

        除了节能，调整CPU频率也有助于提高性能。例如，在高负载情况下，提高CPU频率可以大大提高系统性能。在低负载情况下，降低CPU频率可以减少功耗并提高电池寿命。

        通过实现不同的频率策略，cpufreq能够平衡性能和功耗需求。在高性能模式下，CPU频率将达到最高水平，而在省电模式下，CPU频率将降低到最低要求。这使得CPUPower管理器成为一种非常有用的功率管理工具。

三、cpufreq配置和用法

1. 常用命令

        在Linux下，cpufreq工具需要使用cpufrequtils软件包。安装后就可以使用一些常用的 cpufreq 命令进行调整和配置：

$ cpufreq-info       // 显示CPU当前的状态信息
$ cpufreq-set        // 设置CPU的频率
$ cpufreq-aperf     // 显示CPU实际频率
$ cpufreq-set -g    // 设置CPU当前的电源政策
$ cpufreq-set -c     // 设置CPU中特定核心的频率

2. 性能规划模式（Performance Scaling Mode）

        在性能规划模式下，CPU的频率增加到最大。这个模式是为了获取最快的系统响应而设计的。您可以使用以下命令将此模式应用于系统：

echo performance | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

        要确定您是否成功应用了“性能规划模式”，可以使用cpufreqinfo命令来查看当前频率和电源模式。

3. 节能规划模式（Powersave Scaling Mode）

        在节能规划模式下，CPU的频率降至最低。 这个模式是为了降低系统的总体功耗，进而实现节能而设计的。您可以使用以下命令将此模式应用于系统：

echo powersave | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

        同样的，使用cpufreqinfo命令来确定是否成功应用“节能规划模式”。

4. 智能降频模式（On-demand Scaling Mode）

        在智能降频模式下，如果CPU负载较高，则CPU将工作在最高频率下，当负载下降后，则将工作在较低的频率下。这个模式是平衡性能和功率消耗之间的权衡，避免 CPU 消耗过多的能源。您可以使用以下命令将此模式应用于系统：

echo ondemand | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

        模式切换时需要时间，可能需要花费几秒钟或几分钟的时间。系统会自动转换为适当的模式，以便在任何时候都能够提供最佳的表现。

5. 权衡模式（Conservative Scaling Mode）

        权衡模式类似于“智能降频模式”，但比之智能，权衡模式更加保守。在负载增加时，CPU将工作在较高的频率下，但是频率不会达到最高频率的极限，以避免过多的能源消耗。这个模式是性能和节能模式之间的折中方案。您可以使用以下命令将此模式应用于系统：

echo conservative | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

        同样的，模式切换时需要时间，需要等待一定时间才能调整为适当的模式。

6. 定制自己的模式（Userspace Scaling Mode）

        如果您需要完全控制频率和电源管理，可以使用“userspace scaling mode”模式并创建自定义脚本来管理它。使用此模式需要更深入的知识和技能，但也为您提供了更大的灵活性。

创建如下脚本来管理频率：

#!/bin/bash
echo $1 > /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_setspeed

使用以下命令将创建的脚本加载到系统中：

echo userspace | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

之后您就可以使用脚本调整CPU的频率：

./set_frequency.sh 2500000

四、总结

        本文详细讲述了CPUPower管理器—cpufreq的功能和性能，并介绍了常见的cpufreq工具命令以及常用配置模式的使用。cpufreq框架可以根据CPU的负载自动调整CPU频率，以平衡性能和节能之间的关系，减少电力耗损并提高电池寿命。这使得cpufreq管理器成为一种非常有用的功率管理工具。