Linux中的cpuidle子系统

何时休眠

当CPU没事可做的时候，软件层面采用的做法通常是：执行一个idle任务，这个idle任务是系统中优先级最低的，里面一般就是一个无限循环。但它还是会消耗能量，这实在有点不划算，对于移动设备更是浪费宝贵的电池资源，但是idle任务又必须执行，系统不能处在一个没有任何任务运行的状态。

功耗模式 - 睡眠深度

为此，CPU的设计者在硬件层面提供了不同的运行模式，以Intel的芯片为例（同时也是ACPI 的spec定义），包括了P-state和C-state。

在C-state的划分中，C0为正常工作模式，其他的"C1 ~ Cn"为休眠模式，这样CPU在无事可做时，就不用靠执行一些useless的指令来维持运行（软件idle），idle时进入休眠模式即可（称为"cpuidle"，或硬件/physical idle，对应的内核配置选项是"CONFIG_CPU_IDLE"）。

有的休眠态是关闭部分时钟/电源（浅睡），有的是全部关闭（深睡），以供软件根据不同的场景选择。

休眠模式是存在代价的：进入和退出需要花费时间，退出恢复到正常状态的latency会影响对任务的响应，而且，进入和退出的过程本身也会损失一定的功耗（实际的"Entry"和"Exit"的功耗甚至可能短暂超过正常运行时的功耗）。

"n"值越大，睡眠程度越深，功耗节省越多，但恢复时间也越长。如果睡眠时间比较短，功耗没节省多少，时延又长，就很不合算。

基本概念

在Linux中，描述C-state的是"cpuidle_state"结构体。一个SMP系统有多个CPU，一个CPU有多种休眠态，这形成了一个二维的矩阵，"cpuidle_state"就是此矩阵的纵向元素。

struct cpuidle_state {
    // 在sysfs中可见
    char  name[16];
    char  desc[32];

    int power_usage; /* 以mW计 */
    unsigned int exit_latency; /* 以us计 */
    unsigned int target_residency; /* 以us计 */

    int (*enter) (...);
};