CPU p-state

备注

本段为 Balancing Power and Performance in the Linux Kernel 概要摘录

P-state 是CPU频率和操作点电压的结合。

处理器性能和主频是直接相关的。增加主频可以增加处理器性。反之，即哪个低主频则降低性能。如果将主频减半，计算任务就会降低一半速度。不过，如果降低主频，但是增加CPU使用率并且降低idle时间百分比，则会影响电池使用时间。

引入 P-state 的两个主要原因是：

  • 降低尖峰时热能负载

  • 降低能耗

Linux内核的能耗和性能平衡

idle的不同级别

  • runtime idle

  • suspended

  • off

激活电源管理

  • CPU激活电源管理（cpufreq） - P-states 或 DVFS

  • 设备激活电源管理 - 一些设备支持PCIe ASPM

  • GPU则自我管理

选择正确的p-state

  • 调节器(Governors)反映了用户策略决定：

    • intel_pstate 只支持 powersave 和 performance 策略，其他驱动支持更多策略( ACPI cpufreq )

    • intel_pstate 是一个调节器，并且hw驱动是一个整体，所以传统上这个governor是和hw驱动隔离的。

  • intel_pstate “performance” 策略总是选择最高的 p-state

    • 完全不考虑节能

  • intel_pstate “powersave” 策略尝试平衡性能和节能

  • intel_pstate 驱动监视使用率并能够决定何时增加或减少 p-state 。这个方式和其他governors类似。

p-state 划分

  • P0 - P1 是 turbo范围

  • P1 - Pn 是 保证范围（操作系统可见的状态）

  • Pn - LFM 是 温度控制范围

p-state划分

p-state划分

P-state的硬件协作

  • 共享相同电压域的CPU核心对一个 p-state 投票

  • 每个CPU核心的最高 p-state 赢得投票

  • APERF/MPERF必须用于查看哪个 p-state 被批准

acpi_cpufreq 已经被废弃(Intel处理器不建议使用 ACPI cpufreq (OS control mode)，而是采用CPU硬件电源管理

P-state的操作系统限制

  • 能力/使用率不足以决定何时伸缩

  • 采样率可能导致不正确的使用计算

  • 伸缩性的收益不明确

硬件P-state(HWP)

Intel Speed Shift Technology (HWP)

  • 最有效的主频是运行时计算（Pe） - 基于系统和负载

  • EPP表示Energy Performance Perference（能源执行性能优先） - 将决定如何强化算法（Pa） - 基于系统，负载，OS

  • 算法将在Pa和Pe之间操作

HWP即 Hardware P-State

HWP

HWP

HWP MSR

HWP MSR

HWP capabilities MSR

HWP capabilities MSR

Linux实现

  • intel_pstate 驱动检查CPU flag

  • 默认所有白名单CPU都激活

  • 只支持自动模式

  • 没有EPP输出

  • Min和Max pstate是通过min和max perf_pct sysfs文件获取

请参考 CPU p-state 的Linux配置

参考