关于 deepin V23 的发烧、续航问题我们做了电源设备优化

在对电源进行专项优化之前，首先对 deepin （深度）操作系统进行了深入调查和剖析，以理解其在负载场景下的实际运行情形。

经由对 CPU 利用率和功耗的监测，我们创造了一个令人惊异的事实：只管在高负载场景下 CPU 的占用率不高，但其功耗却持续升高，终极导致设备发热并影响续航。

也便是说，我们前期做的省电优化事情，不仅无效，还起了反浸染。
那么到底该如何办理这一问题呢？

在刚刚结束的DDUC 2023上，deepin（深度）社区用户 fslong 从社区参与共创的角度，分享了帮助 deepin 团队一起完成优化事情的故事。
那么，本文就让我们从 deepin 团队研发工程师的角度来回顾办理这一问题的进程吧！

找到问题的根源

1.内核

最开始创造问题的地方在内核。
有用户将 deepin 的内核和 Ubuntu 的内核进行比拟后创造，虽然二者性能相差无几，但是在发热和续航上，较 Ubuntu 掉队较多。
有用户在 deepin （深度）操作系统上利用 Ubuntu 和其他开源 Linux 发行版的配置文件分别编译内核，创造 deepin 的紧张问题在于发热掌握上。
deepin 团队的测试伙伴高度重视这一社区反馈，对该问题进行复现，佐证了这一征象。

于是，我们立即联系了内核研发的伙伴，并约请部分对内核配置有一定研究的社区用户共同参与，协力排查后创造，deepin V23 中供应的 HWE 内核存在部分 debug 和无用的内核选项被开启的情形，并且部分节电功能实际未能得到启用，这些都在一定程度上导致了 deepin V23 的续航表现不佳。

2. 系统

系统层面，重新核阅了 dde-daemon 供应的电源调度模块，并且比拟内核文档供应的文件接口，剖析用户利用的电源模式，创造个中存在可以优化的空间。
这是本文着重讲解的内容之一。

一些前置知识

1.ACPI

ACPI（Advanced Configuration and Power Interface）是一种打算机硬件和操作系统之间交流能源干系信息的接口规范。
它定义了打算机硬件的能源干系信息，如电源供应器状态、设备功耗、设备功率因数等。
ACPI 是操作系统掌握打算机硬件能源管理的标准，同时也是硬件厂商和操作系统之间通信的标准。

在 deepin （深度）操作系统中，ACPI 卖力处理打算机硬件的能源管理，与电源管理模块进行交互，以实现对打算机硬件的能源管理。

在剖析系统层面的问题时，须要理解 ACPI 和电源管理模块的浸染和功能，以及它们是如何协同事情的。
本文将会详细讲解 ACPI 的事情事理以及 deepin （深度）操作系统中的电源调度模块事情模式，并提出可行优化建议。

ACPI 的事情事理是：当打算机硬件发生电源变革时，ACPI 会网络硬件信息，并向操作系统发送电源要求。
操作系统收到电源要求后，会根据用户配置自动调度各个硬件的电源策略。

deepin （深度）操作系统的电源模块则是帮助用户天生配置来调度 ACPI 的行为。
以是在这一方面，我们能做的便是向 ACPI 供应合理的电源策略，在担保性能的同时，降落设备温度并提升续航表现。

2.平台电源配置

干系内核文档<https://docs.kernel.org/userspace-api/sysfs-platform_profile.html>UEFI ACPI 文档<https://uefi.org/htmlspecs/ACPI_Spec_6_4_html/index.html>平台电源配置是电源管理模块的主要组成部分，用于管理打算机平台硬件（指所有支持 ACPI 的设备）的电源状态。
CPU 也属于 ACPI 设备的一部分，不过 CPU 是打算机的核心发热大户，对付其利用平台电源管理可能粒度较粗，以是 APCI 引入了一些 CPU 独占的性能管理办法，不才一小节将详细解释。

平台电源配置供应了三种可选模式：performance（性能模式），balance（平衡模式），low-power（节能模式）。
一样平常情形下，用户利用平衡模式就可以。
在台式机和 mini 主机类（对付功耗和发热没有任何哀求）设备上默认供应性能模式，在条记本等移动设备上默认供应平衡模式。
默认不供应节能模式，由于某些 ACPI 设备在节能模式事情过程中可能涌现“睡去世征象”，所以为了避免此问题，默认不供应 low-power 节电模式。

3.CPU 电源配置

传统电源模式（SCalling）内核文档<https://www.kernel.org/doc/html/v6.1/admin-guide/pm/cpufreq.html>Intel PState 内核文档<https://www.kernel.org/doc/html/v6.1/admin-guide/pm/intel_pstate.html>AMD PState 内核文档<https://docs.kernel.org/admin-guide/pm/amd-pstate.html>如果有韶光，可以自行研读上述电源文档，就很随意马虎理解 CPU 电源配置干系内容。
作者在这里的讲述将忽略大量技能细节和实现办法，仅表述如何调度 CPU 的电源模式。

在 /sys/devices/system/cpu/cpufreq 目录下有许多文件名为 policy<x>（x 代表核心编号），这些文件对应着电脑上的 CPU 核心，而 CPU 的电源调度细节就在这些文件夹里。
在 policy<x> 目录下有一个文件`scaling_driver`，利用 cat 或其他办法访问它，得到的结果便是当前利用的调度器：

intel_cpufreq / acpi_cpufreq : 利用 scaling freq 调度；intel_pastate : 利用 Intel PState 调度；amd-pstate : 利用 AMD PState 调度。

scalling freq 调度

这是最传统的 CPU 调度办法，可以在 policy 文件夹下的 scaling_available_governors 获取可选电源模式：

英文

中文

含义

performance

性能

模式

最极致的性能表现，最火热的 CPU 温度，最短的续航。

powersave

节能

模式

为绿色地球出一份力。

balance

平衡

模式

性能和续航兼顾。

schedutil

平衡

模式

平衡模式的一种，利用不同算法进行调度。

ondemand

平衡

模式

平衡模式的一种，根据当前 CPU 负载动态调度频率。
当负载大于阈值时调度到最高频率，其他情形按负载比例打算频率。

conservative

平衡

模式

平衡模式的一种，根据当前 CPU 负载动态调度频率。
当负载大于最大阈值时步进递增频率，当负载小于最低阈值时步进递减。

userspace

用户

模式

以用户指定的频率运行 CPU，可通过 /sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_setspeed 进行配置。

实在这些平衡模式的浸染都是是一样的：平衡性能和续航，不过利用的算法可能不同。

Intel PState

这是 Intel 近几代 CPU 独享的 moment，内核开启 Intel PState 后（deepin V23 内核默认开启），在 policy文件夹下多了几个文件：

我们只须要关注：

energy_performance_available_perference : 可用的 PState 电源调度；energy_performance_perference：当前选定的 PState 电源调度，可以变动此文件内容来变动电源调度。

在 Intel PState 中涌现了两个新的调度方案：

balance_performance : 平衡偏性能，平时事情频率不高，在负载增大时能快速相应；balance_power : 平衡偏节能，电源策略较为守旧 在部分电脑上还有 default 方案，此方案便是经由 PState 优化过的 balance 策略。
详细 PState 利用的黑邪术以及主动模式和被动模式的调度策略，可以参照内核文档进行剖析。

AMD PState

这是 AMD ZEN2 以上用户，以及支持 kernel 6.4.x 用户独享的 moment。
实在 AMD 在 6.1 内核已经做了 PState 的支持，不过是被动模式。

（Actvie Mode）主动模式Active Mode 仅在内核版今年夜于 6.4 以上，且内核选项打开 AMD PState 时可用。
可能须要在 grub 内加入启动参数以打开此功能：amd_pstate=active，也可以修正文件实现 Active Mode 的电源策略和 Intel PStatewi 类似。
（Passive Mode）被动模式Passtive Mode 仅在内核大于 6.1 以上，且内核选项打开 AMD PState 时可用。
可能须要在 grub 加入启动参数开启此功能：amd_pstate=passive，也可修正文件实现。
Passive Mode 供应两种电源模式，在/sys/device/system/cpu/cpufreq/scaling_governor文件进行调度：performance 利用 platform_profile 进行配置，调度积极性较高；scheutils 在/sys/device/system/cpu/cpufreq/schedutil/rate_limit_us文件中调度调度粒度（两次调度的间隔韶光）和 ACPI 的 scheutils 类 /sys/device/system/cpu/cpufreq/scaling_governor 。
（Guided Mode）勾引模式Guided Mode 仅在内核大于 6.1 以上，且内核选项打开 AMD PState 时可用。
可能须要在 grub 加入启动参数开启此功能：amd_pstate=guided，也可修正文件实现。
这就类似汽车的自动挡，驱动程序要求最低和最大性能级别，平台自动选择此范围内适宜当前事情负荷的性能级别。

4.GPU 电源管理部分

AMD GPU

如果是 AMD GPU 则须要变动两个文件（利用 tee 命令进行写入）：

/sys/class/drm/card0/device/power_dpm_state（这是一个遗留接口，目的是向后兼容）；performance 高性能模式；balance 平衡模式；battery 节能模式；/sys/class/drm/card0/device/power_dpm_force_performance_level 。

以下设置来自 AMD 官方驱动文档：

https://dri.freedesktop.org/docs/drm/gpu/amdgpu.html#power-dpm-force-performance-level

power_dpm_force_performance_level:

AMD GPU 驱动程序供应了一个 sysfs API，用于调度某些与功率干系的参数。
文件 power-dpm-force-performance-level 将用于实行此操作。
它接管以下参数：

auto：当选择 auto 时，设备将考试测验针对驱动中确当前条件动态选择最佳功率曲线；low：当选择低时，GPU 被逼迫到最低功率状态；high：当选择高时，GPU 被逼迫到最高功率状态；manual：当选择手动时，用户可以通过 sysfs pp_dpm_mclk、pp_dpm_sclk 和 pp_dpm_pcie 文件手动调度每个时钟域启用的电源状态，并通过 pp_power_profile_mode sysfs 文件调度电源状态转换办法；profile_standard 固定时钟级别剖析模式。
此模式将时钟设置为固定级别，该级别因 ASIC 而异。
这对付剖析特定事情负载很有用（不常用）；profile_min_sclk 最小 SCLK 剖析模式。
此模式将 SCLK 逼迫设置为最低级别。
这对付剖析最小功耗的场景很有用（不常用）；profile_min_mclk 最小 MCLK 剖析模式。
此模式将 MCLK 逼迫设置为最低级别。
这对付剖析最小功耗的场景很有用（不常用）；profile_peak 峰值剖析模式。
此模式将所有时钟（MCLK、SCLK、PCIe）设置为最高级别。
这对付剖析最大性能的场景很有用（不常用）。

测试：

Low 模式的跑分

Auto 模式的跑分

High 模式的跑分

Intel GPU

Intel GPU 利用的 i915 驱动，并不肯望你对其做出调度，由于其驱动自带的电源策略已经足够聪明。
不过你也可以通过 Intel 供应的 intel-gpu-tools 进行调度和获取信息。

sudo apt install intel-gpu-tools

然后利用

sudo intel_gpu_frequency

来获取当前频率（当前利用的是 Intel A750）。

可以看到 Intel 的显卡驱动是在 600 MHz 到 2400 MHz 之间动态调度（如上图）。

测试条记本下 Intel 核显跑分如下：

NVIDIA

由于 NVIDIA 驱动不开源，以是在系统层面无法对其做掌握。

运用级别的省电

运用级别的省电，该当便是在担保用户利用流畅度的情条件下节省性能。
之前也有用户提出过，是否能参照某手机厂商的不公正调度算法来实现优化，毕竟安卓系统的底层也是 Linux，理论上实现难度不大。

Cgroups，全称 Control Groups，是 Linux 内核供应的一种资源管理机制，用于对进程分组并对其资源进行限定和隔离。
Cgroups 可以用于限定进程的 CPU、内存、磁盘、网络等资源，也可以用于限定进程的优先级和 IO 权限。
利用其供应的能力，很随意马虎实现类似不公正调度算法（新的 AM 天然支持 Cgroups 的操作），但是还有一些顾虑：

不同于手机操作系统，打算机操作系统是多任务并行的，在多数窗口管理器下，我们并没有一个明显的前台运用，此时利用不公正调度可能存在隐患；随意马虎引发人机对抗。
在我的不雅观念里面，打算机是为人做事的，那么用户的意志必定是第一优先级，以是我们不应改变用户的行为，如果利用不平衡调度和用户预期不一致，会极大降落用户体验；利用前后台区分运用，可能导致开销和收益比低落，性价比不高。
Linux 桌面不像安卓设备有明显前后台，用户频繁切换运用的操作将导致调度器频繁切换调度，使得开销过大。
最佳的办理方案是：供应能力，但不供应方案。
可以供应基于 Cgroups 办法修正运用组的优先级，然后让用户自己选择什么运用优先级更高，什么运用优先级低，以实现调度（比如在 dock 上右键选择优先级）或供应一套配置以供用户自由选择。

如果一个电脑须要利用不平衡调度来担保利用流畅性，可能这并不是一个操作系统能办理的问题，而更该当考虑硬件是否须要改换，以担保多任务利用的流畅性。

附录——常用的调试测试工具

1. S-tui

可以看到 CPU 频率变革，合营 stress 可以对 CPU 进行压力测试。

2. intel-gpu-tools

可以利用 intel_gpu_frequency 来获取和调度 i965 的驱动频率。

3. GLMark2

GPU 跑分软件。

4. stress-ng

CPU 压力测试软件。

5. PowerTOP

电源测试软件，可以看到电源的功耗和利用情形。