idle process进程（CPU进入idle进程状态的流程）

指南框架

每个CPU内核都会有一个空闲进程。当系统不调度CPU资源时，空闲进程将进入空闲进程。空闲进程的作用是通过不使用CPU来省电。

在ARM64架构中，当CPU空闲时，它会调用WFI指令(等待中断)，关闭CPU 时钟来降低功耗，当外设中断触发时，CPU将再次恢复。

Cpuidle core是Cpuidle框架的核心模块，负责抽象出三个实体：cpuidle设备、cpuidle驱动和cpuidle调控器，如下图所示：

Cpuidle核心抽象了三种数据结构：cpuidle设备、cpuidle驱动程序和cpuidle调控器。

数据结构

cpuidle_device

每个CPU核对应一个struct cpuidle_device结构。主要字段如下

structcpuidle _ device {//CPU unsignedintregistered:1在内核unsigned:1；cpu内核是否启用了unsigned:1；unsignedintuse _ deepth _ state:1；//对应的cpunumberunsignedintcpu//上一次这个cpu内核停留在cpuidle状态(us)int last _ residency；//记录每个cpuidle状态的统计信息，包括是否使能，进入cpuidle状态的次数，停留在cpuidle状态的总时间(US)。struct CPUIDLE _ STATE _ USAGE States _ USAGE[CPUIDLE _ STATE _ MAX]；};

对应的注册接口是cpuidle_register_device。

cpuidle_driver

cpuidle驱动程序用于驱动一个或多个CPU内核，关键字段描述如下：

struct guidle _ driver { const char * name；structmodule *所有者；intrefcnt//用于确定驱动注册时是否需要设置BroadcastTimerunSignedIntBCTimer:1；//用来描述cpuidle的状态，需要按照功耗排序。有多少个cpuidle状态struct CPUIDLE _ STATES[CPUIDLE _ STATE _ MAX]？};//CPU有各种不同的空闲级别。这些空闲级别具有不同的功耗和延迟，因此可以用于不同的场景。//主要包括exit_latency，power_usage，target_residency。这些特征是调控器制定空闲策略的基础：struct cpuidle _ state { charname[cpuidle _ name _ len]；char desc[CPUIDLE _ desc _ LEN]；unsignedintflags//CPU从空闲状态返回运行状态的延迟时间，单位为us。它决定了CPU在空闲状态和运行状态之间切换的效率。如果延迟过大，会影响系统性能。unsignedintexit _ latency//此idlestate下的CPU功耗，以mWintpower_usage表示；/在美国的预期停留时间。进入和退出空闲状态需要额外的能量。如果停留在空闲状态的时间太短，节省下来的功耗会小于额外的消耗，得不偿失。调速器将选择怠速等级；根据这个字段和当前系统情况(比如可以空闲多长时间)；unsignedinttarget _ residencybool disabled；/进入状态的回调函数int(* Enter)(structcpuidle _ device * dev，structcpuidle _ driver * drv，int index)；//这个回调函数可以在//CPU不不需要长时间工作(称为离线)。int(* enter _ dead)(structcpuidle _ device * dev，int index)；};

对应的注册接口是cpuidle_register_driver。

cpuidle_governor

调控器结构主要提供不同的回调函数，最终由menu_governor填充。主要字段如下：

struct puidle _ governor { charname[c puidle _ NAME _ LEN]；structlist _ headgovernor _ list//省长的级别。一般情况下，内核会选择系统中rating值最大的调控器作为当前的governorunsignedintrating//设备驱动注册注销时调用int(* enable)(struct cpuidle _ driver * drv，struct cpuidle _ device * dev)；void(* disable)(structcpuidle _ driver * drv，structcpuidle _ device * dev)；//根据当前系统的运行状态和各个idlestate的特点，选择一个状态(即decision)int(* select)(struct cpuidle _ driver * drv，struct cpuidle _ device * dev，bool * stop _ tick)；//通过这个回调函数，可以告诉调控器系统上次在哪个void(* reflect)(struct cpuidle _ device * dev，intindex)；};

对应的注册接口是cpuidle_register_governor。

程序

让让我们先来看看设备和驱动程序的注册过程：

注册后，设备和驱动程序之间的连接就建立了。最后，cpuidle框架的用户可以通过接口调用下层接口，完成具体的硬件操作。

让让我们来看看CPU进入空闲状态的流程图：

可以看出，CPU挂起最终是通过PSCI实现的。

PSCI

Psci，power state coordination interface，由ARM定义的电源管理接口规范，通常由固件实现，而Linux系统可以通过smc/hvc指令进入不同的异常级别，然后调用相应的实现。

PSCI支持以下功能：

CPU热插拔(开/关)

CPU空闲(挂起/恢复)

系统挂起/恢复

系统关闭和复位

每个函数与ATF之间的调用接口如下：

审计刘清