Linux Kernel suspend and resume

轉自：http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/8136109，並在此基礎上添加一些註釋

一、對於休眠(suspend)的簡單介紹
   在Linux中,休眠主要分三個主要的步驟:
   1) 凍結用戶態進程和內核態任務
   2) 調用註冊的設備的suspend的回調函數, 順序是按照註冊順序
   3) 休眠核心設備和使CPU進入休眠態,

        凍結進程是內核把進程列表中所有的進程的狀態都設置爲停止,並且保存下所有進程的上下文. 當這些進程被解凍的時候,他們是不知道自己被凍結過的,只是簡單的繼續執行。
       如何讓Linux進入休眠呢?

       用戶可以通過讀寫sys文件/sys /power/state 是實現控制系統進入休眠. 比如
   # echo mem > /sys/power/state
   命令系統進入休眠. 也可以使用

   # cat /sys/power/state
   來得到內核支持哪幾種休眠方式.

二、Linux Suspend 的流程
1. 相關代碼

     • kernel/kernel/power/main.c
     • kernel/arch/arm/mach-xxx/pm.c
     • kernel/driver/base/power/main.c

     接下來讓我們詳細的看一下Linux是怎麼休眠/喚醒的:
     用戶對於/sys/power/state 的讀寫會調用到 kernel/kernel/power/main.c中的state_store()， 用戶可以寫入 const char * const pm_states[] 中定義的字符串， 比如"mem", "standby"。

在kernel/kernel/power/suspend.c中：

const char *const pm_states[PM_SUSPEND_MAX] = {
#ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
 [PM_SUSPEND_ON]  = "on",
#endif
 [PM_SUSPEND_STANDBY] = "standby",
 [PM_SUSPEND_MEM] = "mem",
};
      常見有standby(Power-On suspend)、mem(suspend to RAM)和disk(suspend to disk)，只是standby耗電更多，返回到正常工作狀態的時間更短。     

     然後state_store()會調用enter_state()<注：這是經典Linux調用流程， 在Android系統中，Kernel將調用request_suspend_state，而不是enter_state>，它首先會檢查一些狀態參數，然後同步文件系統。
 

/**
 *	enter_state - Do common work of entering low-power state.
 *	@state:		pm_state structure for state we're entering.
 *
 *	Make sure we're the only ones trying to enter a sleep state. Fail
 *	if someone has beat us to it, since we don't want anything weird to
 *	happen when we wake up.
 *	Then, do the setup for suspend, enter the state, and cleaup (after
 *	we've woken up).
 */
int enter_state(suspend_state_t state)
{
	int error;

	if (!valid_state(state))
		return -ENODEV;

	if (!mutex_trylock(&pm_mutex))
		return -EBUSY;

#ifdef CONFIG_SUSPEND_SYNC_WORKQUEUE
	suspend_sys_sync_queue();
#else
	printk(KERN_INFO "PM: Syncing filesystems ... ");
	sys_sync();
	printk("done.\n");
#endif

	pr_debug("PM: Preparing system for %s sleep\n", pm_states[state]);
	error = suspend_prepare();
	if (error)
		goto Unlock;

	if (suspend_test(TEST_FREEZER))
		goto Finish;

	pr_debug("PM: Entering %s sleep\n", pm_states[state]);
	pm_restrict_gfp_mask();
	error = suspend_devices_and_enter(state);
	pm_restore_gfp_mask();

 Finish:
	pr_debug("PM: Finishing wakeup.\n");
	suspend_finish();
 Unlock:
	mutex_unlock(&pm_mutex);
	return error;
}

2. 準備, 凍結進程
       當進入到suspend_prepare()中以後， 它會給suspend分配一個虛擬終端來輸出信息， 然後廣播一個系統要進入suspend的Notify， 關閉掉用戶態的helper進程， 然後一次調用suspend_freeze_processes()凍結所有的進程， 這裏會保存所有進程當前的狀態， 也許有一些進程會拒絕進入凍結狀態， 當有這樣的進程存在的時候， 會導致凍結失敗,此函數就會放棄凍結進程，並且解凍剛纔凍結的所有進程。

 

/**
 *	suspend_prepare - Do prep work before entering low-power state.
 *
 *	This is common code that is called for each state that we're entering.
 *	Run suspend notifiers, allocate a console and stop all processes.
 */
static int suspend_prepare(void)
{
	int error;

	if (!suspend_ops || !suspend_ops->enter)
		return -EPERM;

	pm_prepare_console();

	error = pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);
	if (error)
		goto Finish;

	error = usermodehelper_disable();
	if (error)
		goto Finish;

	error = suspend_freeze_processes();
	if (!error)
		return 0;

	suspend_thaw_processes();
	usermodehelper_enable();
 Finish:
	pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);
	pm_restore_console();
	return error;
}

3. 讓外設進入休眠
        現在, 所有的進程(也包括workqueue/kthread) 都已經停止了，內核態人物有可能在停止的時候握有一些信號量， 所以如果這時候在外設裏面去解鎖這個信號量有可能會發生死鎖，所以在外設的suspend()函數裏面作lock/unlock鎖要非常小心，這裏建議設計的時候就不要在suspend()裏面等待鎖。而且因爲suspend的時候，有一些Log是無法輸出的，所以一旦出現問題,非常難調試。

      然後kernel在這裏會嘗試釋放一些內存。

      最後會調用suspend_devices_and_enter()來把所有的外設休眠， 在這個函數中， 如果平臺註冊了suspend_ops(通常是在板級定義中定義和註冊，在kernel/arch/arm/mach-xx/pm.c中調用suspend_set_ops)， 這裏就會調用 suspend_ops->begin()； 然後調用dpm_suspend_start，他們會依次調用驅動的suspend() 回調來休眠掉所有的設備。

     當所有的設備休眠以後， suspend_ops->prepare()會被調用， 這個函數通常會作一些準備工作來讓板機進入休眠。 接下來Linux，在多核的CPU中的非啓動CPU會被關掉，通過註釋看到是避免這些其他的CPU造成race condio，接下來的以後只有一個CPU在運行了。

     suspend_ops 是板級的電源管理操作, 通常註冊在文件 arch/arch/mach-xxx/pm.c 中.

     接下來， suspend_enter()會被調用， 這個函數會關閉arch irq， 調用 device_power_down()， 它會調用suspend_late()函數， 這個函數是系統真正進入休眠最後調用的函數，通常會在這個函數中作最後的檢查。 如果檢查沒問題， 接下來休眠所有的系統設備和總線，並且調用 suspend_pos->enter() 來使CPU進入省電狀態，這時就已經休眠了。代碼的執行也就停在這裏了。

/**
 *	suspend_devices_and_enter - suspend devices and enter the desired system
 *				    sleep state.
 *	@state:		  state to enter
 */
int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)
{
	int error;

	if (!suspend_ops)
		return -ENOSYS;

	trace_machine_suspend(state);

         // 如果平臺註冊了suspend_ops(通常是在板級定義中定義和註冊，
           // 在kernel/arch/arm/mach-xx/pm.c中調用suspend_set_ops)， 
           // 這裏就會調用 suspend_ops->begin()；
	if (suspend_ops->begin) {
		error = suspend_ops->begin(state);
		if (error)
			goto Close;
	}
	suspend_console();
	suspend_test_start();

         // 依次調用驅動的suspend() 回調來休眠掉所有的設備。
	error = dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND);
	if (error) {
		printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to suspend\n");
		goto Recover_platform;
	}
	suspend_test_finish("suspend devices");
	if (suspend_test(TEST_DEVICES))
		goto Recover_platform;
        
         // 這個函數會關閉arch irq， 調用 device_power_down()， 它會調用suspend_late()函數， 
          // 這個函數是系統真正進入休眠最後調用的函數，通常會在這個函數中作最後的檢查。
          // 如果檢查沒問題， 接下來休眠所有的系統設備和總線，並且調用 suspend_pos->enter() 
         // 來使CPU進入省電狀態，這時就已經休眠了。代碼的執行也就停在這裏了。
	error = suspend_enter(state);

 Resume_devices:
	suspend_test_start();
	dpm_resume_end(PMSG_RESUME);
	suspend_test_finish("resume devices");
	resume_console();
 Close:
	if (suspend_ops->end)
		suspend_ops->end();
	trace_machine_suspend(PWR_EVENT_EXIT);
	return error;

 Recover_platform:
	if (suspend_ops->recover)
		suspend_ops->recover();
	goto Resume_devices;
}

三、Linux Resume流程

       如果在休眠中系統被中斷或者其他事件喚醒，接下來的代碼就會開始執行，這個喚醒的順序是和休眠的循序相反的，所以系統設備和總線會首先喚醒，使能系統中斷，使能休眠時候停止掉的非啓動CPU， 以及調用suspend_ops->finish()， 而且在suspend_devices_and_enter()函數中也會繼續喚醒每個設備，使能虛擬終端， 最後調用 suspend_ops->end()。

      在返回到enter_state()函數中的，當 suspend_devices_and_enter() 返回以後，外設已經喚醒了，但是進程和任務都還是凍結狀態， 這裏會調用suspend_finish()來解凍這些進程和任務， 而且發出Notify來表示系統已經從suspend狀態退出， 喚醒終端。

      到這裏，所有的休眠和喚醒就已經完畢了，系統繼續運行了。