【原创】Linux Suspend流程分析

背景

• Read the fucking source code! --By 鲁迅
• A picture is worth a thousand words. --By 高尔基

说明：

1. Kernel版本：4.14
2. ARM64处理器
3. 使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 介绍

Linux Kernel支持四种Sleep State：

• Suspend-to-Idle
  纯软件，轻量级的Suspend操作，它会freeze user space，suspend the timekeeping，put all I/O devices into low-power states。
  处于S2Idle状态下时，设备中断就可以将其唤醒。

• Standby
  除了实现Suspend-to-Idle时的操作外，还会将nonboot CPUs置于offline状态，以及suspend all low-level system functions。由于系统核心逻辑单元保持上电状态，操作的状态不会丢失，也会很容易恢复到之前的状态。
  处于Standby状态时，可能需要依赖平台来设置唤醒源。

• Suspend-to-RAM
STR/S2RAM时，除了Memory需要进行自刷新来保持数据外，其他的所有设备都需要进入到低功耗状态。除了实现Standby中的操作外，还有一些平台相关的操作要进行。比如，在STR的最后一步，将控制权交给Firmware，然后下电，等着唤醒时再重新Resume回来。由于存在掉电行为，因此Resume的时候需要重新进行配置。
  处于STR状态时，需要依赖平台设置唤醒源。
  本文主要分析的流程就是STR。

• Hibernation
Suspend-to-Disk, STD，简而言之，这个操作会将运行时的context保存在Disk这种非易失的存储器中，然后进行掉电操作。当按下电源键进行唤醒时，Firmware/Uboot会将保存的context进行恢复。

上述四个状态，功耗节省效果依次增强，同时唤醒回来的时间开销也相应加大。

2. 流程

通过/sys接口可以触发Suspend流程：

• cat /sys/power/state：查看支持的操作，比如：freeze, mem；
• echo mem > /sys/power/state：进行STR操作；
• echo freeze > /sys/power/state：进行S2Idle操作；

代码路径：
kernel/power/main.c
kernel/power/suspend.c

STR流程如下图，入口函数为pm_suspend：

简而言之，这是一张信息量很大的图片，涵盖了Suspend To Ram的整个流程。
图片中，从上到下涉及到进程的freeze，各种设备驱动的Suspend，平台的Suspend，CPU的Offline操作，syscore的Suspend操作。其中涉及到CPU的操作时，在ARMv8中，会通过PSCI接口调用到ARM Trusted Firmware， ATF，这个在【原创】Linux PSCI框架探讨过。
多说无益，看图吧。

3. process freeze

Suspend过程中，有一个函数suspend_freeze_processes引起了我的好奇心，我刻意分析了下。在Suspend的时候是需要将用户进程和内核线程freeze掉，避免它们来捣乱，比如你在Suspend某个驱动的时候，此时用户还在使用该驱动的资源，这时候可能就会引起问题了。不过，内核线程并不是所有的都能freeze掉。
记住两个知识点：

• 用户线程的freeze是通过发送信号来触发执行的；
• 内核线程的freeze是通过主动调用函数触发的；

具体还是看图吧：

进程的操作比较复杂，以后在研究进程管理的时候再分析。