CPU frequency scaling (Italiano)

Cpufreq si riferisce l'infrastruttura del kernel che implementa la variazione della frequenza della CPU. Questa tecnologia consente al sistema operativo di scalare la velocità della CPU verso l'alto o verso il basso in modo da risparmiare energia. Le frequenze della CPU possono essere scalati automaticamente a seconda del carico del sistema, in risposta agli eventi ACPI, o manualmente da programmi userspace. Gestori della variazione

Dalla versione del kernel 3.4 i moduli necessari sono caricati automaticamente e il governatore raccomandato ondemand è abilitato in maniera predefinita. Tuttavia le applicazioni a livello utente come cpupower, acpid , laptop-mode-tools o le GUI fornite dagli ambienti desktop possono essere ancora utilizzati per la configurazione avanzata.

tool userspace (cpupower)

cpupower è un insieme di utility in userspace che contribuire ad assicurare lo scaling della frequenza della CPU. Il pacchetto non è richiesto per l'uso dello scaling, ma è altamente consigliato in quanto fornisce utility a riga di comando e uno servizio per cambiare il governatore all'avvio.

Il file di configurazione di cpupower è situato in /etc/default/cpupower. Questo file di configurazione viene letto da script bash situati in /usr/lib/systemd/scripts/cpupower, i quali vengono attivati da systemd tramite cpupower.service. Si consiglia di abilitare cpupower all'avvio tramite systemd.

Un front-end per Gnome-shell è disponibile utilizzando CPU Freq.

Driver per la frequenza della CPU

• Dalla versione 3.4 del kernel, i moduli nativi della CPU sono caricati automaticamente.
• A partire dal kernel 3.9, il nuovo driver pstate per lo scaling di potenza viene usato automaticamente per le moderne CPU Intel al posto degli altri driver elencati sotto. Questo driver ha la priorità su tutti gli altri, e infatti è all'interno del kernel invece di essere un modulo da caricare. Questo driver è attualmente utilizzato automaticamente per tutti i tipi di CPU Sandy Bridge e Ivy Bridge. Se si verifica un problema durante l'utilizzo di questo driver, aggiungere intel_pstate=disable alla linea del kernel. É possibile utilizzare le solite utility in userpace con questo driver, ma non possono controllarne l'utilizzo.

cpupower necessita di moduli (vedi tabella sotto) per conoscere i limiti della cpu nativa. Per visualizzare un elenco completo dei moduli disponibili , eseguire:

$ ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/cpufreq/

Suggerimento: Per caricare un modulo al boot, eseguire

# echo ''modulo'' >/etc/modules-load.d/''modulo''.conf

Nota: Il caricamento del modulo errato si tradurrà in un errore "No such device"

Caricare il modulo appropriato con

# modprobe modulo

Module	Description
acpi-cpufreq	CPUFreq driver che utilizza le ACPI Processor Performance States. Questo driver supporta anche i processori Intel Enhanced Speedstep (precedentemente supportato dal deprecato modulo speedstep-centrino).
speedstep-lib	CPUFreq driver per processori Intel che abilita lo SpeedStep (per lo più Atom e vecchi Pentium (<3)).
powernow-k8	CPUFreq driver processori K8/K10 Athlon64/Opteron/Phenom. Deprecato dalla versione linux 3.7 - Utilizzare acpi_cpufreq.
pcc-cpufreq	Questo driver supporta l'interfaccia di controllo della frequenza di Clock dei processori da Hewlett-Packard e Microsoft Corporation, che è utile in alcuni server Proliant.
p4_clockmod	CPUFreq driver processori Intel Pentium 4/XEON/Celeron. Quando è abilitato lo abbasserà soltanto la temperatura della CPU saltando la frequenza di clocks. Probabilmente si preferisce usare un driver Speedstep al suo posto.

Una volta che avete caricato il driver appropriato per la gestione della frequenza della CPU, potrete ottenere delle informazioni dettagliate lanciando il seguente comando:

$ cpupower frequency-info

Gestori della variazione

I gestori della variazione (Governor - vedi tabella sotto) sono gli schemi di alimentazione per la CPU. Può essere attivo solo un governatore alla volta. Per maggiori dettagli si veda la documentazione ufficiale nei sorgenti del kernel.

Nota: Il kernel caricherà il governor on_demand per impostazione predefinita.

Modulo	Descrizione
cpufreq_ondemand	Passa dinamicamente tra le varie frequenze disponibili per le CPU(s) se il carico della cpu raggiunge il 95%
cpufreq_performance	Fa funzionare le CPU(s) alla frequenza massima
cpufreq_conservative	Passa gradualmente tra le varie frequenze disponibili per le CPU(s) se il carico della cpu raggiunge il 75%
cpufreq_powersave	Fa funzionare le CPU(s) alla frequenza minima
cpufreq_userspace	Fa funzionare le CPU(s) alla frequenza specificata dall'utente

Suggerimento: Per monitorare la velocità della Cpi in tempo reale, eseguire:

$ watch grep \"cpu MHz\" /proc/cpuinfo

Con cpupower

Per caricare e attivare un governatore particolare , si dovrebbe eseguire:

# cpupower frequency-set -g governor_senza_cpufreq

Senza cpupower

Suggerimento: Per caricare un governatore in fase di avvio, eseguire

# echo ''modulo'' > /etc/modules-load.d/''modulo''

Per caricare un governatore particolare , si dovrebbe eseguire:

# modprobe governor

Ottimizzare i governatori (con cpupower)

Suggerimento: Aggiungere i seguenti comandi di seguito in /etc/default/cpupower. Dove percent è la percentuale di carico della cpu e governor è il governatore di cpupower.

Per impostare la soglia massima per passare ad un'altra frequenza

# echo -n percent > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/governor/up_threshold

Per impostare la soglia mionima per passare ad un'altra frequenza

# echo -n percent > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/governor/down_threshold

Sampling rate (Frequenza di campionamento)

Il Sampling rate determina l'intervallo con cui il governatore effettua un controllo per regolare la frequenza della cpu. Impostare il sampling_down_factor maggiore di 1 migliora le prestazioni riducendo l'overhead di valutazione del carico e mantiene la CPU alla frequenza massima di clock a causa del carico elevato. Questo parametro non ha alcun effetto sul comportamento a frequenze/carichi inferiori della CPU.

Per leggere l'attuale valore (default=1), eseguire:

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor

Per impostare un valore, eseguire:

# echo -n valore > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor

Impostrare una frequenza Massima e Minima

Nota: La frequenza massima e minima di un governatore può essere impostato in /etc/default/cpupower. Per regolare un singolo core della cpu : -c core #. Dove clock_freq è la frequenza di clock, espressa in GHz,MHz.

Per impostare la frequenza massima di clock:

# cpupower frequency-set -u clock_freq

Per impostare la frequenza minima di clocl:

# cpupower frequency-set -d clock_freq

Per impostare il processore ad una determinata frequenza:

# cpupower frequency-set -f clock_freq

Interazione con gli eventi ACPI

Gli utenti possono configurare i gestori della variazione in modo tale che varino automaticamente in base agli eventi ACPI, come il collegamento all'adattatore di corrente o la chiusura di un coperchio del portatile. Un esempio veloce è riportata qui sotto, ma si consiglia la lettura dell'articolo completo su acpid.

Gli eventi sono definiti in /etc/acpi/handler.sh. Se il pacchetto acpid è installato, il file deve già esistere ed essere eseguibile. Ad esempio, per cambiare il governatore da performance a conservative quando l'adattatore CA viene scollegato, e viceversa se ricollegata:

/etc/acpi/handler.sh

[...]

 ac_adapter)
     case "$2" in
         AC*)
             case "$4" in
                 00000000)
                     echo "conservative" >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor    
                     echo -n $minspeed >$setspeed
                     #/etc/laptop-mode/laptop-mode start
                 ;;
                 00000001)
                     echo "performance" >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
                     echo -n $maxspeed >$setspeed
                     #/etc/laptop-mode/laptop-mode stop
                 ;;
             esac
         ;;
         *) logger "ACPI action undefined: $2" ;;
     esac
 ;;

[...]

Concessione dei privilegi sotto Gnome

Nota: Systemd ha introdotto logind, che gestisce le azioni consolekit e policykit. di conseguenza il seguente codice qui sotto non funziona. Con logind, si editi semplicemente nel file /usr/share/polkit-1/actions/org.gnome.cpufreqselector.policy la voce defaults con ciò che si necessita, in base alle direttive del manuale di polkit [1]

GNOME include un gradevole applet per cambiare il governatore al volo. Per usarlo senza la necessità di inserire la password di root bisogna creare il file /var/lib/polkit-1/localauthority/50-local.d/org.gnome.cpufreqselector.pkla e immettere le seguenti stringhe:

[org.gnome.cpufreqselector]
Identity=unix-user:''utente''
Action=org.gnome.cpufreqselector
ResultAny=no
ResultInactive=no
ResultActive=yes

Dove la parola utente deve essere rimpiazzata con il proprio nome utente.

Il pacchetto desktop-privileges^AUR contenuto in AUR contiene un file .pkla simile, per autorizzare tutti gli utenti del gruppo power di cambiare il governatore.

Laptop Mode Tools

Se si sta già utilizzano o si intende utilizzare Laptop Mode Tools per la gestione del risparmio energetico, si consiglia di lasciargli gestire anche la variazione della frequenza della CPU. Per farlo, basta inserire il driver appropriato in un file nella directory /etc/modules.d/ (si veda Driver per la frequenza della CPU sopra descritto) e poi passare attraverso il file /etc/laptop-mode/conf.d/cpufreq.conf per definire i governatori, frequenze e politiche. Non avrete bisogno di caricare altri moduli, demoni o impostare i governatori per l'interazione con gli eventi ACPI. Si prega di fare riferimento a Laptop Mode Tools per maggiori dettagli.

Risoluzione dei problemi

• Alcune applicazioni, come ntop, non rispondono bene alla variazione di frequenza automatica. Nel caso di ntop può causare difetti di segmentazione e un sacco di informazioni perse. Allo stesso modo il governatore ondemand non può cambiare la frequenza abbastanza rapidamente quando molti di pacchetti arrivano improvvisamente alla interfaccia di rete monitorata che non possono essere gestiti da la velocità del processore corrente.

• Alcune CPU possono soffrire di scarse prestazioni con le impostazioni predefinite del governatore ondemand (ad esempio i video in flash possono soffrire di rallentamenti, o scatti nelle animazioni delle finestre). Invece di disabilitare completamente il frequency scaling per risolvere questi problemi, l'aggressività dello variazione di frequenza può essere aumentata riducendo la variabile sysctl up_threshold per ogni CPU. Si veda Modifica della soglia (threshold) del governatore 'ondemand'.

• A volte il governatore ondemand non può acceleratore alla frequenza massima, ma un gradino sotto. Questo può essere risolto impostando il valore max_freq ad uno leggermente superiore a quella massima reale. Per esempio, se la gamma di frequenza della CPU va da 2,00 GHz a 3,00 GHz, impostare max_freq a 3,01 GHz può essere una soluzione.

• Alcune combinazioni di driver ALSA e chip sonori possono causare il salto dell'audio quando i governatori cambiano tra le frequenze, al passaggio del governatore l'audio potrebbe interrompersi per un attimo o saltare.

Limitazione BIOS della frequenza

Alcune configurazioni CPU/BIOS possono avere difficoltà a scalare le frequenze massime o scalare alla massima frequenza disponibile. Questo è probabilmente causato da eventi del BIOS che dicono al sistema operativo di limitare la frequenza con la conseguenza di impostare /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/bios_limit al valore minimo.

Oppure, se si sono cambiate specifiche impostazione nel BIOS Setup Utility (frequenza , gestione termica , ecc), si può incolpare un BIOS danneggiato/obsoleto, altrimenti il BIOS potrebbe avere un motivo valido per limitare la frequenza della CPU.

Motivi del genere possono essere (se il vostro computer è un notebook ) causati da una rimozione incauta della batteria (o se sia prossima alla morte ), in modo da essere costretti ad utilizzare solo la rete elettrica. In questo caso, un debole alimentatore AC potrebbe non fornire energia elettrica sufficiente a soddisfare le richieste di picco estreme del sistema generale, e quando non vi è alcuna batteria inserita di supporto, potrebbe portare alla perdita di dati , la corruzione dei dati o nel peggiore dei casi , anche a danni hardware!

Non tutti i BIOS limitano la frequenza della CPU, in questo caso , ma per esempio accade sulla maggior parte dei IBM/Thinkpad Lenove, per maggiori informazioni relativi ai thinkpad, fare riferimento a thinkwiki su questa discussione.

Se avete controllato che non è solo un comportamento strano dell'ambiente BIOS e si sa cosa si sta facendo, allora si può dire al Kernel di ignorare questa limitazione del BIOS.

Attenzione: Assicurarsi di aver letto e compreso quanto descritto nella sezione precedente. La limitazione di frequenza della CPU è una caratteristica di sicurezza del vostro BIOS e non dovrebbe essere necessario lavorarci sopra. E bene capirne la causa prima.

Per effetuare una prova temporanea, modificare il valore in /sys/module/processor/parameters/ignore_ppc da 0 a 1.

Per impostarlo in maniera permanente, si aggiunga processor.ignore_ppc=1 alla linea di caricamento del kernel.

/etc/modprobe.d/ignore_ppc.conf

# If the frequency of your machine gets wrongly limited by BIOS, this should help
options processor ignore_ppc=1

Si faccia riferimento alla pagina Kernel_parameters se non si sa come procedere.