CPU frequency scaling (Italiano)

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La variazionde della frequenza della CPU è una tecnologia rivolta principalmente ai notebook che consente al sistema operativo di variare la velocità di funzionamento della CPU in base al sistema ed al consumo di energia. Per esempio, rallentando la CPU quando un notebook è alimentato dalla batteria, preserva la durata della batteria stessa. Intel definisce questa tecnologia SpeedStep. L'equivalente tecnologia di AMD è detta PowerNow! o Cool'n'Quiet.


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.

Come minimo, i moduli del kernel necessari devono essere caricati e poi deve essere impostato un governatore . Configurazioni più avanzate possono includere una combinazione di cpufrequtils, acpid , laptop-mode-tools e strumenti grafici forniti per l'ambiente desktop.

cpufrequtils

Template:Package Official è un insieme di utility in userspace progettate per supportare la variazione di frequenza della CPU. Il pacchetto non è necessario per effettuare il ridimensionamento, ma è altamente consigliato in quanto fornisce strumenti a riga di comando e uno script per impostare il demone governatore all'avvio (si veda demone ).

Il pacchetto Template:Package Official è reperibile nel repository [extra]:

# pacman -S cpufrequtils

Configurazione

Il processo di configurazione della variazione di frequenza della CPU è suddivisa in tre fasi:

  1. Caricare il driver appropriato in grado di gestire la frequenza della CPU
  2. Caricare il governatore/i desiderati per lo scaling CPU
  3. Selezionare un metodo per gestire il cambiamento e la messa a punti dei governatori:
    • Manualmente attraverso l'interfaccia /sys o cpufreq-set (da cpufrequtils),
    • Tramite il demone cpufrequtils ,
    • Laptop Mode Tools,
    • Eventiacpid,
    • Applets/utility del proprio ambiente desktop,
    • o una combinazione dei questi.

Driver per la frequenza della CPU

Al fine che la variazione di frequenza funzioni correttamente, il sistema operativo deve prima conoscere i limiti della/e CPU. Per fare questo, un modulo del kernel è caricato in grado di leggere e gestire le specifiche della/e CPU. Si noti che questi moduli possono esigere di funzioni correlate abilitate nel BIOS, che possono essere etichettati come: Speedstep, Cool and Quiet, PowerNow!, o ACPI. Se avete un processore a 64 bit, è molto probabile che il driver appropriato sia Template:Codeline per processori Intel o Template:Codeline per processori AMD K8/K10 (Athlon 64, Opteron e Phenom). Questi moduli sono costruiti per il kernel 32 e 64-bit kernel, anche se si esegue un kernel a 32 bit sul proprio hardware a 64 bit sono probabilmente ancora quelli i driver necessari. Per vedere una lista completa dei driver disponibili, eseguire il seguente comando:

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

La seguente tabella contiene una lista parzioale dei driver disponibili per la gestione della frequenza (Adattato dal file sorgente del kernel Template:Filename).

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-ich CPUFreq driver per alcuni processori per laptop Intel Pentium III (Coppermine), tutti i processori Intel mobile Pentium III-M (Tualatin), Pentium 4 P4-M su sistemi che hanno un southbridge Intel ICH2, ICH3 or ICH4 .
speedstep-smi CPUFreq driver per alcuni processori per laptop Intel Pentium III (Coppermine), tutti i processori Intel mobile Pentium III-M (Tualatin) su sistemi che hanno un southbridge Intel 440BX/ZX/MX .
powernow-k8 CPUFreq driver processori K8/K10 Athlon64/Opteron/Phenom.
powernow-k7 CPUFreq driver processori AMD K7 mobile.
cpufreq-nforce2 CPUFreq driver per il cambiamento dell' FSB su piattaforme nForce2. (AMD K7, Socket A)
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. 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.


per caricare un driver per la gestione della CPU manualmente eseguire:

# modprobe acpi-cpufreq

Si noti che se si tenta di caricare il modulo sbagliato avrete un errore, simile a questo:

FATAL: Error inserting acpi_cpufreq ([...]/acpi-cpufreq.ko): No such device

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

Per caricare in modo automatico all'avvio del sistema il driver, aggiungere il modulo appropriato nella stringa MODULES nel faile Template:Filename. Ad esempio:

MODULES=(acpi-cpufreq)

Gestori della variazione

I gestori della variazione (Governar) possono esser visti come schemi pre-configurati di alimentazione per la CPU. Questi governatori devono essere caricati come moduli del kernel in modo da essere visti da programmi in user space. Si possono caricare più gestori della variazione (solo uno sarà attivo su una CPU in un dato momento).

Gestori della variazione disponibili:

Template:Codeline (predefinito)
Il gestore performance è integrato nel kernel e fa funzionare le CPU(s) alla velocità massima di clock
Template:Codeline (raccomandato)
Questo gestore passa dinamicamente tra le varie velocità di clock disponibili per le CPU(s) in base al carico di sistema.
Template:Codeline
Simile a Template:Codeline, ma in questo caso passa gradualmente tra le varie velocità di clock disponibili per le CPU(s) in base al carico di sistema.
Template:Codeline
Fa funzionare le CPU(s) alla velocità minima di Clock.
Template:Codeline
Configurazione manuale della velocità di Clock stabilita dall'utente.

Per la maggior parte dei sistemi desktop, il governatore ondemand è in grado di fornire il miglior compromesso tra emissione di calore, il consumo di potenza, prestazioni e gestibilità. Per i portatili o altri sistemi mobili, il governatore conservatore può eventualmente fornire un notevole risparmio nel consumo di energia.

Caricare il gestore/i desiderati con il comando Template:Codeline. Ad esempio:

# modprobe cpufreq_ondemand
# modprobe cpufreq_userspace

In alternativa, aggiungere i gestori desiderati nela stringa MODULES in Template:Filename e riavviare il sistema.

MODULES=(acpi-cpufreq cpufreq_ondemand cpufreq_powersave)

Per controllare quali sono i gestori di variazione caricati, eseguire:

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors

Manualmente un gestore di variazione può essere eseguito con il comando Template:Codeline da root. Ad esempio:

# cpufreq-set -c 0 -g ondemand

Si noti che il comando precedente imposta un gestore solamente per il primo procesore! Per un sistema multiprocessore, o un processore multicore richiedono l'opzione Template:Codeline per impostare il gestore su uno specifico core e ripeterlo per i rimanenti. La numerazione inizia da 0 non da 1!

Per una CPU quad core:

# for i in 0 1 2 3; do cpufreq-set -c $i -g ondemand; done

Per una CPU dual core:

# for i in 0 1; do cpufreq-set -c $i -g ondemand; done

Note: Queste impostazioni non vengono preservate dopo un riavvio o spegnimento del sistema. Si veda il paragrafo seguente sul demone per poter configurare i governatori di cpufreq all'avvio.

Ulteriori opzioni come ad esempio limiti di frequenza massima e minima utilizzato dal governatore può essere impostato utilizzando l'opzione Template:Codeline eTemplate:Codeline. Le frequenze valide disponibili possono essere consultate con il comando Template:Codeline. Ad esempio, per impostare la frequenza massima del secondo core a 2.00GHz e il suo limite inferiore a 1.00Ghz:

# cpufreq-set -c 1 -g ondemand -u 2.00Ghz -d 1.00Ghz

Si possono impostare manualmente le frequenze di utilizzo di un processore tramite il gestore userspace. Per esempio per impostare il core 0 a 2.50Ghz e il core 1 a 800Mhz:

# cpufreq-set -c 0 -g userspace -f 2.50Ghz
# cpufreq-set -c 1 -g userspace -f 800Mhz

Eseguire Template:Codeline o Template:Codeline per maggiori informazioni.

Per coloro che desiderano avere una interfaccia grafica per impostare i vari governatori, o la frequenza di esercizio, è presente trayfreq, una applicazione GTK+ che si trova nella barra delle applicazioni.

Il monitoraggio della velocità di clock di una CPU in tempo reale si ottiene eseguendo:

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

Migliorare le prestazioni di 'ondemand'

Con la configurazione predefinita, il governatore ondemand si tradurrà in una perdita lieve ma misurabile e visibile delle prestazioni. Non alzerà il clock della CPU quando è inferiore al 95% di utilizzo, e ad esempio utilizzerà la frequenza più alta possibile quando la velocità di clock sarà massima, al fine di riportare la velocità di clock il più presto possibile in basso.

Mettere a punto il governatore per le vostre esigenze può ridurre la perdita di prestazioni fino al punto in cui è trascurabile e/o inesistente se si è disposti a perdere un sacco di risparmio energetico. Se si vuole solo risparmiare energia in idle, abbassare il up_threshold al 11% e aumentare la sample_down_factor di un ordine di grandezza può realizzare aiutare in questo senso.

Parametri di miglioramento sono disponibili in Template:Filename una volta che il governatore viene caricato e selezionato, e può essere impostato per essere utilizzabile al riavvio Template:Filename.

Avviare il demone cpufreq in background (cioè con un '@' davanti in Template:Filename) probabilmente causerà la lettura di Template:Filename prima che il demone cpufreq abbia la possibilità di cambiare il governatore. Assicurarsi che lo script demone cpufreq abbia terminato l'esecuzione prima dei i parametri impostati. esempio:

Template:File

Modifica della soglia (threshold) del governatore 'ondemand'

Per impostare quando il governatore Template:Codeline passa ad un moltiplicatore più alto, si può manipolare il valore di Template:Filename. Determinare l'impostazione corrente eseguendo il seguente comando come root:

# cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/up_threshold

Il valore restituito dovrebbe essere Template:Codeline, ovvero l'impostazione predefinita della versione del Kernel 3.0. Ciò significa che il governatore Template:Codeline aumenta la frequenza di clock se un Core raggiunge il 95% di utilizzo. Questo valore può essere cambiato, ad esempio:

# echo -n 15 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/up_threshold
Modificare il sampling-down-factor del governatore ondemand

sampling_down_factor è un altro parametro globale che si può impostare in ondemand.

Impostare a 1 non genera nessuna modifica nel comportamento esistente, ma renderlo maggiore ad 1 (es. 100) agisce come un moltiplicatore per l'intervallo di pianificazione nel rivalutamento del carico, quando la CPU è alla sua velocità massima a causa di carico elevato. Questo migliora le prestazioni riducendo il sovraccarico di valutazione del carico e aiuta la CPU a rimanere alla massima velocità quando è veramente occupato, piuttosto che spostarsi avanti e indietro in termini di velocità. Questo parametro impostabile non ha alcun effetto sul comportamento alle basse velocità e a bassi carichi della CPU.

Rilevare il valore attuale (predefinito: 1):

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

Impostare un valore:

# echo -n 10 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor

Tuning conservative governor

While the conservative governor switches smoothly and utilizes all of the available frequencies, users may want to tune it further. Out-of-the-box it will clock the CPU up when load reaches 75% and clock down when load drops to 20%. As with the ondemand governor, decreasing the Template:Codeline may improve performance and responsiveness.

Tunables are available in Template:Filename. Refer to the #Improving ondemand performance section for important advice regarding making this changes permanent, and potential daemon loading issues.

Changing the Template:Codeline governor's thresholds

Determine the current Template:Codeline setting by issuing the following command as root:

# cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/conservative/up_threshold

The value returned should be Template:Codeline, the default setting as of kernel version 3.0. This means that the Template:Codeline governor currently increases the clock rate to the next highest speed if a core reaches 75% utilization. The can be changed, for example:

# echo -n 40 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/conservative/up_threshold
Note: The minimum value one can enter must be above the one in Template:Codeline; entering a value under that results in the error, "bash: echo: write error: Invalid argument"

Similarly the Template:Codeline value can be read and modified via Template:Filename. The default value should be Template:Codeline as of kernel version 3.0. This means that the Template:Codeline governor decreases the clock rate to the next lowest speed if a core falls to 20% utilization, which is a sensible default.

While the down sampling rate can also be adjusted for the Template:Codeline governor, increasing it may only help with occasional low usage CPU spikes during high usage applications, as the Template:Codeline is a much more direct control for down scaling which does not exist on the Template:Codeline governor.

Be aware that setting Template:Codeline too close to Template:Codeline may result in constant CPU switching, which might be something desirable for certain users and not for others. Setting Template:Codeline or Template:Codeline too low may result in the CPU being clocked higher than it needs sacrificing power saving for performance, and setting Template:Codeline too high may result in decreased performance, but reduced power consumption. Experiment to find the optimal values for your system and your needs.

Interaction with ACPI events

Users may configure scaling governors to switch automatically based on different ACPI events such as connecting the AC adapter or closing a laptop lid. A quick example is given below, however it may be worth reading full article on acpid.

Events are defined in Template:Filename. If the Template:Package Official package is installed, the file should already exist and be executable. For example, to change the scaling governor from Template:Codeline to Template:Codeline when the AC adapter is disconnected and change it back if reconnected:

Template:File

Daemon

Template:Codeline includes a daemon which allows users to set the desired scaling governor and min/max clock speeds for all processor cores at boot-time.

Before starting the daemon, edit Template:Filename as root, selecting the desired governor and setting the min/max speed for your CPU(s), for example:

Template:File

Note: The exact min/max values of the CPU(s) can be determined by running Template:Codeline after loading the CPU driver (e.g. Template:Codeline). However, these values are optional. Users may omit them entirely by deleting or commenting out the min/max_freq lines; scaling will work automatically.

With the appropriate configuration, start the daemon with the following command: Template:Cli

To start the daemon automatically at startup, add Template:Codeline to the DAEMONS array in Template:Filename, for example:

DAEMONS=(syslog-ng networkmanager @alsa @crond @cupsd @cpufreq)

Privilege Granting Under Gnome

Gnome has a nice applet to change the governor on the fly. To use it without the need to enter the root password, simply create Template:Filename and populate it with the following:

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

Where the word USER is replaced with the username of interest.

The Template:Package AUR package in the AUR contains a similar .pkla file for authorizing all users of the power group to change the governor.

Laptop Mode Tools

If you are already using or plan to use Laptop Mode Tools for other power saving solutions, then you may want to let it also manage CPU frequency scaling. To do so, you just have to insert the appropriate frequency driver to the MODULES array in Template:Filename (see #CPU frequency driver above) and then go through the Template:Filename file to define governors, frequencies and policies. You will not need to load other modules and daemons or to set up scaling governors and interaction with ACPI events. Please refer to Laptop Mode Tools for more details.

Troubleshooting

Tango-inaccurate.pngThe factual accuracy of this article or section is disputed.Tango-inaccurate.png

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  • Some applications, like ntop, do not respond well to automatic frequency scaling. In the case of ntop it can result in segmentation faults and lots of lost information as even the Template:Codeline governor cannot change the frequency quickly enough when a lot of packets suddenly arrive at the monitored network interface that cannot be handled by the current processor speed.
  • Some CPU's may suffer from poor performance with the default settings of the Template:Codeline governor (e.g. flash videos not playing smoothly or stuttering window animations). Instead of completely disabling frequency scaling to resolve these issues, the aggressiveness of frequency scaling can be increased by lowering the up_threshold sysctl variable for each CPU. See #Changing the ondemand governor's threshold.
  • Sometimes the ondemand governor may not throttle to the maximum frequency but one step below. This can be solved by setting max_freq value slightly higher than the real maximum. For example, if frequency range of the CPU is from 2.00 GHz to 3.00 GHz, setting max_freq to 3.01 GHz can be a good idea.
  • Some CPU/BIOS configurations may have difficulties to scale to the maximum frequencies or scale to higher frequencies at all. Sadly there is only a workaround right now. Add "processor.ignore_ppc=1" to your kernel boot line and/or edit the value in Template:Filename from 0 to 1. (It seems to be fixed at least since kernel 3.0, for Toshiba NB-100)
  • Some combinations of ALSA drivers and sound chips may cause audio skipping as the governor changes between frequencies, switching back to a non-changing governor seems to stop the audio skipping.




La variazionde della frequenza della CPU è una tecnologia rivolta principalmente ai notebook che consente al sistema operativo di variare la velocità di funzionamento della CPU in base al sistema ed al consumo di energia. Per esempio, rallentando la CPU quando un notebook è alimentato dalla batteria, preserva la durata della batteria stessa. Intel definisce questa tecnologia SpeedStep. L'equivalente tecnologia di AMD è detta PowerNow! o Cool'n'Quiet.

cpufrequtils

Procedura

1. Installare cpufrequtils

# pacman -S cpufrequtils

2.Caricare i moduli del kernel

Intel:

# modprobe acpi-cpufreq

Alcune vecchie CPU potrebbero restituire un errore simile al seguente:

FATAL: Error inserting acpi_cpufreq ([...]/acpi-cpufreq.ko): No such device

In questo caso occorre sostituire acpi-cpufreq con uno dei seguenti moduli: speedstep-centrino, p4-clockmod, speedstep-ich. È comunque da notare che speedstep-centrino è deprecato, mentre p4-clockmod supporta solo i governor performance e powersave.

AMD:

# modprobe powernow-k{6,7,8}

3. Caricare i gestori della variazione

# modprobe cpufreq_ondemand
# modprobe cpufreq_powersave

Questi moduli possono essere aggiunti all'elenco MODULES all'interno di/etc/rc.conf, così da mantenere la configurazione ad ogni riavvio. Per esempio:

 MODULES=( acpi-cpufreq cpufreq_ondemand cpufreq_powersave vboxdrv fuse fglrx iwl3945 ... )

o, se si ha un processore AMD:

 MODULES=( powernow-k8 cpufreq_ondemand cpufreq_powersave vboxdrv fuse fglrx iwl3945 ... )

4. Modificare /etc/conf.d/cpufreq come root, selezionando i gestori desiderati:

#configuration for cpufreq control
# valid governors:
#  ondemand, performance, powersave,
#  conservative, userspace
governor="ondemand"

# valid suffixes: Hz, kHz (default), MHz, GHz, THz
min_freq="1GHz"
max_freq="2GHz"

Nota: le linee min_freq e max_freq dovrebbero essere commentate, dato che i driver presenti nel kernel possono rilevare questi valori automaticamente. Per esserne certi, lanciare:

# cpufreq-info

e controllarne l'output.

Demone cpufreq

Opzionalmente, si può lanciare cpufreqd come demone

# /etc/rc.d/cpufreq start

Aggiungere cpufreq alla lista DAEMONS in /etc/rc.conf.

GUI

Installare e configurare un'interfaccia grafica nel proprio Ambiente Desktop. Per KDE si può scegliere tra KLaptop e KPowersave. Quest'ultimo è reperibile tramite AUR ed è più completo. La versione in sviluppo (devel-version) è raccomandata, visto che non dipende più da powersave.

Ulteriori informazioni sono disponibili alla pagina cpufrequtils.

Nota per processori MultiCore:

1. La variazione sarà applicata solo al primo core cpu0. Aggiungere queste linee al proprio /etc/rc.local per applicare la variazione ad ogni core.

  1. echo "ondemand" > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
  2. echo "ondemand" > /sys/devices/system/cpu/cpu1/cpufreq/scaling_governor

...e così via fin a quando necessario, in base al numero di core.

2. Se il secondo core non segue le regole di variazione impostate dopo un "suspend to ram" (Stand by), modificare /usr/lib/hal/scripts/linux/hal-system-power-suspend-linux ed aggiungere le linee necessarie, per esempio:

# echo "ondemand">/sys/devices/system/cpu/cpu1/cpufreq/scaling_governor

prima della riga finale ("exit$RET").

Altre risorse

cpufrequtils - informazioni per utenti esperti