CPU frequency scaling (Italiano)

From ArchWiki
Revision as of 02:45, 28 November 2012 by Fengchao (Talk | contribs) (Remove from Daemon category. See Talk:Table of Contents#Remove Category:Daemons and system services.)

Jump to: navigation, search
Sommario help replacing me
Una panoramica sul popolare strumento userspace per il sottosistema CPUfreq del kernel.
Articoli Correlati
Laptop Mode Tools
pm-utils
PHC

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

Reason: Visto gli ultimi aggiornamenti del kernel e dei pacchetti interessati alla gestione della frequenza delle CPU, questo articolo potrebbe non essere esaustivo nel suo contenuto, ed è in fase di miglioramento. (Discuss in Talk: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.

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 (si veda la sezione demone sotto).

Suggerimento: Assicurarsi di modificare il file /etc/conf.d/cpupower e di impostare il governatore e/o le frequenze desiderate, prima di inizializzare il demone cpupower.
Nota: Usando il kernel 3.5 o successivo alcune funzioni supplementari di cpupower non funzionano più, perché il loro supporto è stato rimosso dal kernel. Non impostare i valori smp_scheduler o mc_scheduler nel file di configurazione altrimenti l'avvio del demone avrà esito negativo.

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 cpupower,
    • Tramite il demone cpupower,
    • Laptop Mode Tools,
    • Eventi acpid,
    • Applets/utility del proprio ambiente desktop,
    • o una combinazione dei questi.

Driver per la frequenza della CPU

Note: I driver per la gestione della frequenza delle CPU sono caricati automaticamente dal 3.4, pertanto il caricamento manuale, come descritto in questo paragrafo, non dovrebbe essere più necessario.

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 acpi_cpufreq per processori Intel o powernow-k8 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 <kernel source>/arch/x86/kernel/cpu/cpufreq/Kconfig).

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/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.


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:

$ cpupower frequency-info
analyzing CPU 0:
  driver: acpi-cpufreq
  CPUs which run at the same hardware frequency: 0 1 2 3
  CPUs which need to have their frequency coordinated by software: 0
  maximum transition latency: 10.0 us.
  hardware limits: 1.20 GHz - 2.40 GHz
  available frequency steps: 2.40 GHz, 2.40 GHz, 2.27 GHz, 2.13 GHz, 2.00 GHz, 1.87 GHz, 1.73 GHz, 1.60 GHz, 1.47 GHz, 1.33 GHz, 1.20 GHz
  available cpufreq governors: ondemand, performance
  current policy: frequency should be within 1.20 GHz and 2.40 GHz.
                  The governor "ondemand" may decide which speed to use
                  within this range.
  current CPU frequency is 1.20 GHz.
  boost state support:
    Supported: yes
    Active: yes
    25500 MHz max turbo 4 active cores
    25500 MHz max turbo 3 active cores
    25500 MHz max turbo 2 active cores
    25500 MHz max turbo 1 active cores

Per caricare in modo automatico all'avvio del sistema il driver, aggiungere un file nella directory /etc/modules-load.d/, specificando il driver appropriato. Ad esempio:

/etc/modules-load.d/cpufreq.conf
# Load cpufreq driver
acpi_cpufreq

Gestori della variazione

I gestori della variazione (Governor) possono esser visti come schemi pre-configurati di alimentazione per la CPU. Alcuni di 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:

cpufreq_ondemand (Predefinito e raccomandato)
Questo gestore passa dinamicamente tra le varie velocità di clock disponibili per le CPU(s) in base al carico di sistema.
cpufreq_performance
Il gestore performance fa funzionare le CPU(s) alla velocità massima di clock
cpufreq_conservative
Simile a ondemand, ma in questo caso passa gradualmente tra le varie velocità di clock disponibili per le CPU(s) in base al carico di sistema.
cpufreq_powersave
Fa funzionare le CPU(s) alla velocità minima di Clock.
cpufreq_userspace
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. Dal momento che l'impostazione predefinita è integrata nel kernel, il caricamento del driver per la gestione della frequenza della CPU dovrebbe essere sufficiente per attivarlo. Per i portatili o altri sistemi mobili, il governatore conservatore può eventualmente fornire un notevole risparmio nel consumo di energia.

I governatori ondemand e performance sono compilati all'interno del kernel e non è necessario caricarli come moduli. Se si desidera utilizzare un governatore differente, è possibile caricarlo con il comando modprobe. Ad esempio:

# modprobe cpufreq_powersave
# modprobe cpufreq_userspace

In alternativa, aggiungere i gestori desiderati in un file nella directory /etc/modules-load.d/ e riavviare.

/etc/modules-load.d/cpufreq_gov.conf
# Load cpufreq governors
cpufreq_powersave
cpufreq_userspace
Note: Si tenga in considerazione che se si sta utilizzando un kernel più vecchio della versione 3.4 (es. linux-lts) il driver per la frequenza della CPU necessario deve essere aggiunto all'inizio della lista per garantire che vengano caricati all'avvio.

Per controllare quali sono i gestori di variazione caricati e controllare le frequenze supportate:

 # cpupower frequency-info

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

 # cpupower frequency-set -g performance
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 -u e-d. Ad esempio, per impostare la frequenza massima del secondo core a 2.00GHz e il suo limite inferiore a 1.00Ghz:

 # cpupower -c 1 frequency-set -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:

 # cpupower -c 0 frequency-set -f 2.50Ghz
 # cpupower -c 1 frequency-set -f 800Mhz

Eseguire cpupower --help o man cpupower 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 /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/ una volta che il governatore viene caricato e selezionato, e può essere impostato per essere utilizzabile al riavvio /etc/tmpfiles.d. Per esempio:

/etc/tmpfiles.d/ondemand_threshold.conf
w /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/up_threshold - - - - 25
Modifica della soglia (threshold) del governatore 'ondemand'

Per impostare quando il governatore ondemand passa ad un moltiplicatore più alto, si può manipolare il valore di /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/up_threshold. Determinare l'impostazione corrente eseguendo il seguente comando come root:

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

Il valore restituito dovrebbe essere 95, ovvero l'impostazione predefinita della versione del Kernel 3.0. Ciò significa che il governatore ondemand 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.

Avere un valore di sampling_down_factor impostato a 1 non genera nessuna modifica nel comportamento esistente, ma Avere un valore di sampling_down_factor maggiore di 1 (es. 100) avrà l'effetto di agiee come un moltiplicatore per l'intervallo di pianificazione per rivalutare il 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 frequenze 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
Nota: Quando si utilizza systemd con cpupower, i comandi citati sopra possono essere aggiunti alla fine dello script /usr/lib/systemd/scripts/cpupower, proprio prima exit $fail.

Migliorare le prestazioni di 'conservative'

Nonostante il governatore 'conservative' passa senza problemi e utilizza tutte le frequenze disponibili, gli utenti potrebbero volerlo ottimizzare ulteriormente. Come impostazione predefinita varierà verso l'alto la velocità di clock della CPU quando il carico raggiunge il 75% e e la varierà verso il basso quando il carico scende al 20%. Come per il governatore ondemand, diminuendo il parametro up_threshold si può migliorare in prestazioni e reattività.

Parametri di miglioramento sono disponibili in /sys/devices/system/cpu/cpufreq/conservative/. Fare riferimento alla sezione ondemand per un consiglio importante per come rendere queste modifiche permanenti, e i potenziali problemi con il caricamento del demone all'avvio del sistema.

Modifica della soglia (threshold) del governatore 'conservative'

Determinare l'impostazione corrente up_threshold eseguendo il seguente comando come root:

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

Il valore restituito dovrebbe essere 75, ovvero l'impostazione predefinita della versione del Kernel 3.0. Ciò significa che il governatore conservative aumenta la frequenza di clock se un Core raggiunge il 75% di utilizzo. Questo valore può essere cambiato, ad esempio:

# echo -n 40 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/conservative/up_threshold
Note: il valore minimo che si imposta deve essere superiore a quella del valore di in down_threshold, immettere un valore inferiore ad esso genera l'errore, "bash: echo: write error: Invalid argument"

Allo stesso modo il valore down_threshold può essere letto e modificato tramite /sys/devices/system/cpu/cpufreq/conservative/down_threshold. Il valore di predefinito dovrebbe essere 20 nella versione 3.0 del kernel. Ciò significa che il governatore conservative diminuisce la frequenza di clock alla velocità più bassa successiva se un core scende al 20% di utilizzo, che è un valore ragionevole.

Sebbene la frequenza di campionamento può essere regolata verso il basso per il governatore conservative, l'aumento di questo valore può solo aiutare con picchi di utilizzo occasionalmente bassi della CPU durante l'utilizzo di più applicazioni, il down_threshold è un controllo molto più diretto per il ridimensionamento che non esiste sul governatore ondemand.

Bisogna essere consapevoli del fatto che l'impostazione down_threshold troppo vicino al up_threshold può causare la costante variazione delle frequenze della CPU, che potrebbe essere qualcosa di desiderabile per alcuni utenti e ma non per altri. Impostare valori di down_threshold o up_threshold troppo bassi può portare all'uso di frequenze di clock della CPU superiori a quelle di cui ha bisogno, sacrificando il risparmio energetico a favore delle prestazioni, un valore di up_threshold troppo alta può causare una riduzione delle prestazioni, ma consumi ridotti. Bisogna sperimentare per trovare i valori ottimali per il sistema e le vostre esigenze.

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
 ;;

[...]

Demone

cpupower include un demone che permette agli utenti di impostare il gestore della variazione di frequenza desiderato e velocità minima/massima di clock per tutti i core del processore in fase di avvio.

Prima di avviare il demone, modificare il file /etc/conf.d/cpupower come root, selezionando il governatore desiderato e impostare il valore min/max della velocità per le CPU(s).

Note: I valori esatti min/max della frequenza per le CPU(s) possono essere determinate mediante l'esecuzione cpupower frequency-info. Tuttavia, questi valori sono opzionali. Gli utenti possono omettere completamente, eliminando o commentando la la linea min/max_freq; la variazione funzionerà automaticamente.

Dopo aver effettuato la configurazione, avviare il demone con il seguente comando:

# systemctl start cpupower

Per avviare il demone automaticamente all'avvio:

# systemctl enable cpupower

Concessione dei privilegi sotto Gnome

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:USER
Action=org.gnome.cpufreqselector
ResultAny=no
ResultInactive=no
ResultActive=yes

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

Il pacchetto desktop-privilegesAUR 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.