Perfetto - 18 - CPU frequency and idle states CPU频率和空闲状态

Frequency scaling的翻译为“频率缩放”，它是指通过改变CPU的时钟频率来控制CPU的功耗和性能的一种技术。在现代的计算机系统中，CPU是消耗大量电力的设备，频率缩放技术可以通过降低CPU的时钟频率来降低功耗，并延长电池寿命。同时，当需要更高的性能时，频率缩放技术也可以通过增加CPU的时钟频率来提高CPU的性能。频率缩放技术通常由操作系统内核或硬件设备自动控制，并在不同的应用程序或任务之间动态调整CPU的时钟频率，以实现更好的平衡功耗和性能之间的权衡。

Basic

该数据源在Linux和Android (Since P)上可用。它通过Linux内核ftrace基础设施记录CPU电源管理方案的变化。它涉及三个方面:

频率扩展

获取CPU频率数据有两种方式:

• 开启power/cpu_frequency ftrace事件。(参见下面的TraceConfig)。这将在内核内cpufreq缩放驱动程序每次改变频率时记录一个事件。请注意，并非所有平台都支持这一点。根据我们的经验，它在基于arm的soc上可靠地工作，但在大多数基于英特尔的现代平台上不产生数据。这是因为最近的Intel CPU使用的是由CPU直接控制的内部DVFS，这不会将频率变化事件暴露给内核。还要注意，即使在基于arm的平台上，事件也只在CPU频率发生变化时才会触发。在许多情况下，CPU频率几秒钟内都不会改变，它将在跟踪开始时显示为一个空块。我们建议始终将此与轮询(如下)结合起来，以获得初始频率的可靠快照。
• 通过启用linux轮询sysfs。Sys_stats数据源，并将cpufreq_period_ms设置为值>0. 这将周期性地轮询/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/cpuinfo_cur_freq，并在跟踪缓冲区中记录当前值。适用于基于Intel和arm的平台。

在大多数Android设备上，频率缩放是按集群(大/小核组)进行的，所以四个cpu组同时改变频率是很正常的。

可用的频率

通过启用linux，可以一次性记录每个CPU支持的频率的完整列表。System_info数据源。这将在跟踪记录开始时记录/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_available_frequencies。该信息通常用于通过检查cpu_freq表来区分大/小核。

由于前面提到的power/cpu_frequency的原因，现代英特尔平台不支持这一功能。

空闲状态

当没有线程有资格被执行时(例如，它们都处于睡眠状态)，内核将CPU设置为空闲状态，关闭一些电路以减少空闲电源的使用。大多数现代cpu都有不止一个空闲状态:更深层的空闲状态耗电量更少，但也需要更多时间恢复。

请注意，空闲转换是相对快速和廉价的，CPU可以在一秒钟内进入和离开空闲状态数百次。不应将空闲状态与完全设备挂起相混淆，后者是一种更强且更具侵入性的省电状态(见下文)。即使屏幕开着，设备看起来也在运行，cpu也可能处于空闲状态。

关于有多少空闲状态可用以及它们的语义是高度特定于CPU/SoC的。在跟踪级别，空闲状态0表示非空闲，大于0的值表示越来越深的省电状态(例如，单核空闲->全包空闲)。

请注意，只要插入USB线，大多数Android设备就不会进入空闲状态(USB驱动程序堆栈拥有wakelocks)。在通过USB收集的痕迹中只看到一个空闲状态是很正常的。

在大多数soc上，当CPU空闲时，频率没有什么价值，因为CPU通常处于空闲状态。在这些情况下，跟踪中的频率恰好是CPU在空闲之前运行的最后一个频率。

已知问题:

只有在频率发生变化时才会触发该事件。这种情况可能不会持续很长一段时间。在简短的跟踪中，有些CPU可能不报告任何事件，在跟踪的左侧显示一个间隙，或者根本不报告。Perfetto当前不记录跟踪启动时的初始cpu频率。

目前，如果未捕获空闲状态(见下文)，UI不会呈现cpufreq跟踪。这是一个只有ui的错误，即使没有显示，数据也可以通过跟踪处理器记录和查询。

UI

在用户界面中，CPU频率和空闲状态显示在同一轨道上。轨道的高度表示频率，颜色表示空闲状态(彩色表示非空闲，灰色表示空闲)。悬停或点击轨道上的一个点将显示频率和空闲状态:

SQL

TraceConfig

Full-device suspend

当笔记本电脑处于“睡眠”模式(例如关闭盖子)或智能手机显示屏关闭足够时间时，就会发生设备完全暂停。

当设备挂起时，大多数硬件单元都关闭，进入尽可能高的省电状态(完全关机除外)。

请注意，大多数Android设备在调暗显示器后不会立即暂停，但如果通过电源按钮强制关闭显示器，则倾向于这样做。细节是高度特定于设备/制造商/内核的。

已知问题:

UI没有清楚地显示挂起状态。当Android设备挂起时，看起来好像所有CPU都在运行kmigration线程，而一个CPU在运行power HAL。

Reference

• https://perfetto.dev/docs/data-sources/cpu-freq