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Android的休眠与唤醒

IP云
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09/25
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Android 休眠(suspend)，在一个打过android补丁的内核中，state_store()函数会走另外一条路，会进入到request_suspend_state()中，这个文件在earlysuspend.c中。这些功能都是android系统加的，后面会对earlysuspend和late resume 进行介绍。涉及到的文件：
linux_source/kernel/power/main.c 
linux_source/kernel/power/earlysuspend.c 
linux_source/kernel/power/wakelock.c 
（1）特性介绍
      Early Suspend：Early suspend 是android 引进的一种机制，这种机制在上游备受争议，这里不做评论。这个机制作用在关闭显示的时候。一些和显示有关的设备，比如LCD背光，比如重力感应器、触摸屏、这些设备都会关掉。但是系统可能还是在运行状态(这时候还有wake lock)进行任务的处理，例如在扫描SD卡上的文件等。在嵌入式设备中，背光是一个很大的电源消耗，所以 android会加入这样一种机制。
      Late Resume：Late Resume 是和suspend 配套的一种机制，是在内核唤醒完毕开始执行的。主要就是唤醒在Early Suspend的时候休眠的设备。

Wake Lock：Wake Lock 在Android的电源管理系统中扮演一个核心的角色。Wake Lock是一种锁的机制，只要有人拿着这个锁，系统就无法进入休眠，可以被用户态程序和内核获得。这个锁可以是有超时的或者是没有超时的，超时的锁会在时间过去以后自动解锁。如果没有锁了或者超时了，内核就会启动休眠的那套机制来进入休眠。

（2）过程
      A，Android Suspend，当用户写入mem 或者standby到/sys/power/state中的时候，state_store()会被调用，然后Android会在这里调用request_suspend_state()，而标准的Linux会在这里进入enter_state()这个函数。如果请求的是休眠，那么early_suspend这个workqueue就会被调用，并且进入early_suspend状态。

if (!old_sleep && new_state != PM_SUSPEND_ON) {

  1. #ifdef CONFIG_EARLYSUSPEND
  2. if (state == PM_SUSPEND_ON || valid_state(state)) {
  3. error = 0;
  4. request_suspend_state(state);
  5. }
  6. #else
  7. error = enter_state(state);
  8. #endif
  1. state |= SUSPEND_REQUESTED;
  2. queue_work(suspend_work_queue, &early_suspend_work);
  3. } else if (old_sleep && new_state == PM_SUSPEND_ON) {
  4. state &= ~SUSPEND_REQUESTED;
  5. wake_lock(&main_wake_lock);
  6. queue_work(suspend_work_queue, &late_resume_work);
  7. }
  1. static DECLARE_WORK(early_suspend_work, early_suspend);
  2. static DECLARE_WORK(late_resume_work, late_resume);
  B，Early Suspend，在early_suspend()函数中，首先会检查现在请求的状态还是否是suspend，来防止suspend的请求会在这个时候取消掉(因为这个时候用户进程还在运行)，如果需要退出，就简单的退出了。如果没有，这个函数就会把early suspend中注册的一系列的回调都调用一次，然后同步文件系统，然后放弃掉 main_wake_lock。这个wake lock是一个没有超时的锁，如果这个锁不释放，那 么系统就无法进入休眠。
（这儿特别要注意early_suspend中的wake_unlock(&main_wake_lock)函数，该函数觉得着是否让CPU进入SUSPEND，下面是该函数中的一段代码
  1. long has_lock = has_wake_lock_locked(type);
  2. if (has_lock > 0) {
  3. if (debug_mask & DEBUG_EXPIRE)
  4. pr_info("wake_unlock: %s, start expire timer, "
  5. "%ld\n", lock->name, has_lock);
  6. mod_timer(&expire_timer, jiffies + has_lock);
  7. } else {
  8. if (del_timer(&expire_timer))
  9. if (debug_mask & DEBUG_EXPIRE)
  10. pr_info("wake_unlock: %s, stop expire "
  11. "timer\n", lock->name);
  12. if (has_lock == 0)
  13. queue_work(suspend_work_queue, &suspend_work);
  14. }
  1. static DECLARE_WORK(suspend_work, suspend);
  1. static void suspend(struct work_struct *work)
  2. {
  3. int ret;
  4. int entry_event_num;
  5. if (has_wake_lock(WAKE_LOCK_SUSPEND)) {
  6. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  7. pr_info("suspend: abort suspend\n");
  8. return;
  9. }
  10. entry_event_num = current_event_num;
  11. sys_sync();
  12. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  13. pr_info("suspend: enter suspend\n");
  14. ret = pm_suspend(requested_suspend_state);
  15. if (debug_mask & DEBUG_EXIT_SUSPEND) {
  16. struct timespec ts;
  17. struct rtc_time tm;
  18. getnstimeofday(&ts);
  19. rtc_time_to_tm(ts.tv_sec, &tm);
  20. pr_info("suspend: exit suspend, ret = %d "
  21. "(%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d.%09lu UTC)\n", ret,
  22. tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
  23. tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, ts.tv_nsec);
  24. }
  25. if (current_event_num == entry_event_num) {
  26. if (debug_mask & DEBUG_SUSPEND)
  27. pr_info("suspend: pm_suspend returned with no event\n");
  28. wake_lock_timeout(&unknown_wakeup, HZ / 2);
  29. }
从上面的代码上可以看出，android故意在进入early_suspend的时候加了一个wakelock锁，在进入early_suspend之后来释放这个wakelock，wake_unlock(&main_wake_lock)函数中判断是否还有其他wakelock未释放，如果没有的话，就进入linux的SUSPEND模式，LINUx的SUSPEND是一种完全的suspend模式，各个模块断电，DDR进去self_refresh）。

C，Late Resume，当所有的唤醒已经结束以后，用户进程都已经开始运行了。唤醒通常会是以下的几种原因：
1）来电：如果是来电，那么Modem会通过发送命令给rild来让rild通知WindowManager有来电响应，这样就会远程调用PowerManagerService来写"on" 到 /sys/power/state 来执行late resume的设备，比如点亮屏幕等。
2）用户按键：用户按键事件会送到WindowManager中，WindowManager会处理这些按键事件。按键分为几种情况，如果案件不是唤醒键(能够唤醒系统的按键) 那么WindowManager会主动放弃wakeLock来使系统进入再次休眠；如果按键是唤醒键，那么WindowManger就会调用PowerManagerService中的接口来执行 Late Resume。Late Resume会依次唤醒前面调用了Early Suspend的设备. 
（3）术语 
      Wake Lock：我们接下来看一看wake lock的机制是怎么运行和起作用的，主要关注wakelock.c文件就可以了。wake lock 有加锁和解锁两种状态，加锁的方式有两种，一种是永久的锁住，这样的锁除非显示的放开，是不会解锁的，所以这种锁的使用是非常小心的；第二种是超时锁，这种锁会锁定系统唤醒一段时间，如果这个时间过去了，这个锁会自动解除。锁有两种类型：
1）WAKE_LOCK_SUSPEND 这种锁会防止系统进入睡眠 
2）WAKE_LOCK_IDLE 这种锁不会影响系统的休眠
在wake lock中，会有3个地方让系统直接开始suspend()，分别是：在wake_unlock()中，如果发现解锁以后没有任何其他的wake lock了，就开始休眠。在定时器都到时间以后，定时器的回调函数会查看是否有其他的wake lock；如果没有，就在这里让系统进入睡眠。在wake_lock() 中，对一个wake lock加锁以后，会再次检查一下有没有锁。 
       Suspend：当wake_lock 运行 suspend()以后，在wakelock.c的suspend()函数会被调用，这个函数首先sync文件系统，然后调用pm_suspend(request_suspend_state)，接下来pm_suspend()就会调用enter_state()来进入Linux的休眠流程。

（4）Android于标准Linux休眠的区别
      pm_suspend() 虽然会调用enter_state()来进入标准的Linux休眠流程，但是还是有一些区别：当进入冻结进程的时候，android首先会检查有没有wake lock。如果没有，才会冻结这些进程，因为在开始suspend和冻结进程期间有可能有人申请了wake lock，如果是这样，冻结进程会被中断。