Android電源管理基礎(chǔ)知識(shí)介紹

一、電源管理基礎(chǔ)知識(shí)

1.1電源管理的幾種狀態(tài)

Android kernel源碼中，定義了三種電源狀態(tài)，在kernel/power/suspend.c中：

對(duì)應(yīng)的宏定義/include/linux/suspend.h

1.2 電源管理狀態(tài)的介紹：

PM_SUSPEND_ON

設(shè)備處于正常工作狀態(tài)

PM_SUSPEND_STANDBY

設(shè)備處于省電狀態(tài)，但還可以接收某些事件

PM_SUSPEND_MEM

設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)，保存系統(tǒng)運(yùn)行的上下文至內(nèi)存后掛起系統(tǒng)，只有特定外部中斷才可以喚醒設(shè)備

PM_SUSPEND_TO_IDLE

設(shè)備進(jìn)入空閑狀態(tài),凍結(jié)用戶空間并將外圍設(shè)備調(diào)至低耗電模式,強(qiáng)制將 CPU 進(jìn)入idle

ADB 查看支持的電源模式

cat /sys/power/state

1.3 Idle State

Android的Idle狀態(tài)分為二類：CPU Idle和Device Idle

CPU Idle

每一個(gè) CPU 核心都會(huì)有一個(gè) idle 進(jìn)程，idle 進(jìn)程是當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有調(diào)度 CPU 資源的時(shí)候，會(huì)進(jìn)入 idle 進(jìn)程，而 idle 進(jìn)程的作用就是不使用 CPU，以此達(dá)到省電的目的。

有關(guān)CPU idle的內(nèi)容可以查看公眾號(hào)之前的文章《Linux Cpuidle介紹》

Device Idle

Device Idle屬于android Doze模式中的概念,即指手機(jī)屏幕熄屏、不充電、靜置不動(dòng)

在 Doze 模式下，按照google的官方說(shuō)法，Wakelocks，網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，jobshedule，鬧鐘，GPS/WiFi掃描都會(huì)停止。

系統(tǒng)會(huì)定期退出 Doze 一小段時(shí)間，讓應(yīng)用程序完成其延遲的活動(dòng)。在此維護(hù)窗口期間，系統(tǒng)運(yùn)行所有掛起的同步、作業(yè)和警報(bào)，并允許應(yīng)用程序訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。

二、Android電源管理框架

Android系統(tǒng)的電源管理框架分成五個(gè)部分：應(yīng)用層，框架層，Native層，HAL層和內(nèi)核層。電源管理架構(gòu)圖例如下:

應(yīng)用接口層: PowerManager.java 負(fù)責(zé)向應(yīng)用程序提供一系列接口,例如wakelock的申請(qǐng)與釋放,進(jìn)而讓系統(tǒng)休眠或喚醒

框架層: PowerManagerService.java PowerManagerServic是android電源管理的核心服務(wù),向上提供應(yīng)用程序接口.向下通過(guò)hal層和kernel層來(lái)控制待機(jī)狀態(tài)和系統(tǒng)硬件設(shè)備狀態(tài)

HAL層: power.c 接收上層參數(shù),通過(guò)寫節(jié)點(diǎn)與kernel層通信

內(nèi)核層: Kernel/Power 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源管理框架機(jī)制,為設(shè)備電源管理提供基礎(chǔ)框架

三、WakeLock

Android中wakelock是一種鎖的機(jī)制,用于阻止系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，只要有任意應(yīng)用持有wakelock，那么系統(tǒng)就無(wú)法進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

newWakeLock(int flags, String tag)

申請(qǐng)wakelock時(shí)有一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)flags，它有如下幾種情況：

PARTIAL_WAKE_LOCK: Screen off, keyboard light off

SCREEN_DIM_WAKE_LOCK: Screen dim, keyboard light off

SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK: Screen bright, keyboard light off

FULL_WAKE_LOCK: Screen bright, keyboard bright

上面4種是互斥的，即只能指定其中之一，但可以與下面兩種flag不是互斥的：

ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP:一旦有請(qǐng)求鎖時(shí)強(qiáng)制打開Screen和keyboard light

ON_AFTER_RELEASE:在釋放鎖時(shí)reset activity timer

如果系統(tǒng)申請(qǐng)了PARTIAL_WAKE_LOCK，那么即使按power鍵，系統(tǒng)也不會(huì)進(jìn)sleep，如music播放時(shí).如果申請(qǐng)了其它的wakelocks，按power鍵，系統(tǒng)還是會(huì)進(jìn)sleep

wakelock有加鎖和解鎖兩種狀態(tài)：

一種是永久性鎖住，這種鎖除非后續(xù)放開，否則不會(huì)解鎖；

另一種是超時(shí)鎖，這種鎖會(huì)鎖定系統(tǒng)一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)解鎖。

電源鎖的兩種類型：

(1)WAKE_LOCK_SUSPEND:阻止系統(tǒng)進(jìn)入睡眠，屬于永久性鎖，超時(shí)鎖為WAKE_LOCK_AUTO_EXPIRE

(2)WAKE_LOCK_IDLE:阻止持有該鎖的系統(tǒng)進(jìn)入idle狀態(tài)

Android中使用兩條鏈表分別保存處于active狀態(tài)的suspend lock和idle lock和保存處于inactive狀態(tài)的wakelock。

系統(tǒng)執(zhí)行加放鎖有兩種機(jī)制，第一種是不計(jì)數(shù)鎖，另一種是計(jì)數(shù)鎖?？梢酝ㄟ^(guò)PowerManager.WakeLock.setReferenceCounted(boolean value) 來(lái)指定，默認(rèn)為計(jì)數(shù)機(jī)制。這兩種機(jī)制的區(qū)別在于，前者無(wú)論 acquire() 了多少次，只要通過(guò)一次 release()即可直接解鎖。而后者正真解鎖是在（ --count == 0 ）的時(shí)候，同樣當(dāng) (count == 0) 的時(shí)候才會(huì)去申請(qǐng)加鎖，其他情況 isHeld 狀態(tài)是不會(huì)改變的。所以 wakeLock 的計(jì)數(shù)機(jī)制并不是正真意義上的對(duì)每次請(qǐng)求進(jìn)行申請(qǐng)／釋放每一把鎖，它只是對(duì)同一把鎖被申請(qǐng)／釋放的次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)后才去執(zhí)行操作。

3.1wakelock在framework層

內(nèi)核啟動(dòng)完成后，電源管理系統(tǒng)會(huì)在文件系統(tǒng)中建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)：

/sys/power/wake_lock

/sys/power/wake_unlock

應(yīng)用程序可以通過(guò)/sys/power/wake_lock申請(qǐng)一個(gè)WAKE_LOCK_SUSPEND 類型的鎖，通過(guò)/sys/power/wake_unlock則可以釋放一個(gè)鎖。內(nèi)核在進(jìn)入suspend之前如果檢測(cè)到某個(gè)鎖沒(méi)有釋放，則會(huì)放棄本次的suspend過(guò)程，直到這個(gè)鎖釋放為止.Android持有電源鎖后可以讓持鎖的進(jìn)程持續(xù)執(zhí)行,即使進(jìn)入了睡眠模式。

如果應(yīng)用崩掉或退出，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)釋放他們獲取的所有電源鎖；如果是在服務(wù)中獲取的，當(dāng)服務(wù)崩掉或注銷時(shí)也會(huì)自動(dòng)釋放；

Framework層有關(guān)電源鎖的內(nèi)容是通過(guò)PowerManagerService類來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)類是用來(lái)管理所有應(yīng)用程序申請(qǐng)的wakelock，比如音視頻播放器，camera等申請(qǐng)的wakelock都是通過(guò)這個(gè)類來(lái)管理的。如：

static final String PARTIAL_NAME = "PowerManagerService"

PARTIAL_NAME作為參數(shù)傳遞到底層去。

ADB 調(diào)試命令

echo lockname > /sys/power/wake_lock

加鎖“l(fā)ockname”

echo lockname > /sys/power/wake_unlock

解鎖“l(fā)ockname”

四、Earlysuspend和Lateresume

Early Suspend和Late Resume是Android在標(biāo)準(zhǔn)Linux的基礎(chǔ)上增加的一項(xiàng)特性。當(dāng)用戶空間申請(qǐng)進(jìn)入suspend時(shí)，會(huì)先進(jìn)入early suspend狀態(tài).外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序可以注冊(cè)early suspend回調(diào)函數(shù)，當(dāng)進(jìn)入early suspend時(shí)，內(nèi)核會(huì)逐一地調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)。例如在進(jìn)入early suspend后，回調(diào)函數(shù)會(huì)通過(guò)屏幕驅(qū)動(dòng)把屏幕和背光都關(guān)閉, 但此時(shí)系統(tǒng)依然在正常運(yùn)行。進(jìn)入early suspend狀態(tài)以后，一旦所有wakelock被釋放，系統(tǒng)馬上會(huì)進(jìn)入真正的suspend流程.

Android 4.4起，也就是引入ART的版本，摒棄了early suspend機(jī)制，改用了fb event通知機(jī)制，后續(xù)Android版本只有suspend、resume以及runtime suspend、runtime resume。

結(jié)語(yǔ)

本文講述了Android電源管理模塊的主要內(nèi)容，旨在讓讀者對(duì)于Android電源狀態(tài)及wakelock有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，方便以后深入介紹內(nèi)核wakelock的實(shí)現(xiàn)和Android的待機(jī)喚醒流程.

審核編輯：劉清