userspace governor study

一、userspace governor是一种用户可以自己手动调整自己cpu频率的governor，即在linux目录下：/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/，有一个参数scaling_setspeed，是这个governor转有的，其他governor是不能对其进行读写操作的，只有这个governor才能这样做。

二、下面来讲讲它实现的code。

与前面powersave governor一样，要对这个governor进行register。函数如下：

staticint __init cpufreq_gov_userspace_init(void){returncpufreq_register_governor(&cpufreq_gov_userspace);}

直接返回注册的函数，下面看看userspace governor的cpufreq_governor的结构体是怎样定义的，即cpufreq_gov_userspace。Code如下：

struct cpufreq_governor cpufreq_gov_userspace = {.name      = "userspace",.governor  = cpufreq_governor_userspace,.store_setspeed   = cpufreq_set,.show_setspeed   = show_speed,.owner        = THIS_MODULE,
};

很明显，比powersave governor多了两个回调函数的实现：

cpufreq_set：用户设置的频率；

show_speed：现实用户设置的频率。

这两个是userspace governor特有的。name，governor，owner是所有governor所具有的。

注册完之后，让我们进入对这个governor进行初始化的函数：cpufreq_governor_userspace。

讲解如下：

static int cpufreq_governor_userspace(struct cpufreq_policy *policy,unsigned int event)
{unsigned int cpu = policy->cpu;int rc = 0;switch (event) {case CPUFREQ_GOV_START:if (!cpu_online(cpu))return -EINVAL;BUG_ON(!policy->cur);mutex_lock(&userspace_mutex);if (cpus_using_userspace_governor == 0) {cpufreq_register_notifier(&userspace_cpufreq_notifier_block,CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);}cpus_using_userspace_governor++;per_cpu(cpu_is_managed, cpu) = 1;per_cpu(cpu_min_freq, cpu) = policy->min;per_cpu(cpu_max_freq, cpu) = policy->max;per_cpu(cpu_cur_freq, cpu) = policy->cur;per_cpu(cpu_set_freq, cpu) = policy->cur;pr_debug("managing cpu %u started ""(%u - %u kHz, currently %u kHz)\n",cpu,per_cpu(cpu_min_freq, cpu),per_cpu(cpu_max_freq, cpu),per_cpu(cpu_cur_freq, cpu));mutex_unlock(&userspace_mutex);break;case CPUFREQ_GOV_STOP:mutex_lock(&userspace_mutex);cpus_using_userspace_governor--;if (cpus_using_userspace_governor == 0) {cpufreq_unregister_notifier(&userspace_cpufreq_notifier_block,CPUFREQ_TRANSITION_NOTIFIER);}per_cpu(cpu_is_managed, cpu) = 0;per_cpu(cpu_min_freq, cpu) = 0;per_cpu(cpu_max_freq, cpu) = 0;per_cpu(cpu_set_freq, cpu) = 0;pr_debug("managing cpu %u stopped\n", cpu);mutex_unlock(&userspace_mutex);break;case CPUFREQ_GOV_LIMITS:mutex_lock(&userspace_mutex);pr_debug("limit event for cpu %u: %u - %u kHz, ""currently %u kHz, last set to %u kHz\n",cpu, policy->min, policy->max,per_cpu(cpu_cur_freq, cpu),per_cpu(cpu_set_freq, cpu));if (policy->max < per_cpu(cpu_set_freq, cpu)) {__cpufreq_driver_target(policy, policy->max,CPUFREQ_RELATION_H);} else if (policy->min > per_cpu(cpu_set_freq, cpu)) {__cpufreq_driver_target(policy, policy->min,CPUFREQ_RELATION_L);} else {__cpufreq_driver_target(policy,per_cpu(cpu_set_freq, cpu),CPUFREQ_RELATION_L);}per_cpu(cpu_min_freq, cpu) = policy->min;per_cpu(cpu_max_freq, cpu) = policy->max;per_cpu(cpu_cur_freq, cpu) = policy->cur;mutex_unlock(&userspace_mutex);break;}return rc;
}

这个函数的讲解如下：

1、event=CPUFREQ_GOV_START，cpus_using_userspace_governor是计算有多少个cpucore使用了这个governor，开始的时候为0，注册一个通知链，目的是通知cpu，需要替换成用户设置的频率。对于通知链，下面会接着讲。

2、cpus_using_userspace_governor++的意思是统计有多少个cpucore使用这个governor；

3、其实event为CPUFREQ_GOV_STOP时是对相应的event为START进行相反的操作。

4、event为LIMITS时，是对相应的频率进行调整。

static int cpufreq_set(struct cpufreq_policy *policy, unsigned int freq)
{int ret = -EINVAL;pr_debug("cpufreq_set for cpu %u, freq %u kHz\n", policy->cpu, freq);mutex_lock(&userspace_mutex);if (!per_cpu(cpu_is_managed, policy->cpu))goto err;per_cpu(cpu_set_freq, policy->cpu) = freq;if (freq < per_cpu(cpu_min_freq, policy->cpu))freq = per_cpu(cpu_min_freq, policy->cpu);if (freq > per_cpu(cpu_max_freq, policy->cpu))freq = per_cpu(cpu_max_freq, policy->cpu);/** We're safe from concurrent calls to ->target() here* as we hold the userspace_mutex lock. If we were calling* cpufreq_driver_target, a deadlock situation might occur:* A: cpufreq_set (lock userspace_mutex) ->*      cpufreq_driver_target(lock policy->lock)* B: cpufreq_set_policy(lock policy->lock) ->*      __cpufreq_governor ->*         cpufreq_governor_userspace (lock userspace_mutex)*/ret = __cpufreq_driver_target(policy, freq, CPUFREQ_RELATION_L);err:mutex_unlock(&userspace_mutex);return ret;
}

1、第一个if语句判断当前cpucore是否使用的是userspacegovernor；

2、

/*将用户设置的frequency写入相应的cpucore。*/

per_cpu(cpu_set_freq,policy->cpu) = freq;

3、

/*用户设置的频率值是否合法，否则进行相应的设置。*/

if(freq < per_cpu(cpu_min_freq, policy->cpu))

freq= per_cpu(cpu_min_freq, policy->cpu);

if(freq > per_cpu(cpu_max_freq, policy->cpu))

freq= per_cpu(cpu_max_freq, policy->cpu);

4、

/*执行频率的改变，通知core层。*/

ret= __cpufreq_driver_target(policy, freq, CPUFREQ_RELATION_L);

2、static ssize_t show_speed(struct cpufreq_policy *policy, char *buf)

这个函数是现实用户设置的频率，是一个很简单的函数，如下：

static ssize_t show_speed(struct cpufreq_policy *policy, char *buf)
{return sprintf(buf, "%u\n", per_cpu(cpu_cur_freq, policy->cpu));
}

直接在sys接口中显示。

三、通知链的作用。

在governor的初始化的过程中注册了一个通知链，如下所示，是一个通知链结构体。

static struct notifier_block userspace_cpufreq_notifier_block = {.notifier_call  = userspace_cpufreq_notifier
};

.notifier_call是回调函数，当某件事情发生的时候就会触发这个函数的执行。

这个函数的具体实现如下：

static int
userspace_cpufreq_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val,void *data)
{struct cpufreq_freqs *freq = data;if (!per_cpu(cpu_is_managed, freq->cpu))return 0;if (val == CPUFREQ_POSTCHANGE) {pr_debug("saving cpu_cur_freq of cpu %u to be %u kHz\n",freq->cpu, freq->new);per_cpu(cpu_cur_freq, freq->cpu) = freq->new;}return 0;
}

可以看到有一个if语句的判断，如下：

if(val == CPUFREQ_POSTCHANGE) {

pr_debug("savingcpu_cur_freq of cpu %u to be %u kHz\n",

freq->cpu,freq->new);

per_cpu(cpu_cur_freq,freq->cpu) = freq->new;

}

它的真实的意思是，当频率发生改变的话，那么就将用户设置的频率，即新的频率修改为当前频率。

对于参数 CPUFREQ_POSTCHANGE。

这个参数定义在cpufreq.h中。是cpu频率变化的转换方式，如下：

/*这个是前向改变，cpu频率改变之后，在调整这个参数loops_per_jiffy*/

#define CPUFREQ_PRECHANGE (0)

/*后向改变，通知当前的cpu当前的频率要使用新的频率之后在修改loops_per_jiffy。*/

#define CPUFREQ_POSTCHANGE (1)

/*下面两个与powermanagement相关*/

#define CPUFREQ_RESUMECHANGE (8)

#define CPUFREQ_SUSPENDCHANGE (9)

可以追踪到源码中，cpufreq.c中，这两个参数有什么具体的不同，即频率改变方式不同所做的处理是怎样的？尤其是这个参数loops_per_jiffy是做什么的。

void cpufreq_notify_transition(struct cpufreq_freqs *freqs, unsigned int state)
{struct cpufreq_policy *policy;BUG_ON(irqs_disabled());freqs->flags = cpufreq_driver->flags;pr_debug("notification %u of frequency transition to %u kHz\n",state, freqs->new);policy = per_cpu(cpufreq_cpu_data, freqs->cpu);switch (state) {case CPUFREQ_PRECHANGE:/* detect if the driver reported a value as "old frequency"* which is not equal to what the cpufreq core thinks is* "old frequency".*/if (!(cpufreq_driver->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS)) {if ((policy) && (policy->cpu == freqs->cpu) &&(policy->cur) && (policy->cur != freqs->old)) {pr_debug("Warning: CPU frequency is"" %u, cpufreq assumed %u kHz.\n",freqs->old, policy->cur);freqs->old = policy->cur;}}srcu_notifier_call_chain(&cpufreq_transition_notifier_list,CPUFREQ_PRECHANGE, freqs);adjust_jiffies(CPUFREQ_PRECHANGE, freqs);break;case CPUFREQ_POSTCHANGE:adjust_jiffies(CPUFREQ_POSTCHANGE, freqs);pr_debug("FREQ: %lu - CPU: %lu", (unsigned long)freqs->new,(unsigned long)freqs->cpu);trace_power_frequency(POWER_PSTATE, freqs->new, freqs->cpu);trace_cpu_frequency(freqs->new, freqs->cpu);srcu_notifier_call_chain(&cpufreq_transition_notifier_list,CPUFREQ_POSTCHANGE, freqs);if (likely(policy) && likely(policy->cpu == freqs->cpu))policy->cur = freqs->new;break;}
}

可以看到参数 CPUFREQ_POSTCHANGE和CPUFREQ_PRECHANGE巨大的不同仅仅是adjust_jiffies函数的位置不一样，其他的就是判断调整频率是否合法。

下面就来看看这个函数。

/**

*adjust_jiffies - adjust the system "loops_per_jiffy"

*This function alters the system "loops_per_jiffy" for theclock

*speed change. Note that loops_per_jiffy cannot be updated on SMP

*systems as each CPU might be scaled differently. So, use the arch

*per-CPU loops_per_jiffy value wherever possible.

#ifndef CONFIG_SMP
static unsigned long l_p_j_ref;
static unsigned int  l_p_j_ref_freq;static void adjust_jiffies(unsigned long val, struct cpufreq_freqs *ci)
{if (ci->flags & CPUFREQ_CONST_LOOPS)return;if (!l_p_j_ref_freq) {l_p_j_ref = loops_per_jiffy;l_p_j_ref_freq = ci->old;pr_debug("saving %lu as reference value for loops_per_jiffy; ""freq is %u kHz\n", l_p_j_ref, l_p_j_ref_freq);}if ((val == CPUFREQ_POSTCHANGE  && ci->old != ci->new) ||(val == CPUFREQ_RESUMECHANGE || val == CPUFREQ_SUSPENDCHANGE)) {loops_per_jiffy = cpufreq_scale(l_p_j_ref, l_p_j_ref_freq,ci->new);pr_debug("scaling loops_per_jiffy to %lu ""for frequency %u kHz\n", loops_per_jiffy, ci->new);}
}
#else
static inline void adjust_jiffies(unsigned long val, struct cpufreq_freqs *ci)
{return;
}
#endif

系统在启动过程中，内核会计算处理器在一个jiffy时间内运行一个内部的delay循环的次数。jiffy的含义是系统定时器2个连续的节拍之间的间隔。如果你所期待的那样，该计算必须被校准到你的CPU的处理速度。校准的结果被存储在称为loops_per_jiffy的内核变量中。使用loops_per_jiffy的一个场合是某设备驱动希望进行小的微秒级别的延迟的时候。具体的讲解可参考：

1、http://www.cnblogs.com/cute/archive/2011/05/09/2041468.html

2、http://linux.chinaunix.net/techdoc/net/2009/02/09/1061523.shtml

现在我们大概的知道了userspacegovernor的具体是怎么实现的了。

有些时候追本溯源是痛苦的，但是熬过之后就是彩虹了。逻辑比较混乱，有什么问题可以留言，望谅解，下班回家咯，哈哈。

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