對Android設備CPU進行鎖頻

本文對Android設備CPU的狀態查看方法和鎖頻(lock frequency)方法進行詳細介紹。這有什么用?作為測試工程師，你值得了解。

CPU頻率

首先說下CPU的頻率。我們都知道，CPU的工作頻率越高，運算就越快，但能耗也更高。然而很多時候，設備并不需要那么高的計算性能，這個時候，我們就希望能降低CPU的工作頻率，追求較低的能耗，以此實現更長的待機時間。

基于此需求，當前電子設備的CPU都會存在多個工作頻率，并能根據實際場景進行CPU頻率的自動切換，以此達到平衡計算性能與能耗的目的。

鎖頻的用途

那么為什么需要鎖頻呢?

對于普通用戶來說，可能對這些場景比較熟悉：

在家用筆記本電腦玩游戲的時候，電腦連著電源，不在乎能耗，只想要盡可能高的性能，這個時候就選擇高性能模式，即保持CPU在最高頻率工作。

旅行途中使用筆記本電腦，靠電池供電，希望電腦能待機盡可能久，這時就選擇省電模式，即CPU保持在最低頻率運行。

作為一名測試工程師，我們在進行軟件測試的時候，為了讓測試結果真實反映軟件本身的效率，從控制變量法的角度，我們希望測試結果盡量不受到硬件本身的影響。這個時候，我們就可以嘗試對設備的CPU進行鎖頻，即保證在測試的過程中，硬件設備的CPU運行在一個恒定的頻率。

說到這里先埋個伏筆，在chromium官方測試庫中，部分測試場景在初始化測試環境時，就會將設備所有CPU的頻率調到最高狀態，后續我會單獨以一篇博客的形式對那部分的源碼進行分析。對于等不及的朋友，可以先去看下源碼，源碼路徑為pylib/perf/PerfControl.SetHighPerfMode。

查看CPU狀態信息

在修改CPU的狀態之前，我們需要先查看CPU的屬性和狀態信息，這樣才能有針對性地進行正確的設置。

對于CPU的狀態，我們通常會關注兩類信息，一是整體層面的，即CPU運行的核數;二是細節層面的，即各個CPU的工作狀態，包括所處工作模式、頻率大小等。

在Android系統中，CPU相關的信息存儲在/sys/devices/system/cpu目錄的文件中，我們可以通過讀取該目錄下的特定文件獲得當前設備的CPU狀態信息，也可以通過對該目錄下的特定文件進行寫值，實現對CPU頻率等狀態信息的更改。

本文以Nexus 5(系統版本5.1.1)為例，后面的例子均以該設備為例。不同的機型和Android系統版本可能會存在一些差異，請知悉。

在/sys/devices/system/cpu目錄中，文件結構如下所示。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ ll 
 
drwxr-xr-x root     root              2016-01-20 01:36 cpu0 
 
drwxr-xr-x root     root              2016-01-20 21:06 cpu1 
 
drwxr-xr-x root     root              2016-01-20 21:07 cpu2 
 
drwxr-xr-x root     root              2016-01-20 21:07 cpu3 
 
-rw------- root     root         4096 1970-01-17 10:27 cpuctl 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 cpufreq 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 cpuidle 
 
-r--r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 kernel_max 
 
-r--r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 offline 
 
-r--r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 online 
 
-r--r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 possible 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 power 
 
-r--r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 present 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 uevent 

1、view overall cpu info

在possible文件中，存儲的是當前設備可用的CPU，顯示形式以數字的形式。例如0-3代表的就是當前設備總共有4個核，編號分別為0，1，2，3。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ cat possible 
 
0-3 

在online文件中，存儲的是當前設備正在運行的CPU。因為有時候設備不需要很高的性能，就可以將部分CPU關閉。不過需要注意的是，不管什么時候，CPU0始終都會處于運行狀態。online文件的存儲格式與possible類似，如果只有部分CPU運行，且CPU編號不連續的時候，會以逗號進行隔開;例如，0,2表示當前CPU0和CPU2處于運行狀態。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ cat online 
 
0,2 

對應的，offline文件標示的是當前設備處于關閉狀態的CPU，這和online作為互補，并集剛好就是設備的所有CPU，即possible文件中的內容。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ cat offline 
 
1,3 

2、view specified cpu info

接下來，我們要獲取到特定CPU的信息，就需要進入到對應的文件夾，例如，cpu0/對應的就是CPU0的信息。

在/sys/devices/system/cpu/cpu0目錄中，文件結構如下所示。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ ll cpu0 
 
drwxr-xr-x root     root              2016-01-20 01:37 cpufreq 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 cpuidle 
 
-r-------- root     root         4096 1970-01-17 10:27 crash_notes 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:36 online 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 power 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 rq-stats 
 
lrwxrwxrwx root     root              1970-01-17 10:27 subsystem 
 
drwxr-xr-x root     root              1970-01-17 10:27 topology 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 1970-01-17 10:27 uevent 

其中，online文件的內容表示當前CPU是否處于運行狀態，若處于運行狀態，則內容為1，否則為0;這個和上面講到的/sys/devices/system/cpu/online能進行對應。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ cat cpu0/online 
 
1 

在cpu0/cpufreq/目錄下，存儲的就是與CPU0的頻率相關的信息，文件結構如下所示。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ ll cpu0/cpufreq/ 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 UV_mV_table 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 affected_cpus 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 cpu_utilization 
 
-r-------- root     root         4096 2016-01-20 01:57 cpuinfo_cur_freq 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 02:00 cpuinfo_max_freq 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:39 cpuinfo_min_freq 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 cpuinfo_transition_latency 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 related_cpus 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:39 scaling_available_frequencies 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 scaling_available_governors 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:50 scaling_cur_freq 
 
-r--r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:57 scaling_driver 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 2016-01-20 01:50 scaling_governor 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 2016-01-20 08:29 scaling_max_freq 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 2016-01-20 08:29 scaling_min_freq 
 
-rw-r--r-- root     root         4096 2016-01-20 02:52 scaling_setspeed 

在這個目錄中，我們需要關注的文件比較多。

首先是scaling_available_governors和scaling_governor。這里的governor大家可以理解為CPU的工作模式，scaling_available_governors中存儲了當前CPU支持的所有工作模式，而scaling_governor存儲的是CPU當前所處的工作模式。

shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ cat cpu0/cpufreq/scaling_available_governors 
 
impulse dancedance smartmax interactive conservative ondemand userspace powersave Lionheart bioshock performance 
 
  
 
shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu $ cat cpu0/cpufreq/scaling_governor 
 
performance 

可以看到，Nexus 5支持非常多的工作模式，這里只對幾個常見的模式進行簡單說明。

performance：最高性能模式，即使系統負載非常低，cpu也在最高頻率下運行。

powersave：省電模式，與performance模式相反，cpu始終在最低頻率下運行。

ondemand：CPU頻率跟隨系統負載進行變化。

userspace：可以簡單理解為自定義模式，在該模式下可以對頻率進行設定。

對于各種模式對應的含義和策略，在此不進行展開，大家有興趣的可以自行搜索。

然后是CPU的工作頻率范圍，對應的文件有cpuinfo_max_freq、cpuinfo_min_freq、scaling_max_freq、scaling_min_freq。

以cpuinfo_為前綴的表示CPU硬件支持的頻率范圍，反映的是CPU自身的特性，與CPU的工作模式無關。而以scaling_為前綴的表示CPU在當前工作模式下的頻率范圍。

那么，當前CPU工作的頻率是多少，我們要怎么查看呢?

查看cpuinfo_cur_freq或scaling_cur_freq即可。cpuinfo_cur_freq代表通過硬件實際上讀到的頻率值，而scaling_cur_freq則是軟件當前的設置值，多數情況下這兩個值是一致的，但是也有可能因為硬件的原因，有微小的差異。

root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq # cat cpuinfo_cur_freq 
 
1574400 
 
root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq # cat scaling_cur_freq 
 
1574400 

更改CPU狀態信息

最后回到我們本文的主題，如何對CPU的頻率進行設定呢?

這也和CPU信息查看對應，分為對CPU整體運行情況的設置，和對特定CPU工作模式的設定。

在此，有兩點需要特別進行說明。

首先，對于高通的CPU，存在一個系統服務，叫作mpdecision service。當這個系統服務處于運行狀態時，我們無法對CPU的狀態信息進行更改。因此，如果我們要更改高通CPU的工作模式，第一步要做的就是終止mpdecision系統服務。

操作起來也很簡單，在Android shell里面執行如下命令即可。

stop mpdecision 

第二點需要注意的是，如果我們想要實現對特定CPU的工作狀態進行設置，就必須將scaling_governor設置為userspace，只有這樣，我們才能對scaling_setspeed進行設置。

root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq # cat scaling_setspeed       
 
root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq # echo userspace > scaling_governor 
 
root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq # cat scaling_setspeed     
 
1574400 

1、set overall cpu info

從宏觀層面，我們可以對CPU運行的核數進行設置，即可實現對特定CPU的開啟和關閉。當然，我們在前面已經說過，CPU0始終會處于運行狀態，因此我們無法將CPU0進行關閉。

設置的方式很簡單，就是往/sys/devices/system/cpu/cpu[i]/online文件中寫值即可，寫1時開啟指定CPU，寫0時關閉指定CPU。

# turn off cpu1 
 
root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu1 # echo 0 > online 
 
root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu1 # cat online 
 
0 

2、set specified cpu info

在對特定CPU的頻率進行設定前，我們需要知道的是，CPU并不能工作在任意頻率下，我們只能將CPU的頻率設定為它支持的數值。

通過查看scaling_available_frequencies，我們可以獲得當前CPU支持的頻率值。

root@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq # cat scaling_available_frequencies 
 
300000 422400 652800 729600 883200 960000 1036800 1190400 1267200 1497600 

接下來，我們就可以對CPU的工作頻率進行設置了。

如何進行設置呢?剛開始的時候，我覺得將特定的頻率值寫入scaling_setspeed或scaling_cur_freq就可以了，通過Google搜索得到的方法中也是這種方式。

但經過嘗試，發現并不可行。為什么會這樣?我也還沒有找到答案，希望知道原因的朋友能告訴我。

最后經過嘗試，發現通過同時將scaling_max_freq和scaling_min_freq設置為目標頻率值，就可以成功地對CPU頻率完成設置。 # before setting 

 
shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq $ cat scaling_cur_freq 
 
1574400      
 
# setting 
 
shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq $ echo 1728000 > scaling_min_freq 
 
shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq $ echo 1728000 > scaling_max_freq      
 
# after setting 
 
shell@hammerhead:/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq $ cat scaling_cur_freq 
 
1728000 

 

來自：http://mobile.51cto.com/android-534003.htm