Linux下CPU的手动频率设定

众所周知的是,CPU的频率和它的实际性能特别是整数运算能力上有着相当强的关联性。但同时CPU的频率也跟它的功耗成正比,而功耗是有一个TDP的热功耗上限。根据当下多核CPU、多任务的趋势我们很容易就联想到在一个系统上如果存在多个任务,我们是否可以通过为不同任务设置不同的CPU频率的方法区分优先级?也就说CPU的频率是否可以作为一种可用资源来任意分配?

答案是肯定的!
不过由于CPU频率的设定是基于CPU不同的核心而言,在这个层级上来说并没有系统或者任务的概念,所以要想达到我们之前说的任务级别的频率分配需要通过任务-核心的绑定来实现。具体的手段其实非常丰富,从taskset命令,cgroup,vm,container技术都有CPU-set的设定,在这里我就不多赘述,主要还是讲如何为每个CPU核心设定不同的频率。

首先要讲的是几个CPU频率相关的技术。

  • Speedstep: 似乎最早出现在“迅驰”笔记本CPU上,现在已经在所有Intel CPU上实现。它允许CPU在空载的情况下自动降低频率以节约宝贵的电力。
  • Turbo:奔4时代的技术,turbo技术允许CPU在较高负载且热功耗允许的情况下主动升频
  • PCPS: Xeon v4之后的技术,继承了前面两个技术的特点允许系统为每一个物理核心(core)设定不同的频率。

以上3种技术中最重要的PCPS需要Linux kernel 4.7以后的版本,比如我这里用的4.13.

[root@localhost cpu]# cd /sys/devices/system/cpu/cpufreq
[root@localhost cpufreq]# ls
boost policy10 policy13 policy16 policy19 policy21 policy24 policy27 policy5 policy8
policy0 policy11 policy14 policy17 policy2 policy22 policy25 policy3 policy6 policy9
policy1 policy12 policy15 policy18 policy20 policy23 policy26 policy4 policy7

/sys/devices/system/cpu/cpufreq 是具体的CPU 频率管理入口,每一个policy*子文件夹都对应了系统的一个core。比如我们需要设定core0的频率,则直接进入policy0目录即可。

[root@localhost cpufreq]# cd policy0
[root@localhost policy0]# ls -l
total 0
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 affected_cpus
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 bios_limit
-r--------. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 cpuinfo_cur_freq
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 cpuinfo_max_freq
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 cpuinfo_min_freq
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 cpuinfo_transition_latency
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 freqdomain_cpus
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 related_cpus
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_available_frequencies
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_available_governors
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_cur_freq
-r--r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_driver
-rw-r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 03:00 scaling_governor
-rw-r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_max_freq
-rw-r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_min_freq
-rw-r--r--. 1 root root 4096 Jan 17 02:49 scaling_setspeed

路径下有多个文件,首先需要确定该CPU是否支持PCPS

[root@localhost policy0]# cat scaling_available_governors
conservative userspace powersave ondemand performance

scaling_available_governors保存了系统支持的电源策略,如果你曾经在桌面版本的Linux配置过电源的话应该很熟悉这几个模式。不过这里除了传统的conservative (保守),powersave(节能) ondemand(请求) performance(性能)4种模式之外,还特别的多了一个userspace模式,这说明系统可以支持PCPS.

我们看一下这颗CPU究竟支持哪些频率设定,scaling_available_frequencies文件保存了对应的内容。

[root@localhost policy0]# cat scaling_available_frequencies
2501000 2500000 2400000 2300000 2200000 2100000 2000000 1900000 1700000 1600000 1500000 1400000 1300000 1200000 1100000 1000000

没什么好多解释的,一看就能明白,这颗CPU可以在1G~2.5G之间做调整,每次最少调整0.1G。

查看当前频率也很容易,scaling_cur_freq文件:

[root@localhost policy0]# cat scaling_cur_freq
1000000

看了一圈了,开始设定CPU0的频率,其实也很容易的。

[root@localhost policy0]# echo userspace > scaling_governor
[root@localhost policy0]# echo 200000 > scaling_setspeed
[root@localhost policy0]# cat scaling_cur_freq
2000000

scaling_governor文件可以设定该CPU的电源模式,就像前面说的,这里需要将电源模式设定为“userspace”。而scaling_setspeed可以直接指定CPU的频率,这里就直接设定为2.0G。

依次为每个core设定不同的频率即可。

需要注意的是,你无法将所有的频率都设定到最大并保持住。这是由CPU的热功耗决定的,将一部分核心频率提升的同时,势必要降低某些core的频率。

 

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