解决笔记本在Linux下插电源降频的问题

笔记本的处理器频率,若使用电池,则可对最高频率做适当限制,以达到省电目的;若插入移动电源,则可以解除限制,让处理器能够在其最高频率上运行,以提高性能——这是最基本的电源管理策略。

然而,我的ThinkPad X200却不走寻常路,故意和我对着干。X200搭载Intel Core 2 Duo P8600 双核处理器,设计最高主频为2.40GHz。在使用“performance”调控器(governor),并尽可能将调控器最高频率设为最大值的情况下:

  • 若只使用电池,则处理器最高频率可以达到2.40GHz,平均运行频率常常能超过1.6GHz。
  • 但是,若插上电源适配器,过一段时间后,最高频率就被限制在了1.60GHz,且无法使用cpufreq-set工具进行更改。

这也太奇怪了吧,笔记本居然会在插电时降频!尽管插电后电量多到用不完,毫无费电之虞,笔记本却仍然认为应该省电;而使用电池时,笔记本却根本不管这些,允许CPU达到最大频率。什么逻辑!

尝试解决问题

起初,我以为是BIOS中的节能控制设置不当。有一个设置是Intel SpeedStep Technology,这是英特尔的处理器电源管理功能。我尝试将其中针对AC适配器和电池的策略设置为相同的值,结果重启后问题如故;而关闭该功能后,Linux管理CPU频率的acpi-cpufreq驱动直接失效,不可行。后来,我又尝试将PCI和PCI-E的省电功能关闭,问题同样如故。

看来,不能靠更改BIOS设置来解决插电降频的问题,只能从系统层面入手了。会不会跟内核有关?对此,我尝试了不同的内核版本,以及使用OpenSUSE安装盘的Shell进行测试,运行以下命令设置调节器为performance,读取调控器最大频率(须在Root用户下测试):

cd /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq
echo performance > scaling_governor
cat scaling_max_freq

结果,插电后仍然降频。由此可排除内核版本和操作系统的问题。

那么,问题到底出在哪里呢?

突破口:BIOS的限制

在Linux中,控制处理器频率的目录是/sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq(星号为处理器核心编号),其中包含一系列节点,用于读取或设置处理器频率的参数。主要包括:

节点名 作用 读写权限
affected_cpus 显示受影响的CPU编号 只读
bios_limit BIOS提供的频率限制值 只读
cpuinfo_cur_freq CPU的当前频率 只读,须root
cpuinfo_max_freq CPU的最大频率 只读,须root
cpuinfo_min_freq CPU的最小频率 只读,须root
cpuinfo_transition_latency CPU频率切换的延迟 只读
freqdomain_cpus 受调节且在同一组内的CPU编号 只读
related_cpus 显示当前频率调节器关联的CPU编号 只读
scaling_available_frequencies 频率调节器允许的CPU频率值。设置的频率只能为其中之一,否则会报错 只读
scaling_available_governors 可用的频率调节器 只读
scaling_cur_freq 调节器调控的当前CPU频率。此值为当前CPU的真实频率 只读
scaling_driver 当前的调频驱动 只读
scaling_governor 显示与设置当前使用的频率调节器 读写
scaling_max_freq 显示与设置调节器的最大频率 读写
scaling_min_freq 显示与设置调节器的最小频率 读写
scaling_setspeed 手工设置CPU频率。只在userspace调节器下生效 读写
stats CPU使用信息统计 目录

注:上述节点中,频率值的单位为Hz。

注意其中的bios_limit,它反映的是BIOS所提供的频率限制值。在本文开头的条件下,使用电池时,其中的值为2400000,而插上电源后该值立刻降到1600000。由此不难得知,是BIOS在限制CPU的频率,X200的BIOS对处理器频率的调控策略简直是弱智!

让系统忽略处理器频率限制

那么,有什么办法可以打破限制?的确是可以的,Linux系统可以忽略bios_limit中BIOS所提供的不合理限制值,让用户可以自由设置理想的频率,使处理器性能的发挥重回正轨。

具体的做法是,调节内核当中的一个参数——ignore_ppc,将其值设为1,表示忽略BIOS频率限制:

echo 1 | sudo tee /sys/module/processor/parameters/ignore_ppc

设置即时生效。这时再插入电源适配器,即可发现频率再也不会被限制在1.6GHz下了。

若要使该设置在每次重启后都能自动应用,可以更改启动配置文件/etc/default/grub。在root权限下打开它,找到GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT,将processor.ignore_ppc=1加在值的后面,就像这样:

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash processor.ignore_ppc=1"

最后运行

sudo update-grub

更新启动参数,重启即可生效。

到此,插电降频问题彻底解决,终于可以愉快地享用了!

参考资料

  • https://askubuntu.com/questions/340626/permanently-change-maximum-cpu-frequency
  • https://askubuntu.com/questions/303882/maximum-cpu-frequency-stuck-at-low-value
  • https://askubuntu.com/questions/899255/i-cant-set-the-cpu-frequency-to-maximum

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