Android电源管理介绍

一、电源管理基础知识

1.1电源管理的几种状态

Android kernel源码中，定义了三种电源状态，在kernel/power/suspend.c中：

对应的宏定义/include/linux/suspend.h

1.2 电源管理状态的介绍：

PM_SUSPEND_ON

设备处于正常工作状态

PM_SUSPEND_STANDBY

设备处于省电状态，但还可以接收某些事件

PM_SUSPEND_MEM

设备进入睡眠状态，保存系统运行的上下文至内存后挂起系统，只有特定外部中断才可以唤醒设备

PM_SUSPEND_TO_IDLE

设备进入空闲状态,冻结用户空间并将外围设备调至低耗电模式,强制将 CPU 进入idle

ADB 查看支持的电源模式

cat /sys/power/state

1.3 Idle State

Android的Idle状态分为二类：CPU Idle和Device Idle

CPU Idle

每一个 CPU 核心都会有一个 idle 进程，idle 进程是当系统没有调度 CPU 资源的时候，会进入 idle 进程，而 idle 进程的作用就是不使用 CPU，以此达到省电的目的。

有关CPU idle的内容可以查看公众号之前的文章《Linux Cpuidle介绍》

Device Idle

Device Idle属于android Doze模式中的概念,即指手机屏幕熄屏、不充电、静置不动

在 Doze 模式下，按照google的官方说法，Wakelocks，网络访问，jobshedule，闹钟，GPS/WiFi扫描都会停止。

系统会定期退出 Doze 一小段时间，让应用程序完成其延迟的活动。在此维护窗口期间，系统运行所有挂起的同步、作业和警报，并允许应用程序访问网络。

二、Android电源管理框架

Android系统的电源管理框架分成五个部分：应用层，框架层，Native层，HAL层和内核层。电源管理架构图例如下:

应用接口层: PowerManager.java 负责向应用程序提供一系列接口,例如wakelock的申请与释放,进而让系统休眠或唤醒

框架层: PowerManagerService.java PowerManagerServic是android电源管理的核心服务,向上提供应用程序接口.向下通过hal层和kernel层来控制待机状态和系统硬件设备状态

HAL层: power.c 接收上层参数,通过写节点与kernel层通信

内核层: Kernel/Power 实现系统电源管理框架机制,为设备电源管理提供基础框架

三、WakeLock

Android中wakelock是一种锁的机制,用于阻止系统进入睡眠状态，只要有任意应用持有wakelock，那么系统就无法进入睡眠状态。

newWakeLock(int flags, String tag)

申请wakelock时有一个关键的参数flags，它有如下几种情况：

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种是互斥的，即只能指定其中之一，但可以与下面两种flag不是互斥的：

ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP:一旦有请求锁时强制打开Screen和keyboard light

ON_AFTER_RELEASE:在释放锁时reset activity timer

如果系统申请了PARTIAL_WAKE_LOCK，那么即使按power键，系统也不会进sleep，如music播放时.如果申请了其它的wakelocks，按power键，系统还是会进sleep

wakelock有加锁和解锁两种状态：

一种是永久性锁住，这种锁除非后续放开，否则不会解锁；

另一种是超时锁，这种锁会锁定系统一段时间后会自动解锁。

电源锁的两种类型：

(1)WAKE_LOCK_SUSPEND:阻止系统进入睡眠，属于永久性锁，超时锁为WAKE_LOCK_AUTO_EXPIRE

(2)WAKE_LOCK_IDLE:阻止持有该锁的系统进入idle状态

Android中使用两条链表分别保存处于active状态的suspend lock和idle lock和保存处于inactive状态的wakelock。

系统执行加放锁有两种机制，第一种是不计数锁，另一种是计数锁。可以通过PowerManager.WakeLock.setReferenceCounted(boolean value) 来指定，默认为计数机制。这两种机制的区别在于，前者无论 acquire() 了多少次，只要通过一次 release()即可直接解锁。而后者正真解锁是在（ --count == 0 ）的时候，同样当 (count == 0) 的时候才会去申请加锁，其他情况 isHeld 状态是不会改变的。所以 wakeLock 的计数机制并不是正真意义上的对每次请求进行申请／释放每一把锁，它只是对同一把锁被申请／释放的次数进行了统计后才去执行操作。

3.1wakelock在framework层

内核启动完成后，电源管理系统会在文件系统中建立两个节点：

/sys/power/wake_lock

/sys/power/wake_unlock

应用程序可以通过/sys/power/wake_lock申请一个WAKE_LOCK_SUSPEND 类型的锁，通过/sys/power/wake_unlock则可以释放一个锁。内核在进入suspend之前如果检测到某个锁没有释放，则会放弃本次的suspend过程，直到这个锁释放为止.Android持有电源锁后可以让持锁的进程持续执行,即使进入了睡眠模式。

如果应用崩掉或退出，系统会自动释放他们获取的所有电源锁；如果是在服务中获取的，当服务崩掉或注销时也会自动释放；

Framework层有关电源锁的内容是通过PowerManagerService类来实现，这个类是用来管理所有应用程序申请的wakelock，比如音视频播放器，camera等申请的wakelock都是通过这个类来管理的。如：

static final String PARTIAL_NAME = "PowerManagerService"

PARTIAL_NAME作为参数传递到底层去。

ADB 调试命令

echo lockname > /sys/power/wake_lock

加锁“lockname”

echo lockname > /sys/power/wake_unlock

解锁“lockname”

四、Earlysuspend和Lateresume

Early Suspend和Late Resume是Android在标准Linux的基础上增加的一项特性。当用户空间申请进入suspend时，会先进入early suspend状态.外设驱动程序可以注册early suspend回调函数，当进入early suspend时，内核会逐一地调用这些回调函数。例如在进入early suspend后，回调函数会通过屏幕驱动把屏幕和背光都关闭, 但此时系统依然在正常运行。进入early suspend状态以后，一旦所有wakelock被释放，系统马上会进入真正的suspend流程.

Android 4.4起，也就是引入ART的版本，摒弃了early suspend机制，改用了fb event通知机制，后续Android版本只有suspend、resume以及runtime suspend、runtime resume。

结语

本文讲述了Android电源管理模块的主要内容，旨在让读者对于Android电源状态及wakelock有一个初步的认识，方便以后深入介绍内核wakelock的实现和Android的待机唤醒流程.

引文：

[1]https://developer.android.google.cn/training/monitoring-device-state/doze-standby?hl=en

[2] 深入理解LINUX内核（第三版）(美)博韦,西斯特 著,陈莉君,冯锐,牛欣源 译

长按关注内核工匠微信

Linux内核黑科技| 技术文章 | 精选教程