cstate支持选C1C3C6C7C8C10 (CStates-二-CPU省电的秘密)

文章编号：8969 更新时间：2024-02-20 分类：互联网资讯 阅读次数：次

资讯内容

前一篇关于EIST的文章中，我们提到了CStates，这里我们详细介绍一下它的由来和运行机理。

原理篇

想象一下，我们新建了一个有八个大车间的新工厂，厂房干净漂亮，传送带笔直干净，各个厂房之间有宽阔的道路，到处照明充足，在车间外还有外围仓储库，和总的入厂出厂和后勤支持部门。更妙的是，这里全部机器人操作，只有你坐在总经理办公室里，手握一个可以控制各个地方的遥控器。你的最大敌人是需求极度不明确，随时都有可能变化，为了更大的利益，你会如何安排生产策略呢？聪明的你当然会在需求很大时加大马力全力生产，以求最大效益。在需求不足时，可以让有的生产线传送带减慢些，以节省不必要的消耗。需求进一步下滑时，你会停掉某个车间的流水线，同时切断流水线机器人的电源，你还留有后手，在需求回升时随时可以恢复生产。需求还是很糟糕一段时间后，你会干脆关掉这个车间，让机器人都回到仓库中，关掉车间所有的照明等等的电力，这样几乎不会消耗什么东西了，不过要恢复生产就要费一番时间了。在明确是淡季后，你关掉了几个相邻车间，并关闭其共享的道路和后勤部门，清空了附近的仓库，进一步减低消耗。在做这些事时，你需要仔细衡量各个时机，以在省电和不会被忽然来到的需求弄得焦头烂额之间寻求平衡，越节省电力，要恢复全力生产就越麻烦，而你必须做到心中有数。

这里你就是OS（操作系统），工厂是CPU，而车间就是内核（假设八核），仓库是Cache；各个省电的级别可以映射到不同的CStates（第一个调慢流水线是Pstates），你聪明的抉择自然归于OS的电源管理策略了。怎么样，是不是很简单直接呢？

历史

你也许会吃惊于这个低功耗概念是在486DX就部分引入了，远不是什么新鲜事。然而，随着时间的迁移，越来越多更加省电的状态被引入到最新的CPU中。在深度上，最开始只有C1，接着C2、C3、C5、C6、C7等等陆续得到支持。在广度上，开始时Thread级别的（HT情况下，一个Core有两个Thread）,后来加入了Core级别的，在多CPU的系统上还引入的CPU整体的CStates（PackageCStates）。在最深的PackageCStates下的CPU，耗电几乎为0了。下面有张简表我们可以看看各个CPU的支持程度:

操作系统最开始只是简单的在Idle（空闲）时调用HLT指令从而进入C1。在Windows95开始支持ACPI后，才开始支持其他的CStates。

实现

1.硬件

IntelCPU是CState可以工作的硬件基础。它通过一系列寄存器保证固件和OS可以得到足够的信息，有足够的手段控制CState的工作模式。下面我们详细介绍下各个不同的CStates。

所有的X86CPU都有个HLT（Halt）指令，调用后，CPU会进入idle模式，什么事也不干，直到收到中断。这里是个绝佳场所可以用来节电，Intel在这里引入了C1状态，关闭了时钟信号（内部bus和APIC除外）。由于时钟信号驱动内核里绝大多数部件，它的停止，让这些设备也停止了运行，从而减少了电能消耗。有趣的是HLT指令自从8086开始就有了，这次的功能扩展几乎不要任何软件改动就能省电。

在Core2Duo（酷睿2）引入了C1E（EnhancedHalt），在关闭时钟的基础上调低了电压，从而更加省电。如果你在固件中打开它，HLT时会自动进入C1E而不是C1。

C2也是在486DX引入，它增加了一个STPCLK(StopClock)引脚，这在某种程度上和C1很像，不同点在于，一个是软件触发的（C1），一个是硬件触发的（C2）。后来加入的关闭时钟发生器的功能让耗电进一步减少。后面C2E也出现了，C3开始内部的BUS和APIC时钟也被关闭，这里不再赘述。

要特别强调的是，C1，C2和C3下，Cache一致性是得到保证的，从而恢复现场速度也很快。

C4/C6/C7下，越来越多内部设备的上下文状态信息（Context）也被封存和冻结，Catch被清空和关闭。如此一来，要恢复现场变得越来越耗时。同时Cache一致性也被破坏，OS需要知道它何时需要清