PM QoS 和 DVFS

为了提高电池的使用寿命，为了节省功耗，linux引入了DVFS。而为了应用程序的性能，Linux 又引入了PM QoS。下图是linux kernel power 管理中PM QOS和DVFS相关的架构图。

LinuxKernel Power Management

‍

DVFS: 动态调整电压和频率技术，包括CPU，DDR，GPU，DSP，BUS等的电压，频率的动态调整。其目的是为了省电。CPUfreq:DVFS for CPU Core。Devfreq:DVFS for other devices。

PM-QOS：Quality of Service。简单的说提供在省电和performance之间提供协调机制。

DVFS flow

• 周期性采样得到其load（CPU，GPU,DDR）
• 根据当前的load调整频率（clock）
• 根据设备的频率调整电压。

工作流程

PM QOS

PM QoS简单的说提供在省电和performance 之间提供协调机制。我们知道，Linux PM的主要功能，是节省功耗，但同时，会付出一定的性能代价，例如延迟（latency）增加、吞吐量（throughput）下降。而PMQoS 便解决这个问题的一种技术。

Work flow

kernel将“系统各个实体对QoS的期望”抽象为一个一个的constraint，围绕这些constraint，可以将系统的实体分为三类：client、pm qosframework和service。示意图如下：

Client提出对QoS的constraint。常见的client包括应用进程、GPUdevice、netdevice、flashdevice等，它们基于自身的实际特性，需要系统的QoS满足一定的条件，才能正常工作。

PM QoS core负责汇整、整理这些constraint，并根据实际情况，计算出它们的极值（最大或者最小）。

QOS service在需要的时候从PMQoS core处获取constraint的极值，并确保自身的行为，可以满足这些constraints。如cpuidle，runtime pm，pm domain等。

PM QoS framework将constraint分为2类，每一类包括若干个constraint，具体如下。

1）系统级的constraint，包括cpu&dmalatency、networklatency、networkthroughput和memorybandwidth 4个constraint。

2）设备级别的constraint，包括从低功耗状态resume的latency、active状态的latency和一些QoS flag（如是否允许poweroff）。

Performance Issues of DVFS

为了节省功耗，所有的设备都工作在DVFS模式下，即所有的设备都不是工作在最高clock下，只有在需要时其clock才工作在较高的频率从而满足App的性能要求。而DVFS主要有下面的perfissue.

Issue 1: 调整频率太慢而导致性能问题。

Issue 2: 在有大量资源需求的时候，不能及时Bursts

Issue 3: 不对称的依赖关系

• DMA 的 latency/throughput 的性能好坏完全由CPU的频率确定。
• 而DMA却不能对CPU load 有任何贡献。

Solution

这里有两种可能的solution.

• 在DVFS devices（GPU,MDP,USB等）中处理PM QoS 需求（现在的处理方式）
• 在DVFS framework中处理PM QoS而不是在DVFS devices中处理。

QoS on DVFS Devices

下面是典型的QoS应用，在其应用或driver中我们增加QoS request。

Issue1 “Touchscreen Event” CPU 提频到1GHz

• User touch event àQoS request “at least 1000 MIPs”

àCPUfreq runs CPU at 1GHz

Issue 2 “Video Decoding” QoS request DMA 吞吐量2.4GB，提高其DDR clock，CPU 提频到500MHz。

• Video decoder gets a 1080p60Hz

àQoS request “DMA throughput of 2.4GB/s”

àCPUfreq runs CPU at 500MHz

No PM QoS request 示意图

PM QoS DVFS 示意图

Work flow