Documentation/cpu-freq/governors.txt

   1      CPU frequency and voltage scaling code in the Linux(TM) kernel
   2
   3
   4                          L i n u x    C P U F r e q
   5
   6                       C P U F r e q   G o v e r n o r s
   7
   8                    - information for users and developers -
   9
  10
  11                     Dominik Brodowski  <linux@brodo.de>
  12             some additions and corrections by Nico Golde <nico@ngolde.de>
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  16    Clock scaling allows you to change the clock speed of the CPUs on the
  17     fly. This is a nice method to save battery power, because the lower
  18             the clock speed, the less power the CPU consumes.
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  20
  21 Contents:
  22 ---------
  23 1.   What is a CPUFreq Governor?
  24
  25 2.   Governors In the Linux Kernel
  26 2.1  Performance
  27 2.2  Powersave
  28 2.3  Userspace
  29 2.4  Ondemand
  30 2.5  Conservative
  31
  32 3.   The Governor Interface in the CPUfreq Core
  33
  34
  35
  36 1. What Is A CPUFreq Governor?
  37 ==============================
  38
  39 Most cpufreq drivers (in fact, all except one, longrun) or even most
  40 cpu frequency scaling algorithms only offer the CPU to be set to one
  41 frequency. In order to offer dynamic frequency scaling, the cpufreq
  42 core must be able to tell these drivers of a "target frequency". So
  43 these specific drivers will be transformed to offer a "->target"
  44 call instead of the existing "->setpolicy" call. For "longrun", all
  45 stays the same, though.
  46
  47 How to decide what frequency within the CPUfreq policy should be used?
  48 That's done using "cpufreq governors". Two are already in this patch
  49 -- they're the already existing "powersave" and "performance" which
  50 set the frequency statically to the lowest or highest frequency,
  51 respectively. At least two more such governors will be ready for
  52 addition in the near future, but likely many more as there are various
  53 different theories and models about dynamic frequency scaling
  54 around. Using such a generic interface as cpufreq offers to scaling
  55 governors, these can be tested extensively, and the best one can be
  56 selected for each specific use.
  57
  58 Basically, it's the following flow graph:
  59
  60 CPU can be set to switch independetly    |         CPU can only be set
  61       within specific "limits"           |       to specific frequencies
  62
  63                                  "CPUfreq policy"
  64                 consists of frequency limits (policy->{min,max})
  65                      and CPUfreq governor to be used
  66                          /                    \
  67                         /                      \
  68                        /                       the cpufreq governor decides
  69                       /                        (dynamically or statically)
  70                      /                         what target_freq to set within
  71                     /                          the limits of policy->{min,max}
  72                    /                                \
  73                   /                                  \
  74         Using the ->setpolicy call,              Using the ->target call,
  75             the limits and the                    the frequency closest
  76              "policy" is set.                     to target_freq is set.
  77                                                   It is assured that it
  78                                                   is within policy->{min,max}
  79
  80
  81 2. Governors In the Linux Kernel
  82 ================================
  83
  84 2.1 Performance
  85 ---------------
  86
  87 The CPUfreq governor "performance" sets the CPU statically to the
  88 highest frequency within the borders of scaling_min_freq and
  89 scaling_max_freq.
  90
  91
  92 2.2 Powersave
  93 -------------
  94
  95 The CPUfreq governor "powersave" sets the CPU statically to the
  96 lowest frequency within the borders of scaling_min_freq and
  97 scaling_max_freq.
  98
  99
 100 2.3 Userspace
 101 -------------
 102
 103 The CPUfreq governor "userspace" allows the user, or any userspace
 104 program running with UID "root", to set the CPU to a specific frequency
 105 by making a sysfs file "scaling_setspeed" available in the CPU-device
 106 directory.
 107
 108
 109 2.4 Ondemand
 110 ------------
 111
 112 The CPUfreq govenor "ondemand" sets the CPU depending on the
 113 current usage. To do this the CPU must have the capability to
 114 switch the frequency very quickly.  There are a number of sysfs file
 115 accessible parameters:
 116
 117 sampling_rate: measured in uS (10^-6 seconds), this is how often you
 118 want the kernel to look at the CPU usage and to make decisions on
 119 what to do about the frequency.  Typically this is set to values of
 120 around '10000' or more.
 121
 122 show_sampling_rate_(min|max): the minimum and maximum sampling rates
 123 available that you may set 'sampling_rate' to.
 124
 125 up_threshold: defines what the average CPU usaged between the samplings
 126 of 'sampling_rate' needs to be for the kernel to make a decision on
 127 whether it should increase the frequency.  For example when it is set
 128 to its default value of '80' it means that between the checking
 129 intervals the CPU needs to be on average more than 80% in use to then
 130 decide that the CPU frequency needs to be increased.
 131
 132 sampling_down_factor: this parameter controls the rate that the CPU
 133 makes a decision on when to decrease the frequency.  When set to its
 134 default value of '5' it means that at 1/5 the sampling_rate the kernel
 135 makes a decision to lower the frequency.  Five "lower rate" decisions
 136 have to be made in a row before the CPU frequency is actually lower.
 137 If set to '1' then the frequency decreases as quickly as it increases,
 138 if set to '2' it decreases at half the rate of the increase.
 139
 140 ignore_nice_load: this parameter takes a value of '0' or '1', when set
 141 to '0' (its default) then all processes are counted towards towards the
 142 'cpu utilisation' value.   When set to '1' then processes that are
 143 run with a 'nice' value will not count (and thus be ignored) in the
 144 overal usage calculation.  This is useful if you are running a CPU
 145 intensive calculation on your laptop that you do not care how long it
 146 takes to complete as you can 'nice' it and prevent it from taking part
 147 in the deciding process of whether to increase your CPU frequency.
 148
 149
 150 2.5 Conservative
 151 ----------------
 152
 153 The CPUfreq governor "conservative", much like the "ondemand"
 154 governor, sets the CPU depending on the current usage.  It differs in
 155 behaviour in that it gracefully increases and decreases the CPU speed
 156 rather than jumping to max speed the moment there is any load on the
 157 CPU.  This behaviour more suitable in a battery powered environment.
 158 The governor is tweaked in the same manner as the "ondemand" governor
 159 through sysfs with the addition of:
 160
 161 freq_step: this describes what percentage steps the cpu freq should be
 162 increased and decreased smoothly by.  By default the cpu frequency will
 163 increase in 5% chunks of your maximum cpu frequency.  You can change this
 164 value to anywhere between 0 and 100 where '0' will effectively lock your
 165 CPU at a speed regardless of its load whilst '100' will, in theory, make
 166 it behave identically to the "ondemand" governor.
 167
 168 down_threshold: same as the 'up_threshold' found for the "ondemand"
 169 governor but for the opposite direction.  For example when set to its
 170 default value of '20' it means that if the CPU usage needs to be below
 171 20% between samples to have the frequency decreased.
 172
 173 3. The Governor Interface in the CPUfreq Core
 174 =============================================
 175
 176 A new governor must register itself with the CPUfreq core using
 177 "cpufreq_register_governor". The struct cpufreq_governor, which has to
 178 be passed to that function, must contain the following values:
 179
 180 governor->name -            A unique name for this governor
 181 governor->governor -        The governor callback function
 182 governor->owner -           .THIS_MODULE for the governor module (if
 183                             appropriate)
 184
 185 The governor->governor callback is called with the current (or to-be-set)
 186 cpufreq_policy struct for that CPU, and an unsigned int event. The
 187 following events are currently defined:
 188
 189 CPUFREQ_GOV_START:   This governor shall start its duty for the CPU
 190                      policy->cpu
 191 CPUFREQ_GOV_STOP:    This governor shall end its duty for the CPU
 192                      policy->cpu
 193 CPUFREQ_GOV_LIMITS:  The limits for CPU policy->cpu have changed to
 194                      policy->min and policy->max.
 195
 196 If you need other "events" externally of your driver, _only_ use the
 197 cpufreq_governor_l(unsigned int cpu, unsigned int event) call to the
 198 CPUfreq core to ensure proper locking.
 199
 200
 201 The CPUfreq governor may call the CPU processor driver using one of
 202 these two functions:
 203
 204 int cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 205                                  unsigned int target_freq,
 206                                  unsigned int relation);
 207
 208 int __cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 209                                    unsigned int target_freq,
 210                                    unsigned int relation);
 211
 212 target_freq must be within policy->min and policy->max, of course.
 213 What's the difference between these two functions? When your governor
 214 still is in a direct code path of a call to governor->governor, the
 215 per-CPU cpufreq lock is still held in the cpufreq core, and there's
 216 no need to lock it again (in fact, this would cause a deadlock). So
 217 use __cpufreq_driver_target only in these cases. In all other cases
 218 (for example, when there's a "daemonized" function that wakes up
 219 every second), use cpufreq_driver_target to lock the cpufreq per-CPU
 220 lock before the command is passed to the cpufreq processor driver.
 221