Solaris系统在哪些X86平台上支持变频技术

aubrey

                                这里说到的X86平台上的变频技术是指Enhanced Intel SpeedStep Technology(EIST)，在现在的很多笔记本的BIOS里面可以找到SpeedStep或者EIST的选项，这就是SpeedStep。SpeedStep是Intel在CPU上加入的一种节能技术，通过降低CPU的频率来达到降低CPU的功耗的。这种技术在ACPI的规范里面被定义为P-state, 即Processor Performance State, 当系统在运行中，操作系统的电源管理模块(OSPM)应当根据系统的负载来调节CPU的频率，也就是说，当系统很忙的时候，OSPM应该让CPU工作在最高的频率上来达到最好的性能；而当系统空闲的时候，OSPM应该让CPU工作在最低的频率上来节省更多的能源。
到底SpeedStep能节省多少能源呢，下面是我的一台笔记本上的数据:
Frequency
Power
2400MHz
35W
1600Mhz
15W
800Mhz
12W
这里，2400Mhz是CPU的marked frequency，也就是默认的频率；而800Mhz是支持了SpeedStep后，CPU可以达到的最低频率，可以看出，SpeedStep技术让CPU在空闲的时候节省(35-12)=23W的电能。当然，不同的平台这些数据完全不同。
Intel的CPU早在PentiumⅢ的时候就加入了对SpeedStep技术的支持。但是，硬件的支持，不代表我们的系统就可以享受这一节能特性，这显然和操作系统是否支持有关。
这里只说OpenSolaris(本人对Solaris 10不感兴趣)，大概在2007年7月份的时候，OpenSolaris在Build70里面加入了对SpeedStep技术的支持，也就是从那以后的版本都有SpeedStep技术的支持。但是这一支持是有平台的局限性的，确切的说，是对支持的CPU有局限性。需要解释一下，也就是我常被问到的问题，为什么windows和Linux上支持SpeedStep，但是Solaris上不支持呢？为什么CPU支持SpeedStep但是Solaris操作系统不支持呢？
让我们来看看频率的变化给Solaris的内核带来了怎样的影响。
首先，看过Solaris内核源码的应该知道，Solaris喜欢给事件打上时间戳，即调用gethrtime()函数来记住当前状态的时间，或者drv_usecwait的实现来等待一段时间，这个函数也依赖于gethrtime()。
在X86上，gethrtime就是读CPU里面的一个counter，然后转换为纳秒为单位来提供给用户。问题就出在了这个counter身上。这个计数器在Intel的CPU上称为Time-Stamp Counter(TSC)，是一个64位的计数器，每一个处理器内部的时钟cycle，这个计数器就会加一。如果是1Ghz的处理器，这个counter每加1次就代表1纳秒过去了，那么如果是2Ghz的处理器，这个counter需要加2才是1纳秒。而counter加多少算1纳秒的校准机制是在系统启动的时候决定的。在运行的过程中每次校准非常昂贵而且也不符合实际。
可以看出，SpeedStep肯定是会改变频率的，那么处理器内部频率的变化会不会影响TSC呢？如果影响了，那么gethrtime()提供的纳秒级的时间戳就变得不准确，从而有可能给Solaris内核带来灾难性的后果；如果不影响，那么Solaris对SpeedStep的支持就毫无问题。
答案是部分CPU上的SpeedStep会影响TSC:

• Varietal TSC, TSC基于当前的处理器时钟，也就是如果处理器因为SpeedStep变慢了，那么TSC的数值代表的时间也随之加长了。Pentium M处理器 (family [06H], models [09H, 0DH]); Pentium 4以及志强处理器中(family [0FH], models [00H, 01H, or 02H]);和P6家族的处理器，TSC增加的频率都是会随着处理器的时钟变化而变化的
• Invarient TSC, TSC基于Marked frequency, 也就是默认的处理器时钟。在Pentium 4和志强处理器(family [0FH], models [03H and higher]); Core Solo and Core Duo处理器 (family [06H], model[0EH]); 志强处理器5100系列和Core 2 Duo处理器(family [06H], model [0FH])，TSC都不会随着SpeedStep的频率变化而变化。

所以，我们Solaris上SpeedStep的驱动里面也有这样的判断：
        /*
         * We only support family/model combinations which
         * are P-state TSC invariant.
         */
        if (!((family == 0xf && model >= 0x3) ||
            (family == 0x6 && model >= 0xe))) {
                return (B_FALSE);
        }
也就是说，只有CPU的family和model型号不符合上面这个判断，Solaris才支持SpeedStep技术。
下面是几个FAQ:
1) Q:怎样确定Solaris是否支持SpeedStep技术？
   A:答案如下
[aubrey-lab@~]kstat | grep supported_frequencies_Hz
        supported_frequencies_Hz        2000000000:2333000000:2667000000
        supported_frequencies_Hz        2000000000:2333000000:2667000000
        supported_frequencies_Hz        2000000000:2333000000:2667000000
        supported_frequencies_Hz        2000000000:2333000000:26670000002) Q:我的系统支持了SpeedStep，如何知道CPU当前是运行在那个频率上呢？
   A:答案如下
[aubrey-lab@~]kstat | grep current_clock_Hz
        current_clock_Hz                2667000000
        current_clock_Hz                2667000000
        current_clock_Hz                2667000000
        current_clock_Hz                2667000000
3) Q:我的系统支持了SpeedStep，但是为什么即使是在空闲的时候，当前的处理器频率还是工作在最高的频率上呢：
   A:这是因为CPU的电源管理模块在系统默认的配置下没有打开，在fix了很多bug以后，这一配置终于在Build94里面默认被打开，如果运行的是B94以前的版本，需要做如下配置

• 在系统文件"/etc/power.conf"里面加入或者修改如下内容

cpupm            enable
cpu-threshold    15s

• 修改完后，在超级用户下运行，"/usr/sbin/pmconfig"，这个命令通知内核读取

"/etc/power.conf"里面的配置来更新操作系统的电源管理模块。4) Q: 我的系统不支持SpeedStep, kstat的supported_frequencies_Hz只有一个频率，为什么？
   A: 首先检查CPU型号
[aubrey-lab@~]kstat | grep family | grep model
        implementation                  x86 (chipid 0x0 GenuineIntel 6F4 family 6 model 15 step 4 clock 2667 MHz)
        implementation                  x86 (chipid 0x3 GenuineIntel 6F4 family 6 model 15 step 4 clock 2667 MHz)
        implementation                  x86 (chipid 0x0 GenuineIntel 6F4 family 6 model 15 step 4 clock 2667 MHz)
        implementation                  x86 (chipid 0x3 GenuineIntel 6F4 family 6 model 15 step 4 clock 2667 MHz)      如果型号不支持，那就没辙；
      如果型号支持，那么就去看看BIOS里面的SpeedStep或者EIST选项是否没有打开。
      如果BIOS里面没有这些选项，那可能需要升级BIOS，注意，有风险，郑行！！
      如果BIOS里面有这些选项，而且是enable的，那么就给我们报bug吧, 我们的网址是：
http://www.opensolaris.org/os/project/tesla/
最后需要说明的是，Intel以后的CPU都支持Invarient TSC，所以Solaris对今后的Intel平台的SpeedStep支持都没有问题；Solaris要想支持以前的平台，需要decouple内核以及驱动里面对TSC的依赖，这是个不小的工程，我们目前没有计划做这件事情。
               
               
               
               

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