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1. 前言

Linux内核提供了三种Suspend: Freeze、Standby和STR(Suspend to RAM)，在用户空间向”/sys/power/state”文件分别写入”freeze”、”standby”和”mem”，即可触发它们。 内核中，Suspend及Resume过程涉及到PM Core、Device PM、各个设备的驱动、Platform dependent PM、CPU control等多个模块，涉及了console switch、process freeze、CPU hotplug、wakeup处理等过个知识点。就让我们跟着内核代码，一一见识它们吧。

2. Suspend功能有关的代码分布

内核中Suspend功能有关的代码包括PM core、Device PM、Platform PM等几大块，具体如下： 1）PM Core

kernel/power/main.c----提供用户空间接口(/sys/power/state) kernel/power/suspend.c----Suspend功能的主逻辑 kernel/power/suspend_test.c----Suspend功能的测试逻辑 kernel/power/console.c----Suspend过程中对控制台的处理逻辑 kernel/power/process.c----Suspend过程中对进程的处理逻辑

2）Device PM

drivers/base/power/*----具体可参考“Linux电源管理(4)_Power Management Interface”的描述。 设备驱动----具体设备驱动的位置，不再涉及。

3）Platform dependent PM

include/linux/suspend.h----定义platform dependent PM有关的操作函数集 arch/xxx/mach-xxx/xxx.c或者 arch/xxx/plat-xxx/xxx.c----平台相关的电源管理操作

3. suspend&resume过程概述

下面图片对Linux suspend&resume过程做了一个概述，读者可以顺着这个流程阅读内核源代码。具体的说明，可以参考后面的代码分析。

4. 代码分析

4.1 suspend入口

在用户空间执行如下操作：

echo "freeze" > /sys/power/state echo "standby" > /sys/power/state echo "mem" > /sys/power/state

会通过sysfs触发suspend的执行，相应的处理代码如下：

1. staticssize_t state_store(struct kobject *kobj,struct kobj_attribute *attr,
2. constchar*buf,size_t n)
3. {
4. suspend_state_t state;
5. int error;
6.  
7. error = pm_autosleep_lock();
8. if(error)
9. return error;
10.  
11. if(pm_autosleep_state()> PM_SUSPEND_ON){
12. error =-EBUSY;
13. goto out;
14. }
15.  
16. state = decode_state(buf, n);
17. if(state < PM_SUSPEND_MAX)
18. error = pm_suspend(state);
19. elseif(state == PM_SUSPEND_MAX)
20. error = hibernate();
21. else
22. error =-EINVAL;
23.  
24. out:
25. pm_autosleep_unlock();
26. return error ? error : n;
27. }
28.  
29. power_attr(state);

power_attr定义了一个名称为state的attribute文件，该文件的store接口为state_store，该接口在lock住autosleep功能后，解析用户传入的buffer（freeze、standby or mem），转换成state参数。 state参数的类型为suspend_state_t，在includelinuxsuspend.h中定义，为电源管理状态在内核中的表示。具体如下：

1. typedefint __bitwise suspend_state_t;
2.  
3. #define PM_SUSPEND_ON ((__force suspend_state_t)0)
4. #define PM_SUSPEND_FREEZE ((__force suspend_state_t)1)
5. #define PM_SUSPEND_STANDBY ((__force suspend_state_t)2)
6. #define PM_SUSPEND_MEM ((__force suspend_state_t)3)
7. #define PM_SUSPEND_MIN PM_SUSPEND_FREEZE
8. #define PM_SUSPEND_MAX ((__force suspend_state_t)4)

根据state的值，如果不是（PM_SUSPEND_MAX，对应hibernate功能），则调用pm_suspend接口，进行后续的处理。  pm_suspend在kernel/power/suspend.c定义，处理所有的suspend过程。  

4.2 pm_suspend & enter_state

pm_suspend的实现非常简单，简单的做一下参数合法性判断，直接调用enter_state接口，如下：

1. int pm_suspend(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4.  
5. if(state <= PM_SUSPEND_ON || state >= PM_SUSPEND_MAX)
6. return-EINVAL;
7.  
8. error = enter_state(state);
9. if(error){
10. suspend_stats.fail++;
11. dpm_save_failed_errno(error);
12. }else{
13. suspend_stats.success++;
14. }
15. return error;
16. }

enter_state代码为：

1. staticint enter_state(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4.  
5. if(!valid_state(state))
6. return-ENODEV;
7.  
8. if(!mutex_trylock(&pm_mutex))
9. return-EBUSY;
10.  
11. if(state == PM_SUSPEND_FREEZE)
12. freeze_begin();
13.  
14. printk(KERN_INFO "PM: Syncing filesystems ... ");
15. sys_sync();
16. printk("done. ");
17.  
18. pr_debug("PM: Preparing system for %s sleep ", pm_states[state]);
19. error = suspend_prepare(state);
20. if(error)
21. gotoUnlock;
22.  
23. if(suspend_test(TEST_FREEZER))
24. gotoFinish;
25.  
26. pr_debug("PM: Entering %s sleep ", pm_states[state]);
27. pm_restrict_gfp_mask();
28. error = suspend_devices_and_enter(state);
29. pm_restore_gfp_mask();
30.  
31. Finish:
32. pr_debug("PM: Finishing wakeup. ");
33. suspend_finish();
34. Unlock:
35. mutex_unlock(&pm_mutex);
36. return error;
37. }

主要工作包括： a）调用valid_state，判断该平台是否支持该电源状态。 suspend的最终目的，是让系统进入可恢复的挂起状态，而该功能必须有平台相关代码的参与才能完成，因此内核PM Core就提供了一系列的回调函数（封装在platform_suspend_ops中），让平台代码（如arch/arm/mach-xxx/pm.c）实现，然后由PM Core在合适的时机调用。这些回调函数包含一个valid函数，就是用来告知PM Core，支持哪些state。 最后看一下valid_state的实现（删除了无关代码）：

1. bool valid_state(suspend_state_t state)
2. {
3. if(state == PM_SUSPEND_FREEZE){
4. returntrue;
5. }
6. /*
7. * PM_SUSPEND_STANDBY and PM_SUSPEND_MEMORY states need lowlevel
8. * support and need to be valid to the lowlevel
9. * implementation, no valid callback implies that none are valid.
10. */
11. return suspend_ops && suspend_ops->valid && suspend_ops->valid(state);
12. }

如果是freeze，无需平台代码参与即可支持，直接返回true。对于standby和mem，则需要调用suspend_ops的valid回掉，由底层平台代码判断是否支持。  b）加互斥锁，只允许一个实例处理suspend。 c）如果state是freeze，调用freeze_begin，进行suspend to freeze相关的特殊动作。我会在后面统一分析freeze的特殊动作，这里暂不描述。 d）打印提示信息，同步文件系统。 e）调用suspend_prepare，进行suspend前的准备，主要包括switch console和process&thread freezing。如果失败，则终止suspend过程。 f）然后，调用suspend_devices_and_enter接口，该接口负责suspend和resume的所有实际动作。前半部分，suspend console、suspend device、关中断、调用平台相关的suspend_ops使系统进入低功耗状态。后半部分，在系统被事件唤醒后，处理相关动作，调用平台相关的suspend_ops恢复系统、开中断、resume device、resume console。 g）最后，调用suspend_finish，恢复（或等待恢复）process&thread，还原console。   4.3 suspend_prepare suspend_prepare的代码如下：

1. staticint suspend_prepare(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4.  
5. if(need_suspend_ops(state)&&(!suspend_ops ||!suspend_ops->enter))
6. return-EPERM;
7.  
8. pm_prepare_console();
9.  
10. error = pm_notifier_call_chain(PM_SUSPEND_PREPARE);
11. if(error)
12. gotoFinish;
13.  
14. error = suspend_freeze_processes();
15. if(!error)
16. return0;
17.  
18. suspend_stats.failed_freeze++;
19. dpm_save_failed_step(SUSPEND_FREEZE);
20. Finish:
21. pm_notifier_call_chain(PM_POST_SUSPEND);
22. pm_restore_console();
23. return error;
24. }

主要工作为： a）检查suspend_ops是否提供了.enter回调，没有的话，返回错误。 b）调用pm_prepare_console，将当前console切换到一个虚拟console并重定向内核的kmsg（需要的话）。该功能称作VT switch，后面我会在稍微详细的介绍一下，但Linux控制台子系统是相当复杂的，更具体的分析，要在控制台子系统的分析文章中说明。 c）调用pm_notifier_call_chain，发送suspend开始的消息（PM_SUSPEND_PREPARE），后面会详细描述。 d）调用suspend_freeze_processes，freeze用户空间进程和一些内核线程。该功能称作freezing-of-tasks，我会专门用一篇文章去分析它。本文就不再详细说明了。 e）如果freezing-of-tasks失败，调用pm_restore_console，将console切换回原来的console，并返回错误，以便能终止suspend。   4.4 suspend_devices_and_enter suspend_devices_and_enter的过程较为复杂，代码实现如下：

1. int suspend_devices_and_enter(suspend_state_t state)
2. {
3. int error;
4. bool wakeup =false;
5.  
6. if(need_suspend_ops(state)&&!suspend_ops)
7. return-ENOSYS;
8.  
9. trace_machine_suspend(state);
10. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->begin){
11. error = suspend_ops->begin(state);
12. if(error)
13. gotoClose;
14. }
15. suspend_console();
16. ftrace_stop();
17. suspend_test_start();
18. error = dpm_suspend_start(PMSG_SUSPEND);
19. if(error){
20. printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to suspend ");
21. gotoRecover_platform;
22. }
23. suspend_test_finish("suspend devices");
24. if(suspend_test(TEST_DEVICES))
25. gotoRecover_platform;
26.  
27. do{
28. error = suspend_enter(state,&wakeup);
29. }while(!error &&!wakeup && need_suspend_ops(state)
30. && suspend_ops->suspend_again && suspend_ops->suspend_again());
31.  
32. Resume_devices:
33. suspend_test_start();
34. dpm_resume_end(PMSG_RESUME);
35. suspend_test_finish("resume devices");
36. ftrace_start();
37. resume_console();
38. Close:
39. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->end)
40. suspend_ops->end();
41. trace_machine_suspend(PWR_EVENT_EXIT);
42. return error;
43.  
44. Recover_platform:
45. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->recover)
46. suspend_ops->recover();
47. gotoResume_devices;
48. }

a）再次检查平台代码是否需要提供以及是否提供了suspend_ops。 b）调用suspend_ops的begin回调（有的话），通知平台代码，以便让其作相应的处理（需要的话）。可能失败，需要跳至Close处执行恢复操作（suspend_ops->end）。 c）调用suspend_console，挂起console。该接口由"kernelprintk.c"实现，主要是hold住一个lock，该lock会阻止其它代码访问console。 d）调用ftrace_stop，停止ftrace功能。ftrace是一个很有意思的功能，后面再介绍。 e）调用dpm_suspend_start，调用所有设备的->prepare和->suspend回调函数（具体可参考“Linux电源管理(4)_Power Management Interface”的描述），suspend需要正常suspend的设备。suspend device可能失败，需要跳至 Recover_platform，执行recover操作（suspend_ops->recover）。 f）以上都是suspend前的准备工作，此时，调用suspend_enter接口，使系统进入指定的电源状态。该接口的内容如下：

1. staticint suspend_enter(suspend_state_t state,bool*wakeup)
2. {
3. int error;
4.  
5. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->prepare){
6. error = suspend_ops->prepare();
7. if(error)
8. gotoPlatform_finish;
9. }
10.  
11. error = dpm_suspend_end(PMSG_SUSPEND);
12. if(error){
13. printk(KERN_ERR "PM: Some devices failed to power down ");
14. gotoPlatform_finish;
15. }
16.  
17. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->prepare_late){
18. error = suspend_ops->prepare_late();
19. if(error)
20. gotoPlatform_wake;
21. }
22.  
23. if(suspend_test(TEST_PLATFORM))
24. gotoPlatform_wake;
25.  
26. /*
27. * PM_SUSPEND_FREEZE equals
28. * frozen processes + suspended devices + idle processors.
29. * Thus we should invoke freeze_enter() soon after
30. * all the devices are suspended.
31. */
32. if(state == PM_SUSPEND_FREEZE){
33. freeze_enter();
34. gotoPlatform_wake;
35. }
36.  
37. error = disable_nonboot_cpus();
38. if(error || suspend_test(TEST_CPUS))
39. gotoEnable_cpus;
40.  
41. arch_suspend_disable_irqs();
42. BUG_ON(!irqs_disabled());
43.  
44. error = syscore_suspend();
45. if(!error){
46. *wakeup = pm_wakeup_pending();
47. if(!(suspend_test(TEST_CORE)||*wakeup)){
48. error = suspend_ops->enter(state);
49. events_check_enabled =false;
50. }
51. syscore_resume();
52. }
53.  
54. arch_suspend_enable_irqs();
55. BUG_ON(irqs_disabled());
56.  
57. Enable_cpus:
58. enable_nonboot_cpus();
59.  
60. Platform_wake:
61. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->wake)
62. suspend_ops->wake();
63.  
64. dpm_resume_start(PMSG_RESUME);
65.  
66. Platform_finish:
67. if(need_suspend_ops(state)&& suspend_ops->finish)
68. suspend_ops->finish();
69.  
70. return error;
71. }

        f1）该接口处理完后，会通过返回值告知是否enter成功，同时通过wakeup指针，告知调用者，是否有wakeup事件发生，导致电源状态切换失败。         f2）调用suspend_ops的prepare回调（有的话），通知平台代码，以便让其在即将进行状态切换之时，再做一些处理（需要的话）。该回调可能失败（平台代码出现意外），失败的话，需要跳至Platform_finish处，调用suspend_ops的finish回调，执行恢复操作。         f3）调用dpm_suspend_end，调用所有设备的->suspend_late和->suspend_noirq回调函数（具体可参考“Linux电源管理(4)_Power Management Interface”的描述），suspend late suspend设备和需要在关中断下suspend的设备。需要说明的是，这里的noirq，是通过禁止所有的中断线的形式，而不是通过关全局中断的方式。同样，该操作可能会失败，失败的话，跳至Platform_finish处，执行恢复动作。         f4）调用suspend_ops的prepare_late回调（有的话），通知平台代码，以便让其在最后关头，再做一些处理（需要的话）。该回调可能失败（平台代码出现意外），失败的话，需要跳至Platform_wake处，调用suspend_ops的wake回调，执行device的resume、调用suspend_ops的finish回调，执行恢复操作。         f5）如果是suspend to freeze，执行相应的操作，包括冻结进程、suspended devices（参数为PM_SUSPEND_FREEZE）、cpu进入idle。如果有任何事件使CPU从idle状态退出，跳至Platform_wake处，执行wake操作。         f6）调用disable_nonboot_cpus，禁止所有的非boot cpu。也会失败，执行恢复操作即可。         f7）调用arch_suspend_disable_irqs，关全