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>
  13
  14
  15
  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.
  19
  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 2.6  Interactive
  32
  33 3.   The Governor Interface in the CPUfreq Core
  34
  35
  36
  37 1. What Is A CPUFreq Governor?
  38 ==============================
  39
  40 Most cpufreq drivers (in fact, all except one, longrun) or even most
  41 cpu frequency scaling algorithms only offer the CPU to be set to one
  42 frequency. In order to offer dynamic frequency scaling, the cpufreq
  43 core must be able to tell these drivers of a "target frequency". So
  44 these specific drivers will be transformed to offer a "->target"
  45 call instead of the existing "->setpolicy" call. For "longrun", all
  46 stays the same, though.
  47
  48 How to decide what frequency within the CPUfreq policy should be used?
  49 That's done using "cpufreq governors". Two are already in this patch
  50 -- they're the already existing "powersave" and "performance" which
  51 set the frequency statically to the lowest or highest frequency,
  52 respectively. At least two more such governors will be ready for
  53 addition in the near future, but likely many more as there are various
  54 different theories and models about dynamic frequency scaling
  55 around. Using such a generic interface as cpufreq offers to scaling
  56 governors, these can be tested extensively, and the best one can be
  57 selected for each specific use.
  58
  59 Basically, it's the following flow graph:
  60
  61 CPU can be set to switch independently   |         CPU can only be set
  62       within specific "limits"           |       to specific frequencies
  63
  64                                  "CPUfreq policy"
  65                 consists of frequency limits (policy->{min,max})
  66                      and CPUfreq governor to be used
  67                          /                    \
  68                         /                      \
  69                        /                       the cpufreq governor decides
  70                       /                        (dynamically or statically)
  71                      /                         what target_freq to set within
  72                     /                          the limits of policy->{min,max}
  73                    /                                \
  74                   /                                  \
  75         Using the ->setpolicy call,              Using the ->target call,
  76             the limits and the                    the frequency closest
  77              "policy" is set.                     to target_freq is set.
  78                                                   It is assured that it
  79                                                   is within policy->{min,max}
  80
  81
  82 2. Governors In the Linux Kernel
  83 ================================
  84
  85 2.1 Performance
  86 ---------------
  87
  88 The CPUfreq governor "performance" sets the CPU statically to the
  89 highest frequency within the borders of scaling_min_freq and
  90 scaling_max_freq.
  91
  92
  93 2.2 Powersave
  94 -------------
  95
  96 The CPUfreq governor "powersave" sets the CPU statically to the
  97 lowest frequency within the borders of scaling_min_freq and
  98 scaling_max_freq.
  99
 100
 101 2.3 Userspace
 102 -------------
 103
 104 The CPUfreq governor "userspace" allows the user, or any userspace
 105 program running with UID "root", to set the CPU to a specific frequency
 106 by making a sysfs file "scaling_setspeed" available in the CPU-device
 107 directory.
 108
 109
 110 2.4 Ondemand
 111 ------------
 112
 113 The CPUfreq governor "ondemand" sets the CPU depending on the
 114 current usage. To do this the CPU must have the capability to
 115 switch the frequency very quickly.  There are a number of sysfs file
 116 accessible parameters:
 117
 118 sampling_rate: measured in uS (10^-6 seconds), this is how often you
 119 want the kernel to look at the CPU usage and to make decisions on
 120 what to do about the frequency.  Typically this is set to values of
 121 around '10000' or more. It's default value is (cmp. with users-guide.txt):
 122 transition_latency * 1000
 123 Be aware that transition latency is in ns and sampling_rate is in us, so you
 124 get the same sysfs value by default.
 125 Sampling rate should always get adjusted considering the transition latency
 126 To set the sampling rate 750 times as high as the transition latency
 127 in the bash (as said, 1000 is default), do:
 128 echo `$(($(cat cpuinfo_transition_latency) * 750 / 1000)) \
 129     >ondemand/sampling_rate
 130
 131 show_sampling_rate_min:
 132 The sampling rate is limited by the HW transition latency:
 133 transition_latency * 100
 134 Or by kernel restrictions:
 135 If CONFIG_NO_HZ is set, the limit is 10ms fixed.
 136 If CONFIG_NO_HZ is not set or no_hz=off boot parameter is used, the
 137 limits depend on the CONFIG_HZ option:
 138 HZ=1000: min=20000us  (20ms)
 139 HZ=250:  min=80000us  (80ms)
 140 HZ=100:  min=200000us (200ms)
 141 The highest value of kernel and HW latency restrictions is shown and
 142 used as the minimum sampling rate.
 143
 144 show_sampling_rate_max: THIS INTERFACE IS DEPRECATED, DON'T USE IT.
 145
 146 up_threshold: defines what the average CPU usage between the samplings
 147 of 'sampling_rate' needs to be for the kernel to make a decision on
 148 whether it should increase the frequency.  For example when it is set
 149 to its default value of '95' it means that between the checking
 150 intervals the CPU needs to be on average more than 95% in use to then
 151 decide that the CPU frequency needs to be increased.
 152
 153 ignore_nice_load: this parameter takes a value of '0' or '1'. When
 154 set to '0' (its default), all processes are counted towards the
 155 'cpu utilisation' value.  When set to '1', the processes that are
 156 run with a 'nice' value will not count (and thus be ignored) in the
 157 overall usage calculation.  This is useful if you are running a CPU
 158 intensive calculation on your laptop that you do not care how long it
 159 takes to complete as you can 'nice' it and prevent it from taking part
 160 in the deciding process of whether to increase your CPU frequency.
 161
 162 sampling_down_factor: this parameter controls the rate at which the
 163 kernel makes a decision on when to decrease the frequency while running
 164 at top speed. When set to 1 (the default) decisions to reevaluate load
 165 are made at the same interval regardless of current clock speed. But
 166 when set to greater than 1 (e.g. 100) it acts as a multiplier for the
 167 scheduling interval for reevaluating load when the CPU is at its top
 168 speed due to high load. This improves performance by reducing the overhead
 169 of load evaluation and helping the CPU stay at its top speed when truly
 170 busy, rather than shifting back and forth in speed. This tunable has no
 171 effect on behavior at lower speeds/lower CPU loads.
 172
 173
 174 2.5 Conservative
 175 ----------------
 176
 177 The CPUfreq governor "conservative", much like the "ondemand"
 178 governor, sets the CPU depending on the current usage.  It differs in
 179 behaviour in that it gracefully increases and decreases the CPU speed
 180 rather than jumping to max speed the moment there is any load on the
 181 CPU.  This behaviour more suitable in a battery powered environment.
 182 The governor is tweaked in the same manner as the "ondemand" governor
 183 through sysfs with the addition of:
 184
 185 freq_step: this describes what percentage steps the cpu freq should be
 186 increased and decreased smoothly by.  By default the cpu frequency will
 187 increase in 5% chunks of your maximum cpu frequency.  You can change this
 188 value to anywhere between 0 and 100 where '0' will effectively lock your
 189 CPU at a speed regardless of its load whilst '100' will, in theory, make
 190 it behave identically to the "ondemand" governor.
 191
 192 down_threshold: same as the 'up_threshold' found for the "ondemand"
 193 governor but for the opposite direction.  For example when set to its
 194 default value of '20' it means that if the CPU usage needs to be below
 195 20% between samples to have the frequency decreased.
 196
 197
 198 2.6 Interactive
 199 ---------------
 200
 201 The CPUfreq governor "interactive" is designed for latency-sensitive,
 202 interactive workloads. This governor sets the CPU speed depending on
 203 usage, similar to "ondemand" and "conservative" governors.  However,
 204 the governor is more aggressive about scaling the CPU speed up in
 205 response to CPU-intensive activity.
 206
 207 Sampling the CPU load every X ms can lead to under-powering the CPU
 208 for X ms, leading to dropped frames, stuttering UI, etc.  Instead of
 209 sampling the cpu at a specified rate, the interactive governor will
 210 check whether to scale the cpu frequency up soon after coming out of
 211 idle.  When the cpu comes out of idle, a timer is configured to fire
 212 within 1-2 ticks.  If the cpu is very busy between exiting idle and
 213 when the timer fires then we assume the cpu is underpowered and ramp
 214 to MAX speed.
 215
 216 If the cpu was not sufficiently busy to immediately ramp to MAX speed,
 217 then governor evaluates the cpu load since the last speed adjustment,
 218 choosing the highest value between that longer-term load or the
 219 short-term load since idle exit to determine the cpu speed to ramp to.
 220
 221 The tuneable values for this governor are:
 222
 223 min_sample_time: The minimum amount of time to spend at the current
 224 frequency before ramping down. This is to ensure that the governor has
 225 seen enough historic cpu load data to determine the appropriate
 226 workload.  Default is 80000 uS.
 227
 228 go_maxspeed_load: The CPU load at which to ramp to max speed.  Default
 229 is 85.
 230
 231 timer_rate: Sample rate for reevaluating cpu load when the system is
 232 not idle.  Default is 30000 uS.
 233
 234 2.7 Hotplug
 235 -----------
 236
 237 The CPUfreq governor "hotplug" operates similary to "ondemand" and
 238 "conservative".  It's decisions are based primarily on CPU load.  Like
 239 "ondemand" the "hotplug" governor will ramp up to the highest frequency
 240 once the run-time tunable "up_threshold" parameter is crossed.  Like
 241 "conservative", the "hotplug" governor exports a "down_threshold"
 242 parameter that is also tunable at run-time.  When the "down_threshold"
 243 is crossed the CPU transitions to the next lowest frequency in the
 244 CPUfreq frequency table instead of decrementing the frequency based on a
 245 percentage of maximum load.
 246
 247 The main reason "hotplug" governor exists is for architectures requiring
 248 that only the master CPU be online in order to hit low-power states
 249 (C-states).  OMAP4 is one such example of this.  The "hotplug" governor
 250 is also helpful in reducing thermal output in devices with tight thermal
 251 constraints.
 252
 253 Auxillary CPUs are onlined/offline based on CPU load, but the decision
 254 to do so is made after averaging several sampling windows.  This is to
 255 reduce CPU hotplug "thrashing", which can be caused by normal system
 256 entropy and leads to lots of spurious plug-in and plug-out transitions.
 257 The number of sampling periods averaged together is tunable via the
 258 "hotplug_in_sampling_periods" and "hotplug_out_sampling_periods"
 259 run-time tunable parameters.
 260
 261 3. The Governor Interface in the CPUfreq Core
 262 =============================================
 263
 264 A new governor must register itself with the CPUfreq core using
 265 "cpufreq_register_governor". The struct cpufreq_governor, which has to
 266 be passed to that function, must contain the following values:
 267
 268 governor->name -            A unique name for this governor
 269 governor->governor -        The governor callback function
 270 governor->owner -           .THIS_MODULE for the governor module (if
 271                             appropriate)
 272
 273 The governor->governor callback is called with the current (or to-be-set)
 274 cpufreq_policy struct for that CPU, and an unsigned int event. The
 275 following events are currently defined:
 276
 277 CPUFREQ_GOV_START:   This governor shall start its duty for the CPU
 278                      policy->cpu
 279 CPUFREQ_GOV_STOP:    This governor shall end its duty for the CPU
 280                      policy->cpu
 281 CPUFREQ_GOV_LIMITS:  The limits for CPU policy->cpu have changed to
 282                      policy->min and policy->max.
 283
 284 If you need other "events" externally of your driver, _only_ use the
 285 cpufreq_governor_l(unsigned int cpu, unsigned int event) call to the
 286 CPUfreq core to ensure proper locking.
 287
 288
 289 The CPUfreq governor may call the CPU processor driver using one of
 290 these two functions:
 291
 292 int cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 293                                  unsigned int target_freq,
 294                                  unsigned int relation);
 295
 296 int __cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 297                                    unsigned int target_freq,
 298                                    unsigned int relation);
 299
 300 target_freq must be within policy->min and policy->max, of course.
 301 What's the difference between these two functions? When your governor
 302 still is in a direct code path of a call to governor->governor, the
 303 per-CPU cpufreq lock is still held in the cpufreq core, and there's
 304 no need to lock it again (in fact, this would cause a deadlock). So
 305 use __cpufreq_driver_target only in these cases. In all other cases
 306 (for example, when there's a "daemonized" function that wakes up
 307 every second), use cpufreq_driver_target to lock the cpufreq per-CPU
 308 lock before the command is passed to the cpufreq processor driver.
 309