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
  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 independently   |         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 governor "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. It's default value is (cmp. with users-guide.txt):
 121 transition_latency * 1000
 122 Be aware that transition latency is in ns and sampling_rate is in us, so you
 123 get the same sysfs value by default.
 124 Sampling rate should always get adjusted considering the transition latency
 125 To set the sampling rate 750 times as high as the transition latency
 126 in the bash (as said, 1000 is default), do:
 127 echo `$(($(cat cpuinfo_transition_latency) * 750 / 1000)) \
 128     >ondemand/sampling_rate
 129
 130 sampling_rate_min:
 131 The sampling rate is limited by the HW transition latency:
 132 transition_latency * 100
 133 Or by kernel restrictions:
 134 If CONFIG_NO_HZ is set, the limit is 10ms fixed.
 135 If CONFIG_NO_HZ is not set or nohz=off boot parameter is used, the
 136 limits depend on the CONFIG_HZ option:
 137 HZ=1000: min=20000us  (20ms)
 138 HZ=250:  min=80000us  (80ms)
 139 HZ=100:  min=200000us (200ms)
 140 The highest value of kernel and HW latency restrictions is shown and
 141 used as the minimum sampling rate.
 142
 143 up_threshold: defines what the average CPU usage between the samplings
 144 of 'sampling_rate' needs to be for the kernel to make a decision on
 145 whether it should increase the frequency.  For example when it is set
 146 to its default value of '95' it means that between the checking
 147 intervals the CPU needs to be on average more than 95% in use to then
 148 decide that the CPU frequency needs to be increased.
 149
 150 ignore_nice_load: this parameter takes a value of '0' or '1'. When
 151 set to '0' (its default), all processes are counted towards the
 152 'cpu utilisation' value.  When set to '1', the processes that are
 153 run with a 'nice' value will not count (and thus be ignored) in the
 154 overall usage calculation.  This is useful if you are running a CPU
 155 intensive calculation on your laptop that you do not care how long it
 156 takes to complete as you can 'nice' it and prevent it from taking part
 157 in the deciding process of whether to increase your CPU frequency.
 158
 159 sampling_down_factor: this parameter controls the rate at which the
 160 kernel makes a decision on when to decrease the frequency while running
 161 at top speed. When set to 1 (the default) decisions to reevaluate load
 162 are made at the same interval regardless of current clock speed. But
 163 when set to greater than 1 (e.g. 100) it acts as a multiplier for the
 164 scheduling interval for reevaluating load when the CPU is at its top
 165 speed due to high load. This improves performance by reducing the overhead
 166 of load evaluation and helping the CPU stay at its top speed when truly
 167 busy, rather than shifting back and forth in speed. This tunable has no
 168 effect on behavior at lower speeds/lower CPU loads.
 169
 170
 171 2.5 Conservative
 172 ----------------
 173
 174 The CPUfreq governor "conservative", much like the "ondemand"
 175 governor, sets the CPU depending on the current usage.  It differs in
 176 behaviour in that it gracefully increases and decreases the CPU speed
 177 rather than jumping to max speed the moment there is any load on the
 178 CPU.  This behaviour more suitable in a battery powered environment.
 179 The governor is tweaked in the same manner as the "ondemand" governor
 180 through sysfs with the addition of:
 181
 182 freq_step: this describes what percentage steps the cpu freq should be
 183 increased and decreased smoothly by.  By default the cpu frequency will
 184 increase in 5% chunks of your maximum cpu frequency.  You can change this
 185 value to anywhere between 0 and 100 where '0' will effectively lock your
 186 CPU at a speed regardless of its load whilst '100' will, in theory, make
 187 it behave identically to the "ondemand" governor.
 188
 189 down_threshold: same as the 'up_threshold' found for the "ondemand"
 190 governor but for the opposite direction.  For example when set to its
 191 default value of '20' it means that if the CPU usage needs to be below
 192 20% between samples to have the frequency decreased.
 193
 194 3. The Governor Interface in the CPUfreq Core
 195 =============================================
 196
 197 A new governor must register itself with the CPUfreq core using
 198 "cpufreq_register_governor". The struct cpufreq_governor, which has to
 199 be passed to that function, must contain the following values:
 200
 201 governor->name -            A unique name for this governor
 202 governor->governor -        The governor callback function
 203 governor->owner -           .THIS_MODULE for the governor module (if
 204                             appropriate)
 205
 206 The governor->governor callback is called with the current (or to-be-set)
 207 cpufreq_policy struct for that CPU, and an unsigned int event. The
 208 following events are currently defined:
 209
 210 CPUFREQ_GOV_START:   This governor shall start its duty for the CPU
 211                      policy->cpu
 212 CPUFREQ_GOV_STOP:    This governor shall end its duty for the CPU
 213                      policy->cpu
 214 CPUFREQ_GOV_LIMITS:  The limits for CPU policy->cpu have changed to
 215                      policy->min and policy->max.
 216
 217 If you need other "events" externally of your driver, _only_ use the
 218 cpufreq_governor_l(unsigned int cpu, unsigned int event) call to the
 219 CPUfreq core to ensure proper locking.
 220
 221
 222 The CPUfreq governor may call the CPU processor driver using one of
 223 these two functions:
 224
 225 int cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 226                                  unsigned int target_freq,
 227                                  unsigned int relation);
 228
 229 int __cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 230                                    unsigned int target_freq,
 231                                    unsigned int relation);
 232
 233 target_freq must be within policy->min and policy->max, of course.
 234 What's the difference between these two functions? When your governor
 235 still is in a direct code path of a call to governor->governor, the
 236 per-CPU cpufreq lock is still held in the cpufreq core, and there's
 237 no need to lock it again (in fact, this would cause a deadlock). So
 238 use __cpufreq_driver_target only in these cases. In all other cases
 239 (for example, when there's a "daemonized" function that wakes up
 240 every second), use cpufreq_driver_target to lock the cpufreq per-CPU
 241 lock before the command is passed to the cpufreq processor driver.
 242