CPU频率调节器

cpupower

  • 在 Debian 平台通过以下命令安装 cpupower 工具包:

在 Debian 中安装 cpupower
apt install linux-cpupower

cpufreq governor

  • 检查 cpufreq governor :

cpupower frequency-info 命令检查CPU主频伸缩策略
cpupower frequency-info

备注

Ubuntu系统需要安装 linux-tools-common 软件包，然后执行 cpupower 命令会提示你按照内核版本安装对应工具包，例如我当前运行内核 5.4.0-121-generic ，提示安装 linux-tools-5.4.0-121-generic

在我的 HPE ProLiant DL360 Gen9服务器 服务器上，输出案例:

cpupower frequency-info 命令输出案例
analyzing CPU 0:
  driver: intel_pstate
  CPUs which run at the same hardware frequency: 0
  CPUs which need to have their frequency coordinated by software: 0
  maximum transition latency:  Cannot determine or is not supported.
  hardware limits: 1.20 GHz - 3.10 GHz
  available cpufreq governors: performance powersave
  current policy: frequency should be within 1.20 GHz and 3.10 GHz.
                  The governor "powersave" may decide which speed to use
                  within this range.
  current CPU frequency: Unable to call hardware
  current CPU frequency: 1.20 GHz (asserted by call to kernel)
  boost state support:
    Supported: yes
    Active: yes

Linux内核支持的cpufreq调节器

Linux内核支持的cpufreq调节器种类
cpufreq调节器,说明
Performance,在scaling_min_freq和scaling_max_freq范围内固定使用最高的主频
Powersave,在scaling_min_freq和scaling_max_freq范围内尽量使用最低频率
Userspace,允许用户或任何使用root账号的用户空间程序通过scaling_setspeed文件设置CPU主频
Ondemand,按当前使用情况设置CPU，这个调机器设置需要相应配套参数(比较复杂)
Conservative,"保守"调节器很像Ondemand调节器，但是更为平滑增加或降低CPU主频而不是CPU有任何负载都跳到最大速度，更适合电池供电环境

要人工调整处理器主频，则需要采用 userspace governor，否则设置时候会报错

当使用 userspace governor时，可以通过如下命令设置某个处理器的主频(案例是cpu 0):

cpufreq-set -c 0 -f 3100000

注意， cpufreq驱动可能只支持部分cpufreq governor。例如 Intel CPU p-state 就只支持 performance 和 powersave 调节器。所以，此时只能切换这两者之一

修改cpufreq governor

  • 直接通过 sys 文件系统可以单独对每个CPU核心调整不同的 cpufreq governor ，例如以下命令只调整 cpu 0 的 cpufreq governor:

    echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_governor

此时检查:

cpupower monitor -m Mperf

会看到(我的CPU是 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2670 v3 @ 2.30GHz ):

             | Mperf
PKG|CORE| CPU| C0   | Cx   | Freq
  0|   0|   0|  3.11| 96.89|  2268
  0|   0|  24| 11.91| 88.09|  2234
  0|   1|   1| 11.67| 88.33|  1250
  0|   1|  25|  6.88| 93.12|  1240
  0|   2|   2|  0.95| 99.05|  1201
  0|   2|  26|  6.48| 93.52|  1209
...

注意看，这里只有 cpu core 0 (启用超线程时，对应core 0的是CPU 0和24)显示主频提升到 2.2GHz ，而其他CPU核心的主频依然处于 powersave 的cpufreq governor下，所以主频只有 1.2GHz

这里将48个CPU都压满

然后检查 cpupower monitor -m Mperf 输出如下:

             | Mperf
PKG|CORE| CPU| C0   | Cx   | Freq
  0|   0|   0| 99.83|  0.17|  2596
  0|   0|  24| 99.86|  0.14|  2596
  0|   1|   1| 99.83|  0.17|  2596
  0|   1|  25| 99.86|  0.14|  2596
  0|   2|   2| 99.83|  0.17|  2596
  0|   2|  26| 99.86|  0.14|  2596
...

这里看到所有CPU都运行在 2.6GHz 频率，这说明不管是 performance 还是 powersave 的cpufreq governor，在压力下都会达到处理器的最高频率。区别在于 performance 策略下，默认空闲状态就是较高频率，所以在压力下会更快运行在最高频率。这样对于应用看来，就是响应更快(更快运行在全速状态)

但是，在这里你看到的 2.6GHz 却不是处理器物理限制的最高频率: 该处理器物理限制频率是 3.1GHz 。也就是说，我们还没有释放出处理器的最高性能。不过，这里的 2.6GHz 已经是开启了 turbo 模式，可以从:

cat /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo

看到默认值是 0 ，也就是关闭 no_turbo ，相当于启用 turbo 。

如果 echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo 关闭 turbo ，则压力下处理器主频会降低，对于我的 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2670 v3 @ 2.30GHz 在没有启用Trubo时候，最高主频只有 2.3GHz 。

性能设置

  • 启用全面的Performance策略:

设置 performance governor
cpupower frequency-set -g performance

此时会看到所有cpu都滚动一遍设置:

Setting cpu: 0
Setting cpu: 1
Setting cpu: 2
Setting cpu: 3
...

然后检查 cpupower monitor -m Mperf 输出如下:

             | Mperf
PKG|CORE| CPU| C0   | Cx   | Freq
  0|   0|   0|  2.25| 97.75|  2345
  0|   0|  24|  2.83| 97.17|  2495
  0|   1|   1|  0.37| 99.63|  2271
  0|   1|  25|  2.47| 97.53|  2509
  0|   2|   2|  0.29| 99.71|  2258
  0|   2|  26|  5.23| 94.77|  2585
...

可以看到即使系统压力不大，所有运行程序的处理器核心频率都在 2.3GHz ~ 2.6GHz 之间，基本上就是最高主频了

节电设置

如果对性能没有强要求，但是需要节约电能，则可以设置 powersave governor:

设置 powersave governor
cpupower frequency-set -g powersave

冲击最高主频

你会看到不管是 Performance 和 Powersave 的cpufreq governor，都没有出现在运行压力的情况下出现 hardware limits 的极限主频 3.1 GHz ，而只达到 2.6 GHz 。这似乎没有达到预期...

此时需要结合 Intel Turbo Boost技术和intel_pstate

永久性cpufreq governor设置

系统安装了 cpufrequtils 软件包之后，就可以通过脚本配置在启动时自动设置好对应的 cpufreq governer :

  • /etc/init.d/cpufrequtils 脚本在启动时执行，这个脚本(简单看一下就明白)非常简单，其中关于默认 cpufreq governer 有如下脚本命令:

/etc/init.d/cpufrequtils 脚本
ENABLE="true"
GOVERNOR="ondemand"
MAX_SPEED="0"
MIN_SPEED="0"
...
if [ -f /etc/default/cpufrequtils ] ; then
	. /etc/default/cpufrequtils
fi
...

可以看到参数变量可以在 /etc/default/cpufrequtils 中设置，所以执行以下命令将默认 cpufreq governer 调整为 powersave :

设置默认 powersave 的 cpufreq governer
echo 'GOVERNOR="powersave"' | sudo tee /etc/default/cpufrequtils

当然，当前运行状态也要设置(不用重启):

设置当前运行的 cpufreq governer
sudo cpupower frequency-set -g powersave

Debian governor

在 Debian 系(例如 Raspberry Pi OS )，通过配置 /etc/default/cpu_governor 就能够设置系统默认的 CPU governor

Debian 系列设置启动的 CPU governor
# Set default governor on all CPU cores.
# More info https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt
#
# CPU_DEFAULT_GOVERNOR="ondemand"
#
CPU_DEFAULT_GOVERNOR="powersave"

参考