Linux-Kernel: P-States verringern Leistungsaufnahme auf Intel-CPUs

Statt des betagten Cpufreq-Treibers und des Ondemand-Governors sollen im Linux-Kernel P-States für eine reduzierte Leistungsaufnahme der Sandy-Bridge- und Ivy-Bridge-CPUs von Intel sorgen.

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Ein Patch im Linux-Kernel sorgt für eine bessere Leistungsaufnahme auf aktueller Intel-Hardware.
Ein Patch im Linux-Kernel sorgt für eine bessere Leistungsaufnahme auf aktueller Intel-Hardware. (Bild: Jerzy Strzelecki/CC-BY 3.0)

Kernel-Entwickler Arjan van de Ven hat im Linux-Kernel 3.9 einen Patch eingereicht, der die Leistungsaufnahme auf Intels Sandy-Bridge- und Ivy-Bridge-Plattform mit Hilfe von P-States verringern und gleichzeitig die Leistung verbessern soll. Der bislang verwendete Ondemand Frequency Governor funktioniere nicht mehr effizient genug. In Linux 3.10 soll er nochmals verbessert werden.

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Kernel-Entwickler und Ext4-Betreuer Theodore Ts'o hatte van de Ven auf ein Problem mit dem Ondemand-CPU-Regler hingewiesen. Er bestimmt die Taktfrequenz der CPUs. Auf älteren CPUs ist das von Vorteil, da die Prozessoren auch im tiefsten Schlafmodus noch Leistung aufnehmen müssen. Moderne Intel-CPUs reduzieren im tiefsten Schalfmodus die Taktfrequenz jedoch auf null. Ivy-Bridge-CPUs können sogar die Spannung ausschalten.

Überflüssige Context-Switches

Van de Ven bestätigt das Problem in einem Thread auf Google+. Hinzu kommen noch Probleme mit dem Cpufreq-Treiber, der in einem Thread laufen muss. Daher müssen gegenwärtig CPUs zunächst aufgeweckt werden, um zu überprüfen, ob sie wieder schlafen gelegt werden sollen. Das verlangt zunächst zwei überflüssige Context-Switches. Sollte der Scheduler aber feststellen, dass eine CPU wegen der neuen Context-Switches überlastet ist, kann er die Prozesse auf eine zweite CPU verlagern, die dafür wiederum aus dem Schalfmodus geweckt werden muss und dann zunächst mit einer niedrigeren Taktfrequenz läuft.

Daher sorgt der betagte Algorithmus des Ondemand-CPU-Governors im Zusammenspiel mit dem Cpufreq-Treiber auf Intels aktuellen Plattformen nicht nur für eine erhöhte Leistungsaufnahme, sondern auch für reduzierte Effizienz.

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Stattdessen soll der von van de Ven im Linux-Kernel 3.9 eingebrachte P-States-Code die Register der CPU nutzen, um die Taktfrequenz zu regulieren. Der entsprechende Konfigurationsparameter CONFIG_X86_INTEL_PSTATE ist dort bereits vorhanden. Damit könne der Kernel ohne Umwege über das ACPI auf die Register der Intel-CPUs zugreifen, denn das ACPI habe zu viele Einschränkungen, schreibt van de Ven.

Als kontrovers bezeichnet van de Ven seine Pläne, den Sparalgorithmus im CPU-Treiber zu integrieren. Da der Algorithmus aber plattformspezifisch ist, sei das die beste Lösung. Für den kommenden Kernel 3.10 hat van de Ven nochmals den Code verbessert. Möglicherweise werde er ihn auch für Ivy-Bridge-CPUs aktivieren. Gegenwärtig funktioniert er nur auf der Sandy-Bridge-Plattform.

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