Android系统电源管理及省电机制

Android系统电源管理及省电机制

移动设备因为其有限的电池，省电技巧成为Android开发者的一项必备知识。本文不探讨怎样从应用层面省电，因为这些内容已经有很成熟的总结。本文拟介绍Android系统的电源管理机制。因为笔者对于Linux的浅薄知识，如有错漏，请不吝指出。

一、常见电源管理机制(休眠)

在x86机器中，存在两种电源管理方法:

• APM(Advanced Power Management,高级电源管理)
• ACPI(Advanced Configuration and Power Interface ,高级配置和电源接口)

这两个标准不能同时允许在Linux上面，默认情况下，Linux运行ACPI.需要注意，apm和acpi是互相冲突的两个模块，用户在同一时间内只能加载其中之一

APM基本已经淘汰

ACPI主要执行者是操作系统，可以单独控制外设。

ACPI主要分成6种状态，分别是S0到S5，它们代表的含义分别是：

• S0：实际上这就是我们平常的工作状态，所有设备全开，功耗一般会超过80W；

• S1：也称为POS（Power on Suspend），这时除了通过CPU时钟控制器将CPU关闭之外，其他的部件仍然正常工作，这时的功耗一般在30W以下；（其实有些CPU降温软件就是利用这种工作原理）

• S2：这时CPU处于停止运作状态，总线时钟也被关闭，但其余的设备仍然运转；

• S3：这就是我们熟悉的STR（Suspend to RAM），这时的功耗不超过10W；

• S4：也称为STD（Suspend to Disk），这时系统主电源关闭，硬盘存储S4前数据信息，所以S4是比S3更省电状态.

• S5:这种状态是最干脆的，就是连电源在内的所有设备全部关闭，即关机（shutdown），功耗为0。

ACPI的省电主要就是依靠 S3,S4,S5状态。

二、Android系统的休眠机制

Android系统是基于Linux的，但是其因为移动设备的独特性又有所不同，Android在kernel中支持的休眠模式有S0,S1,S3,S4，但是这个是需要硬件配合来实现的，标准的手机Android系统，只支持S0,S3。

即休眠状态实质上就是挂起到内存。

1. 两个处理器芯片

Android手机有两个处理器：

• Application Processor（AP）：AP是ARM架构的处理器，用于运行Linux+Android系统；
• Baseband Processor（BP）：BP用于运行实时操作系统（RTOS），通讯协议栈运行于BP的RTOS之上。

在休眠状态下，BP仍旧会收取数据，如有必要会唤醒AP。

2. Android的休眠流程

Android 在Linux的基础上引进了新的状态：预挂起(earlysuspend)，同时引进了唤醒锁机制。

其流程如下：

（1）一段时间内无活动，系统发起挂起检查。

（2）进入earlysuspend状态(关闭屏幕、背光、重力感应)

（3）检查wake lock是否全部释放。

（4）如果全部释放，冻结进程挂起外设。

（5）进入深度睡眠，等待外终端唤醒。

注：Android4.4以后和Linux保持统一，实现了AutoSleep机制，本质区别不大，算是Linux和Android的一种相互妥协。

3. 颇有争议的Opportunistic suspend

Android的休眠机制简单粗暴，主要遵守两条原则：

• 系统没有事情的时候就睡。
• 不管三七二十一，休眠的时候休眠所有外设。

这种机制Linux社区是饱受争议的，主要有以下几项质疑：

1. 系统没有事情做事很不好判断的，可能会频繁的触发休眠流程。
2. 只有一个设备在做事的时候，其他设备也得陪着工作吗？

注：Linux社区是有一套“多样的系统组件单独控制”的电源管理方案（如Linux kernel的Dynamic PM）

4. 在休眠状态下保持被唤醒的机会：AlarmManager

AlarmManager 是Android 系统封装的用于管理 RTC 的模块，RTC (Real Time Clock) 是一个独立的硬件时钟，可以在 CPU 休眠时正常运行，在预设的时间到达时，通过中断唤醒 CPU。

（注：用Timer保持消息推送长连接是非常2B的）

三、Android在省电机制上做的努力

1. 传感器批处理(Sensor batching)

Android 4.4 为了省电引入了一项新的技术： Sensor batching。这不是一项独特的技术，实际上很多其他OS也引入了该项技术，它是什么意思呢？

该项技术允许设备积累一段时间的数据，而后一次性“上报”，引入这种技术后，设备不必频繁的唤醒CPU，从而节省了电量。

2. JobScheduler

为了更有效率的利用电池，Android 5.0 引入了 JobScheduler API。 应用可以将一些实时性不强的任务(如)采用JobScheduler来做，Android系统会根据系统情况在合适的时机进行调度执行。

3. Doze机制

随着时间流逝，Google渐渐意识到，无良的开发者是不可靠的，依靠他们遵守可有可无的“规范”是不可能的。

于是Google在Android 6.0 引入了一种新的省电机制，即Doze机制，中文可以翻译成“对齐唤醒机制”。

当设备处于未充电状态、屏幕熄灭一段时间后就会进入Doze状态。在这种状态下，Android系统会限制使用访问网络和CPU。

每过一段时间，Android系统会退出Doze状态，让应用执行之前被延迟的活动。在这个执行窗口，Android系统会执行所有的异步操作，时钟(Alarm),同时允许APP访问网络。

在执行窗口的末期，Android系统又把所有的时钟、网络请求、异步任务给挂起。再次进入Doze状态。

随着时间进行，Doze的状态时间会逐渐延长。

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Doze机制是一种“在集中时间段处理事情”的省电思想。

注：因为Doze状态，AlarmManager也不是那么“准时了”。