CPUのクロック数調整による省電力1

Linux カーネルのcpufreqの機能を用いてCPUのクロック数を調整することで省電力化を目指す．
OSはUbuntu11.10でCPUはCorei7-2600Kを搭載した計算機で実践してみた．

まずはcpufreqまわりの設定から．
以下のコマンドで必要なパッケージをインストール．

$sudo apt-get install cpufrequtils cpufreqd

まずは基本的な情報を見てみる．

$cpufreq-info

によって各CPUの情報が確認できる．
出力例は以下．

(CPU 0の情報)

 1:analyzing CPU 0:

 2:  driver: acpi-cpufreq

 3:  CPUs which run at the same hardware frequency: 0 1 2 3 4 5 6 7

 4:  CPUs which need to have their frequency coordinated by software: 0

 5:  maximum transition latency: 10.0 us.

 6:  hardware limits: 1.60 GHz - 3.40 GHz

 7:  available frequency steps: 3.40 GHz, 3.40 GHz, 3.20 GHz, 3.00 GHz, 2.80 GHz, 2.60 GHz, 2.40 GHz, 2.20 GHz, 2.00 GHz, 1.80 GHz, 1.60 GHz

 8:  available cpufreq governors: conservative, ondemand, userspace, powersave, performance

 9:  current policy: frequency should be within 3.40 GHz and 3.40 GHz.

10:                  The governor "ondemand" may decide which speed to use

11:                  within this range.

12:  current CPU frequency is 3.40 GHz.

13:  cpufreq stats: 3.40 GHz:100.00%, 3.40 GHz:0.00%, 3.20 GHz:0.00%, 3.00 GHz:0.00%, 2.80 GHz:0.00%, 2.60 GHz:0.00%, 2.40 GHz:0.00%, 2.20 GHz:0.00%, 2.00 GHz:0.00%, 1.80 GHz:0.00%, 1.60 GHz:0.00%  (5)

ここではまず出力例の8行目注目．
governors?...これはCPUの動作モードと捕らえる．
つまり8行目には設定が可能なCPUの動作モードが記述されている．
ここではconservative, ondemand, userspace, powersave, performanceと5つの動作モードがあることが分かる．
ちなみに現在の動作モードは10行目に書かれていてondemandであることも確認できる．

この動作モードによりクロック数の制御方法が変わってくるので重要．
各モードについてはこんな感じ．

performance

常にCPUの変動範囲の最大値のクロック数で動作

powersave

常にCPUの変動範囲の最小値のクロック数で動作

ondemand

負荷(使用率)によりCPUのクロック数を変化させながら動作

conservative

負荷(使用率)によりCPUのクロック数を変化させながら動作(ondemandよりもクロックの変化がゆるやか)

userspace

手動でクロック数を変化させると移行するモード

動作モードを理解したところで，動作モードの変更を行ってみる．
変更は以下のコマンド(ここではperformanceに変更)．

$sudo cpufreq-set -c 0 -g performance

cpufreq-setによりgオプションによって動作モードを指定する．
なおcオプションは変更を施すCPUの番号を指定する．

次に注目するのは出力例の7行目．
ここでは設定可能なCPUのクロック数が羅列されている．
ここでは3.40GHz, 3.20GHz, 3.00GHz, 2.80GHz, 2.60GHz, 2.40Hz, 2.20GHz, 2.00GHz, 1.80GHz, 1.60GHzとかなり多いステップで変更が可能となっている．
ちなみに現在のクロック数は出力例の12行目の3.40GHz．
つまり，負荷が少ないときにクロック数を減らすことが出来れば1/2以下にもクロック数を抑えることが出来き，それだけ電力消費も抑えられる．

しかし，9行目をみると
"frequency should be within 3.40 GHz and 3.40 GHz."...
周波数は3.40GHzから3.40GHzの間じゃないといけない！って全然ダメじゃん!

この範囲を変更しないと動作モードを変更しても結局3.40GHzから変わらない．
ということで周波数の範囲を有意義に使えるように設定．

$sudo cpufreq-set -c 0 --min 1.60GHz --max 3.40GHz

これによって先ほどの値が1.60GHzから3.40GHz変更されていればOK．
同時にCPUの動作モードに対して現在のクロック数も変化しているはず．

またユーザが自ら周波数を設定してあげることも可能(もちろん設定できる範囲内の設定可能な周波数に設定)．
以下のコマンドではCPU0の周波数を2.80GHzに設定する．

$sudo cpufreq-set -c 0 -f 2.80GHz

周波数をユーザが設定したことにより，この設定の後にCPUの動作モードがuserspaceになっている．
解除するには新たに動作モードを設定すれば良い．

とりあえず今回はここまで．
続きはCPUのクロック数調整による省電力２ - 日進月歩