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 (except the intel_pstate and 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/target_index"
  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/target_index 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_COMMON is set, the limit is 10ms fixed.
 135 If CONFIG_NO_HZ_COMMON 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 powersave_bias: this parameter takes a value between 0 to 1000. It
 171 defines the percentage (times 10) value of the target frequency that
 172 will be shaved off of the target. For example, when set to 100 -- 10%,
 173 when ondemand governor would have targeted 1000 MHz, it will target
 174 1000 MHz - (10% of 1000 MHz) = 900 MHz instead. This is set to 0
 175 (disabled) by default.
 176 When AMD frequency sensitivity powersave bias driver --
 177 drivers/cpufreq/amd_freq_sensitivity.c is loaded, this parameter
 178 defines the workload frequency sensitivity threshold in which a lower
 179 frequency is chosen instead of ondemand governor's original target.
 180 The frequency sensitivity is a hardware reported (on AMD Family 16h
 181 Processors and above) value between 0 to 100% that tells software how
 182 the performance of the workload running on a CPU will change when
 183 frequency changes. A workload with sensitivity of 0% (memory/IO-bound)
 184 will not perform any better on higher core frequency, whereas a
 185 workload with sensitivity of 100% (CPU-bound) will perform better
 186 higher the frequency. When the driver is loaded, this is set to 400
 187 by default -- for CPUs running workloads with sensitivity value below
 188 40%, a lower frequency is chosen. Unloading the driver or writing 0
 189 will disable this feature.
 190
 191
 192 2.5 Conservative
 193 ----------------
 194
 195 The CPUfreq governor "conservative", much like the "ondemand"
 196 governor, sets the CPU depending on the current usage.  It differs in
 197 behaviour in that it gracefully increases and decreases the CPU speed
 198 rather than jumping to max speed the moment there is any load on the
 199 CPU.  This behaviour more suitable in a battery powered environment.
 200 The governor is tweaked in the same manner as the "ondemand" governor
 201 through sysfs with the addition of:
 202
 203 freq_step: this describes what percentage steps the cpu freq should be
 204 increased and decreased smoothly by.  By default the cpu frequency will
 205 increase in 5% chunks of your maximum cpu frequency.  You can change this
 206 value to anywhere between 0 and 100 where '0' will effectively lock your
 207 CPU at a speed regardless of its load whilst '100' will, in theory, make
 208 it behave identically to the "ondemand" governor.
 209
 210 down_threshold: same as the 'up_threshold' found for the "ondemand"
 211 governor but for the opposite direction.  For example when set to its
 212 default value of '20' it means that if the CPU usage needs to be below
 213 20% between samples to have the frequency decreased.
 214
 215 sampling_down_factor: similar functionality as in "ondemand" governor.
 216 But in "conservative", it controls the rate at which the kernel makes
 217 a decision on when to decrease the frequency while running in any
 218 speed. Load for frequency increase is still evaluated every
 219 sampling rate.
 220
 221 3. The Governor Interface in the CPUfreq Core
 222 =============================================
 223
 224 A new governor must register itself with the CPUfreq core using
 225 "cpufreq_register_governor". The struct cpufreq_governor, which has to
 226 be passed to that function, must contain the following values:
 227
 228 governor->name -            A unique name for this governor
 229 governor->governor -        The governor callback function
 230 governor->owner -           .THIS_MODULE for the governor module (if
 231                             appropriate)
 232
 233 The governor->governor callback is called with the current (or to-be-set)
 234 cpufreq_policy struct for that CPU, and an unsigned int event. The
 235 following events are currently defined:
 236
 237 CPUFREQ_GOV_START:   This governor shall start its duty for the CPU
 238                      policy->cpu
 239 CPUFREQ_GOV_STOP:    This governor shall end its duty for the CPU
 240                      policy->cpu
 241 CPUFREQ_GOV_LIMITS:  The limits for CPU policy->cpu have changed to
 242                      policy->min and policy->max.
 243
 244 If you need other "events" externally of your driver, _only_ use the
 245 cpufreq_governor_l(unsigned int cpu, unsigned int event) call to the
 246 CPUfreq core to ensure proper locking.
 247
 248
 249 The CPUfreq governor may call the CPU processor driver using one of
 250 these two functions:
 251
 252 int cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 253                                  unsigned int target_freq,
 254                                  unsigned int relation);
 255
 256 int __cpufreq_driver_target(struct cpufreq_policy *policy,
 257                                    unsigned int target_freq,
 258                                    unsigned int relation);
 259
 260 target_freq must be within policy->min and policy->max, of course.
 261 What's the difference between these two functions? When your governor
 262 still is in a direct code path of a call to governor->governor, the
 263 per-CPU cpufreq lock is still held in the cpufreq core, and there's
 264 no need to lock it again (in fact, this would cause a deadlock). So
 265 use __cpufreq_driver_target only in these cases. In all other cases
 266 (for example, when there's a "daemonized" function that wakes up
 267 every second), use cpufreq_driver_target to lock the cpufreq per-CPU
 268 lock before the command is passed to the cpufreq processor driver.
 269