WIP FPC-III support
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blobdf29b4f1f2195aa91d4f0bef874bd92babe45067
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 .. include:: <isonum.txt>
4 ===============================================
5 ``intel_pstate`` CPU Performance Scaling Driver
6 ===============================================
8 :Copyright: |copy| 2017 Intel Corporation
10 :Author: Rafael J. Wysocki <rafael.j.wysocki@intel.com>
13 General Information
14 ===================
16 ``intel_pstate`` is a part of the
17 :doc:`CPU performance scaling subsystem <cpufreq>` in the Linux kernel
18 (``CPUFreq``).  It is a scaling driver for the Sandy Bridge and later
19 generations of Intel processors.  Note, however, that some of those processors
20 may not be supported.  [To understand ``intel_pstate`` it is necessary to know
21 how ``CPUFreq`` works in general, so this is the time to read :doc:`cpufreq` if
22 you have not done that yet.]
24 For the processors supported by ``intel_pstate``, the P-state concept is broader
25 than just an operating frequency or an operating performance point (see the
26 LinuxCon Europe 2015 presentation by Kristen Accardi [1]_ for more
27 information about that).  For this reason, the representation of P-states used
28 by ``intel_pstate`` internally follows the hardware specification (for details
29 refer to Intel Software Developer’s Manual [2]_).  However, the ``CPUFreq`` core
30 uses frequencies for identifying operating performance points of CPUs and
31 frequencies are involved in the user space interface exposed by it, so
32 ``intel_pstate`` maps its internal representation of P-states to frequencies too
33 (fortunately, that mapping is unambiguous).  At the same time, it would not be
34 practical for ``intel_pstate`` to supply the ``CPUFreq`` core with a table of
35 available frequencies due to the possible size of it, so the driver does not do
36 that.  Some functionality of the core is limited by that.
38 Since the hardware P-state selection interface used by ``intel_pstate`` is
39 available at the logical CPU level, the driver always works with individual
40 CPUs.  Consequently, if ``intel_pstate`` is in use, every ``CPUFreq`` policy
41 object corresponds to one logical CPU and ``CPUFreq`` policies are effectively
42 equivalent to CPUs.  In particular, this means that they become "inactive" every
43 time the corresponding CPU is taken offline and need to be re-initialized when
44 it goes back online.
46 ``intel_pstate`` is not modular, so it cannot be unloaded, which means that the
47 only way to pass early-configuration-time parameters to it is via the kernel
48 command line.  However, its configuration can be adjusted via ``sysfs`` to a
49 great extent.  In some configurations it even is possible to unregister it via
50 ``sysfs`` which allows another ``CPUFreq`` scaling driver to be loaded and
51 registered (see `below <status_attr_>`_).
54 Operation Modes
55 ===============
57 ``intel_pstate`` can operate in two different modes, active or passive.  In the
58 active mode, it uses its own internal performance scaling governor algorithm or
59 allows the hardware to do performance scaling by itself, while in the passive
60 mode it responds to requests made by a generic ``CPUFreq`` governor implementing
61 a certain performance scaling algorithm.  Which of them will be in effect
62 depends on what kernel command line options are used and on the capabilities of
63 the processor.
65 Active Mode
66 -----------
68 This is the default operation mode of ``intel_pstate`` for processors with
69 hardware-managed P-states (HWP) support.  If it works in this mode, the
70 ``scaling_driver`` policy attribute in ``sysfs`` for all ``CPUFreq`` policies
71 contains the string "intel_pstate".
73 In this mode the driver bypasses the scaling governors layer of ``CPUFreq`` and
74 provides its own scaling algorithms for P-state selection.  Those algorithms
75 can be applied to ``CPUFreq`` policies in the same way as generic scaling
76 governors (that is, through the ``scaling_governor`` policy attribute in
77 ``sysfs``).  [Note that different P-state selection algorithms may be chosen for
78 different policies, but that is not recommended.]
80 They are not generic scaling governors, but their names are the same as the
81 names of some of those governors.  Moreover, confusingly enough, they generally
82 do not work in the same way as the generic governors they share the names with.
83 For example, the ``powersave`` P-state selection algorithm provided by
84 ``intel_pstate`` is not a counterpart of the generic ``powersave`` governor
85 (roughly, it corresponds to the ``schedutil`` and ``ondemand`` governors).
87 There are two P-state selection algorithms provided by ``intel_pstate`` in the
88 active mode: ``powersave`` and ``performance``.  The way they both operate
89 depends on whether or not the hardware-managed P-states (HWP) feature has been
90 enabled in the processor and possibly on the processor model.
92 Which of the P-state selection algorithms is used by default depends on the
93 :c:macro:`CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_PERFORMANCE` kernel configuration option.
94 Namely, if that option is set, the ``performance`` algorithm will be used by
95 default, and the other one will be used by default if it is not set.
97 Active Mode With HWP
98 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
100 If the processor supports the HWP feature, it will be enabled during the
101 processor initialization and cannot be disabled after that.  It is possible
102 to avoid enabling it by passing the ``intel_pstate=no_hwp`` argument to the
103 kernel in the command line.
105 If the HWP feature has been enabled, ``intel_pstate`` relies on the processor to
106 select P-states by itself, but still it can give hints to the processor's
107 internal P-state selection logic.  What those hints are depends on which P-state
108 selection algorithm has been applied to the given policy (or to the CPU it
109 corresponds to).
111 Even though the P-state selection is carried out by the processor automatically,
112 ``intel_pstate`` registers utilization update callbacks with the CPU scheduler
113 in this mode.  However, they are not used for running a P-state selection
114 algorithm, but for periodic updates of the current CPU frequency information to
115 be made available from the ``scaling_cur_freq`` policy attribute in ``sysfs``.
117 HWP + ``performance``
118 .....................
120 In this configuration ``intel_pstate`` will write 0 to the processor's
121 Energy-Performance Preference (EPP) knob (if supported) or its
122 Energy-Performance Bias (EPB) knob (otherwise), which means that the processor's
123 internal P-state selection logic is expected to focus entirely on performance.
125 This will override the EPP/EPB setting coming from the ``sysfs`` interface
126 (see `Energy vs Performance Hints`_ below).  Moreover, any attempts to change
127 the EPP/EPB to a value different from 0 ("performance") via ``sysfs`` in this
128 configuration will be rejected.
130 Also, in this configuration the range of P-states available to the processor's
131 internal P-state selection logic is always restricted to the upper boundary
132 (that is, the maximum P-state that the driver is allowed to use).
134 HWP + ``powersave``
135 ...................
137 In this configuration ``intel_pstate`` will set the processor's
138 Energy-Performance Preference (EPP) knob (if supported) or its
139 Energy-Performance Bias (EPB) knob (otherwise) to whatever value it was
140 previously set to via ``sysfs`` (or whatever default value it was
141 set to by the platform firmware).  This usually causes the processor's
142 internal P-state selection logic to be less performance-focused.
144 Active Mode Without HWP
145 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
147 This operation mode is optional for processors that do not support the HWP
148 feature or when the ``intel_pstate=no_hwp`` argument is passed to the kernel in
149 the command line.  The active mode is used in those cases if the
150 ``intel_pstate=active`` argument is passed to the kernel in the command line.
151 In this mode ``intel_pstate`` may refuse to work with processors that are not
152 recognized by it.  [Note that ``intel_pstate`` will never refuse to work with
153 any processor with the HWP feature enabled.]
155 In this mode ``intel_pstate`` registers utilization update callbacks with the
156 CPU scheduler in order to run a P-state selection algorithm, either
157 ``powersave`` or ``performance``, depending on the ``scaling_governor`` policy
158 setting in ``sysfs``.  The current CPU frequency information to be made
159 available from the ``scaling_cur_freq`` policy attribute in ``sysfs`` is
160 periodically updated by those utilization update callbacks too.
162 ``performance``
163 ...............
165 Without HWP, this P-state selection algorithm is always the same regardless of
166 the processor model and platform configuration.
168 It selects the maximum P-state it is allowed to use, subject to limits set via
169 ``sysfs``, every time the driver configuration for the given CPU is updated
170 (e.g. via ``sysfs``).
172 This is the default P-state selection algorithm if the
173 :c:macro:`CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_PERFORMANCE` kernel configuration option
174 is set.
176 ``powersave``
177 .............
179 Without HWP, this P-state selection algorithm is similar to the algorithm
180 implemented by the generic ``schedutil`` scaling governor except that the
181 utilization metric used by it is based on numbers coming from feedback
182 registers of the CPU.  It generally selects P-states proportional to the
183 current CPU utilization.
185 This algorithm is run by the driver's utilization update callback for the
186 given CPU when it is invoked by the CPU scheduler, but not more often than
187 every 10 ms.  Like in the ``performance`` case, the hardware configuration
188 is not touched if the new P-state turns out to be the same as the current
189 one.
191 This is the default P-state selection algorithm if the
192 :c:macro:`CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_PERFORMANCE` kernel configuration option
193 is not set.
195 Passive Mode
196 ------------
198 This is the default operation mode of ``intel_pstate`` for processors without
199 hardware-managed P-states (HWP) support.  It is always used if the
200 ``intel_pstate=passive`` argument is passed to the kernel in the command line
201 regardless of whether or not the given processor supports HWP.  [Note that the
202 ``intel_pstate=no_hwp`` setting causes the driver to start in the passive mode
203 if it is not combined with ``intel_pstate=active``.]  Like in the active mode
204 without HWP support, in this mode ``intel_pstate`` may refuse to work with
205 processors that are not recognized by it if HWP is prevented from being enabled
206 through the kernel command line.
208 If the driver works in this mode, the ``scaling_driver`` policy attribute in
209 ``sysfs`` for all ``CPUFreq`` policies contains the string "intel_cpufreq".
210 Then, the driver behaves like a regular ``CPUFreq`` scaling driver.  That is,
211 it is invoked by generic scaling governors when necessary to talk to the
212 hardware in order to change the P-state of a CPU (in particular, the
213 ``schedutil`` governor can invoke it directly from scheduler context).
215 While in this mode, ``intel_pstate`` can be used with all of the (generic)
216 scaling governors listed by the ``scaling_available_governors`` policy attribute
217 in ``sysfs`` (and the P-state selection algorithms described above are not
218 used).  Then, it is responsible for the configuration of policy objects
219 corresponding to CPUs and provides the ``CPUFreq`` core (and the scaling
220 governors attached to the policy objects) with accurate information on the
221 maximum and minimum operating frequencies supported by the hardware (including
222 the so-called "turbo" frequency ranges).  In other words, in the passive mode
223 the entire range of available P-states is exposed by ``intel_pstate`` to the
224 ``CPUFreq`` core.  However, in this mode the driver does not register
225 utilization update callbacks with the CPU scheduler and the ``scaling_cur_freq``
226 information comes from the ``CPUFreq`` core (and is the last frequency selected
227 by the current scaling governor for the given policy).
230 .. _turbo:
232 Turbo P-states Support
233 ======================
235 In the majority of cases, the entire range of P-states available to
236 ``intel_pstate`` can be divided into two sub-ranges that correspond to
237 different types of processor behavior, above and below a boundary that
238 will be referred to as the "turbo threshold" in what follows.
240 The P-states above the turbo threshold are referred to as "turbo P-states" and
241 the whole sub-range of P-states they belong to is referred to as the "turbo
242 range".  These names are related to the Turbo Boost technology allowing a
243 multicore processor to opportunistically increase the P-state of one or more
244 cores if there is enough power to do that and if that is not going to cause the
245 thermal envelope of the processor package to be exceeded.
247 Specifically, if software sets the P-state of a CPU core within the turbo range
248 (that is, above the turbo threshold), the processor is permitted to take over
249 performance scaling control for that core and put it into turbo P-states of its
250 choice going forward.  However, that permission is interpreted differently by
251 different processor generations.  Namely, the Sandy Bridge generation of
252 processors will never use any P-states above the last one set by software for
253 the given core, even if it is within the turbo range, whereas all of the later
254 processor generations will take it as a license to use any P-states from the
255 turbo range, even above the one set by software.  In other words, on those
256 processors setting any P-state from the turbo range will enable the processor
257 to put the given core into all turbo P-states up to and including the maximum
258 supported one as it sees fit.
260 One important property of turbo P-states is that they are not sustainable.  More
261 precisely, there is no guarantee that any CPUs will be able to stay in any of
262 those states indefinitely, because the power distribution within the processor
263 package may change over time  or the thermal envelope it was designed for might
264 be exceeded if a turbo P-state was used for too long.
266 In turn, the P-states below the turbo threshold generally are sustainable.  In
267 fact, if one of them is set by software, the processor is not expected to change
268 it to a lower one unless in a thermal stress or a power limit violation
269 situation (a higher P-state may still be used if it is set for another CPU in
270 the same package at the same time, for example).
272 Some processors allow multiple cores to be in turbo P-states at the same time,
273 but the maximum P-state that can be set for them generally depends on the number
274 of cores running concurrently.  The maximum turbo P-state that can be set for 3
275 cores at the same time usually is lower than the analogous maximum P-state for
276 2 cores, which in turn usually is lower than the maximum turbo P-state that can
277 be set for 1 core.  The one-core maximum turbo P-state is thus the maximum
278 supported one overall.
280 The maximum supported turbo P-state, the turbo threshold (the maximum supported
281 non-turbo P-state) and the minimum supported P-state are specific to the
282 processor model and can be determined by reading the processor's model-specific
283 registers (MSRs).  Moreover, some processors support the Configurable TDP
284 (Thermal Design Power) feature and, when that feature is enabled, the turbo
285 threshold effectively becomes a configurable value that can be set by the
286 platform firmware.
288 Unlike ``_PSS`` objects in the ACPI tables, ``intel_pstate`` always exposes
289 the entire range of available P-states, including the whole turbo range, to the
290 ``CPUFreq`` core and (in the passive mode) to generic scaling governors.  This
291 generally causes turbo P-states to be set more often when ``intel_pstate`` is
292 used relative to ACPI-based CPU performance scaling (see `below <acpi-cpufreq_>`_
293 for more information).
295 Moreover, since ``intel_pstate`` always knows what the real turbo threshold is
296 (even if the Configurable TDP feature is enabled in the processor), its
297 ``no_turbo`` attribute in ``sysfs`` (described `below <no_turbo_attr_>`_) should
298 work as expected in all cases (that is, if set to disable turbo P-states, it
299 always should prevent ``intel_pstate`` from using them).
302 Processor Support
303 =================
305 To handle a given processor ``intel_pstate`` requires a number of different
306 pieces of information on it to be known, including:
308  * The minimum supported P-state.
310  * The maximum supported `non-turbo P-state <turbo_>`_.
312  * Whether or not turbo P-states are supported at all.
314  * The maximum supported `one-core turbo P-state <turbo_>`_ (if turbo P-states
315    are supported).
317  * The scaling formula to translate the driver's internal representation
318    of P-states into frequencies and the other way around.
320 Generally, ways to obtain that information are specific to the processor model
321 or family.  Although it often is possible to obtain all of it from the processor
322 itself (using model-specific registers), there are cases in which hardware
323 manuals need to be consulted to get to it too.
325 For this reason, there is a list of supported processors in ``intel_pstate`` and
326 the driver initialization will fail if the detected processor is not in that
327 list, unless it supports the HWP feature.  [The interface to obtain all of the
328 information listed above is the same for all of the processors supporting the
329 HWP feature, which is why ``intel_pstate`` works with all of them.]
332 User Space Interface in ``sysfs``
333 =================================
335 Global Attributes
336 -----------------
338 ``intel_pstate`` exposes several global attributes (files) in ``sysfs`` to
339 control its functionality at the system level.  They are located in the
340 ``/sys/devices/system/cpu/intel_pstate/`` directory and affect all CPUs.
342 Some of them are not present if the ``intel_pstate=per_cpu_perf_limits``
343 argument is passed to the kernel in the command line.
345 ``max_perf_pct``
346         Maximum P-state the driver is allowed to set in percent of the
347         maximum supported performance level (the highest supported `turbo
348         P-state <turbo_>`_).
350         This attribute will not be exposed if the
351         ``intel_pstate=per_cpu_perf_limits`` argument is present in the kernel
352         command line.
354 ``min_perf_pct``
355         Minimum P-state the driver is allowed to set in percent of the
356         maximum supported performance level (the highest supported `turbo
357         P-state <turbo_>`_).
359         This attribute will not be exposed if the
360         ``intel_pstate=per_cpu_perf_limits`` argument is present in the kernel
361         command line.
363 ``num_pstates``
364         Number of P-states supported by the processor (between 0 and 255
365         inclusive) including both turbo and non-turbo P-states (see
366         `Turbo P-states Support`_).
368         The value of this attribute is not affected by the ``no_turbo``
369         setting described `below <no_turbo_attr_>`_.
371         This attribute is read-only.
373 ``turbo_pct``
374         Ratio of the `turbo range <turbo_>`_ size to the size of the entire
375         range of supported P-states, in percent.
377         This attribute is read-only.
379 .. _no_turbo_attr:
381 ``no_turbo``
382         If set (equal to 1), the driver is not allowed to set any turbo P-states
383         (see `Turbo P-states Support`_).  If unset (equal to 0, which is the
384         default), turbo P-states can be set by the driver.
385         [Note that ``intel_pstate`` does not support the general ``boost``
386         attribute (supported by some other scaling drivers) which is replaced
387         by this one.]
389         This attribute does not affect the maximum supported frequency value
390         supplied to the ``CPUFreq`` core and exposed via the policy interface,
391         but it affects the maximum possible value of per-policy P-state limits
392         (see `Interpretation of Policy Attributes`_ below for details).
394 ``hwp_dynamic_boost``
395         This attribute is only present if ``intel_pstate`` works in the
396         `active mode with the HWP feature enabled <Active Mode With HWP_>`_ in
397         the processor.  If set (equal to 1), it causes the minimum P-state limit
398         to be increased dynamically for a short time whenever a task previously
399         waiting on I/O is selected to run on a given logical CPU (the purpose
400         of this mechanism is to improve performance).
402         This setting has no effect on logical CPUs whose minimum P-state limit
403         is directly set to the highest non-turbo P-state or above it.
405 .. _status_attr:
407 ``status``
408         Operation mode of the driver: "active", "passive" or "off".
410         "active"
411                 The driver is functional and in the `active mode
412                 <Active Mode_>`_.
414         "passive"
415                 The driver is functional and in the `passive mode
416                 <Passive Mode_>`_.
418         "off"
419                 The driver is not functional (it is not registered as a scaling
420                 driver with the ``CPUFreq`` core).
422         This attribute can be written to in order to change the driver's
423         operation mode or to unregister it.  The string written to it must be
424         one of the possible values of it and, if successful, the write will
425         cause the driver to switch over to the operation mode represented by
426         that string - or to be unregistered in the "off" case.  [Actually,
427         switching over from the active mode to the passive mode or the other
428         way around causes the driver to be unregistered and registered again
429         with a different set of callbacks, so all of its settings (the global
430         as well as the per-policy ones) are then reset to their default
431         values, possibly depending on the target operation mode.]
433 ``energy_efficiency``
434         This attribute is only present on platforms with CPUs matching the Kaby
435         Lake or Coffee Lake desktop CPU model. By default, energy-efficiency
436         optimizations are disabled on these CPU models if HWP is enabled.
437         Enabling energy-efficiency optimizations may limit maximum operating
438         frequency with or without the HWP feature.  With HWP enabled, the
439         optimizations are done only in the turbo frequency range.  Without it,
440         they are done in the entire available frequency range.  Setting this
441         attribute to "1" enables the energy-efficiency optimizations and setting
442         to "0" disables them.
444 Interpretation of Policy Attributes
445 -----------------------------------
447 The interpretation of some ``CPUFreq`` policy attributes described in
448 :doc:`cpufreq` is special with ``intel_pstate`` as the current scaling driver
449 and it generally depends on the driver's `operation mode <Operation Modes_>`_.
451 First of all, the values of the ``cpuinfo_max_freq``, ``cpuinfo_min_freq`` and
452 ``scaling_cur_freq`` attributes are produced by applying a processor-specific
453 multiplier to the internal P-state representation used by ``intel_pstate``.
454 Also, the values of the ``scaling_max_freq`` and ``scaling_min_freq``
455 attributes are capped by the frequency corresponding to the maximum P-state that
456 the driver is allowed to set.
458 If the ``no_turbo`` `global attribute <no_turbo_attr_>`_ is set, the driver is
459 not allowed to use turbo P-states, so the maximum value of ``scaling_max_freq``
460 and ``scaling_min_freq`` is limited to the maximum non-turbo P-state frequency.
461 Accordingly, setting ``no_turbo`` causes ``scaling_max_freq`` and
462 ``scaling_min_freq`` to go down to that value if they were above it before.
463 However, the old values of ``scaling_max_freq`` and ``scaling_min_freq`` will be
464 restored after unsetting ``no_turbo``, unless these attributes have been written
465 to after ``no_turbo`` was set.
467 If ``no_turbo`` is not set, the maximum possible value of ``scaling_max_freq``
468 and ``scaling_min_freq`` corresponds to the maximum supported turbo P-state,
469 which also is the value of ``cpuinfo_max_freq`` in either case.
471 Next, the following policy attributes have special meaning if
472 ``intel_pstate`` works in the `active mode <Active Mode_>`_:
474 ``scaling_available_governors``
475         List of P-state selection algorithms provided by ``intel_pstate``.
477 ``scaling_governor``
478         P-state selection algorithm provided by ``intel_pstate`` currently in
479         use with the given policy.
481 ``scaling_cur_freq``
482         Frequency of the average P-state of the CPU represented by the given
483         policy for the time interval between the last two invocations of the
484         driver's utilization update callback by the CPU scheduler for that CPU.
486 One more policy attribute is present if the HWP feature is enabled in the
487 processor:
489 ``base_frequency``
490         Shows the base frequency of the CPU. Any frequency above this will be
491         in the turbo frequency range.
493 The meaning of these attributes in the `passive mode <Passive Mode_>`_ is the
494 same as for other scaling drivers.
496 Additionally, the value of the ``scaling_driver`` attribute for ``intel_pstate``
497 depends on the operation mode of the driver.  Namely, it is either
498 "intel_pstate" (in the `active mode <Active Mode_>`_) or "intel_cpufreq" (in the
499 `passive mode <Passive Mode_>`_).
501 Coordination of P-State Limits
502 ------------------------------
504 ``intel_pstate`` allows P-state limits to be set in two ways: with the help of
505 the ``max_perf_pct`` and ``min_perf_pct`` `global attributes
506 <Global Attributes_>`_ or via the ``scaling_max_freq`` and ``scaling_min_freq``
507 ``CPUFreq`` policy attributes.  The coordination between those limits is based
508 on the following rules, regardless of the current operation mode of the driver:
510  1. All CPUs are affected by the global limits (that is, none of them can be
511     requested to run faster than the global maximum and none of them can be
512     requested to run slower than the global minimum).
514  2. Each individual CPU is affected by its own per-policy limits (that is, it
515     cannot be requested to run faster than its own per-policy maximum and it
516     cannot be requested to run slower than its own per-policy minimum). The
517     effective performance depends on whether the platform supports per core
518     P-states, hyper-threading is enabled and on current performance requests
519     from other CPUs. When platform doesn't support per core P-states, the
520     effective performance can be more than the policy limits set on a CPU, if
521     other CPUs are requesting higher performance at that moment. Even with per
522     core P-states support, when hyper-threading is enabled, if the sibling CPU
523     is requesting higher performance, the other siblings will get higher
524     performance than their policy limits.
526  3. The global and per-policy limits can be set independently.
528 In the `active mode with the HWP feature enabled <Active Mode With HWP_>`_, the
529 resulting effective values are written into hardware registers whenever the
530 limits change in order to request its internal P-state selection logic to always
531 set P-states within these limits.  Otherwise, the limits are taken into account
532 by scaling governors (in the `passive mode <Passive Mode_>`_) and by the driver
533 every time before setting a new P-state for a CPU.
535 Additionally, if the ``intel_pstate=per_cpu_perf_limits`` command line argument
536 is passed to the kernel, ``max_perf_pct`` and ``min_perf_pct`` are not exposed
537 at all and the only way to set the limits is by using the policy attributes.
540 Energy vs Performance Hints
541 ---------------------------
543 If the hardware-managed P-states (HWP) is enabled in the processor, additional
544 attributes, intended to allow user space to help ``intel_pstate`` to adjust the
545 processor's internal P-state selection logic by focusing it on performance or on
546 energy-efficiency, or somewhere between the two extremes, are present in every
547 ``CPUFreq`` policy directory in ``sysfs``.  They are :
549 ``energy_performance_preference``
550         Current value of the energy vs performance hint for the given policy
551         (or the CPU represented by it).
553         The hint can be changed by writing to this attribute.
555 ``energy_performance_available_preferences``
556         List of strings that can be written to the
557         ``energy_performance_preference`` attribute.
559         They represent different energy vs performance hints and should be
560         self-explanatory, except that ``default`` represents whatever hint
561         value was set by the platform firmware.
563 Strings written to the ``energy_performance_preference`` attribute are
564 internally translated to integer values written to the processor's
565 Energy-Performance Preference (EPP) knob (if supported) or its
566 Energy-Performance Bias (EPB) knob. It is also possible to write a positive
567 integer value between 0 to 255, if the EPP feature is present. If the EPP
568 feature is not present, writing integer value to this attribute is not
569 supported. In this case, user can use the
570 "/sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_perf_bias" interface.
572 [Note that tasks may by migrated from one CPU to another by the scheduler's
573 load-balancing algorithm and if different energy vs performance hints are
574 set for those CPUs, that may lead to undesirable outcomes.  To avoid such
575 issues it is better to set the same energy vs performance hint for all CPUs
576 or to pin every task potentially sensitive to them to a specific CPU.]
578 .. _acpi-cpufreq:
580 ``intel_pstate`` vs ``acpi-cpufreq``
581 ====================================
583 On the majority of systems supported by ``intel_pstate``, the ACPI tables
584 provided by the platform firmware contain ``_PSS`` objects returning information
585 that can be used for CPU performance scaling (refer to the ACPI specification
586 [3]_ for details on the ``_PSS`` objects and the format of the information
587 returned by them).
589 The information returned by the ACPI ``_PSS`` objects is used by the
590 ``acpi-cpufreq`` scaling driver.  On systems supported by ``intel_pstate``
591 the ``acpi-cpufreq`` driver uses the same hardware CPU performance scaling
592 interface, but the set of P-states it can use is limited by the ``_PSS``
593 output.
595 On those systems each ``_PSS`` object returns a list of P-states supported by
596 the corresponding CPU which basically is a subset of the P-states range that can
597 be used by ``intel_pstate`` on the same system, with one exception: the whole
598 `turbo range <turbo_>`_ is represented by one item in it (the topmost one).  By
599 convention, the frequency returned by ``_PSS`` for that item is greater by 1 MHz
600 than the frequency of the highest non-turbo P-state listed by it, but the
601 corresponding P-state representation (following the hardware specification)
602 returned for it matches the maximum supported turbo P-state (or is the
603 special value 255 meaning essentially "go as high as you can get").
605 The list of P-states returned by ``_PSS`` is reflected by the table of
606 available frequencies supplied by ``acpi-cpufreq`` to the ``CPUFreq`` core and
607 scaling governors and the minimum and maximum supported frequencies reported by
608 it come from that list as well.  In particular, given the special representation
609 of the turbo range described above, this means that the maximum supported
610 frequency reported by ``acpi-cpufreq`` is higher by 1 MHz than the frequency
611 of the highest supported non-turbo P-state listed by ``_PSS`` which, of course,
612 affects decisions made by the scaling governors, except for ``powersave`` and
613 ``performance``.
615 For example, if a given governor attempts to select a frequency proportional to
616 estimated CPU load and maps the load of 100% to the maximum supported frequency
617 (possibly multiplied by a constant), then it will tend to choose P-states below
618 the turbo threshold if ``acpi-cpufreq`` is used as the scaling driver, because
619 in that case the turbo range corresponds to a small fraction of the frequency
620 band it can use (1 MHz vs 1 GHz or more).  In consequence, it will only go to
621 the turbo range for the highest loads and the other loads above 50% that might
622 benefit from running at turbo frequencies will be given non-turbo P-states
623 instead.
625 One more issue related to that may appear on systems supporting the
626 `Configurable TDP feature <turbo_>`_ allowing the platform firmware to set the
627 turbo threshold.  Namely, if that is not coordinated with the lists of P-states
628 returned by ``_PSS`` properly, there may be more than one item corresponding to
629 a turbo P-state in those lists and there may be a problem with avoiding the
630 turbo range (if desirable or necessary).  Usually, to avoid using turbo
631 P-states overall, ``acpi-cpufreq`` simply avoids using the topmost state listed
632 by ``_PSS``, but that is not sufficient when there are other turbo P-states in
633 the list returned by it.
635 Apart from the above, ``acpi-cpufreq`` works like ``intel_pstate`` in the
636 `passive mode <Passive Mode_>`_, except that the number of P-states it can set
637 is limited to the ones listed by the ACPI ``_PSS`` objects.
640 Kernel Command Line Options for ``intel_pstate``
641 ================================================
643 Several kernel command line options can be used to pass early-configuration-time
644 parameters to ``intel_pstate`` in order to enforce specific behavior of it.  All
645 of them have to be prepended with the ``intel_pstate=`` prefix.
647 ``disable``
648         Do not register ``intel_pstate`` as the scaling driver even if the
649         processor is supported by it.
651 ``active``
652         Register ``intel_pstate`` in the `active mode <Active Mode_>`_ to start
653         with.
655 ``passive``
656         Register ``intel_pstate`` in the `passive mode <Passive Mode_>`_ to
657         start with.
659 ``force``
660         Register ``intel_pstate`` as the scaling driver instead of
661         ``acpi-cpufreq`` even if the latter is preferred on the given system.
663         This may prevent some platform features (such as thermal controls and
664         power capping) that rely on the availability of ACPI P-states
665         information from functioning as expected, so it should be used with
666         caution.
668         This option does not work with processors that are not supported by
669         ``intel_pstate`` and on platforms where the ``pcc-cpufreq`` scaling
670         driver is used instead of ``acpi-cpufreq``.
672 ``no_hwp``
673         Do not enable the hardware-managed P-states (HWP) feature even if it is
674         supported by the processor.
676 ``hwp_only``
677         Register ``intel_pstate`` as the scaling driver only if the
678         hardware-managed P-states (HWP) feature is supported by the processor.
680 ``support_acpi_ppc``
681         Take ACPI ``_PPC`` performance limits into account.
683         If the preferred power management profile in the FADT (Fixed ACPI
684         Description Table) is set to "Enterprise Server" or "Performance
685         Server", the ACPI ``_PPC`` limits are taken into account by default
686         and this option has no effect.
688 ``per_cpu_perf_limits``
689         Use per-logical-CPU P-State limits (see `Coordination of P-state
690         Limits`_ for details).
693 Diagnostics and Tuning
694 ======================
696 Trace Events
697 ------------
699 There are two static trace events that can be used for ``intel_pstate``
700 diagnostics.  One of them is the ``cpu_frequency`` trace event generally used
701 by ``CPUFreq``, and the other one is the ``pstate_sample`` trace event specific
702 to ``intel_pstate``.  Both of them are triggered by ``intel_pstate`` only if
703 it works in the `active mode <Active Mode_>`_.
705 The following sequence of shell commands can be used to enable them and see
706 their output (if the kernel is generally configured to support event tracing)::
708  # cd /sys/kernel/debug/tracing/
709  # echo 1 > events/power/pstate_sample/enable
710  # echo 1 > events/power/cpu_frequency/enable
711  # cat trace
712  gnome-terminal--4510  [001] ..s.  1177.680733: pstate_sample: core_busy=107 scaled=94 from=26 to=26 mperf=1143818 aperf=1230607 tsc=29838618 freq=2474476
713  cat-5235  [002] ..s.  1177.681723: cpu_frequency: state=2900000 cpu_id=2
715 If ``intel_pstate`` works in the `passive mode <Passive Mode_>`_, the
716 ``cpu_frequency`` trace event will be triggered either by the ``schedutil``
717 scaling governor (for the policies it is attached to), or by the ``CPUFreq``
718 core (for the policies with other scaling governors).
720 ``ftrace``
721 ----------
723 The ``ftrace`` interface can be used for low-level diagnostics of
724 ``intel_pstate``.  For example, to check how often the function to set a
725 P-state is called, the ``ftrace`` filter can be set to
726 :c:func:`intel_pstate_set_pstate`::
728  # cd /sys/kernel/debug/tracing/
729  # cat available_filter_functions | grep -i pstate
730  intel_pstate_set_pstate
731  intel_pstate_cpu_init
732  ...
733  # echo intel_pstate_set_pstate > set_ftrace_filter
734  # echo function > current_tracer
735  # cat trace | head -15
736  # tracer: function
738  # entries-in-buffer/entries-written: 80/80   #P:4
740  #                              _-----=> irqs-off
741  #                             / _----=> need-resched
742  #                            | / _---=> hardirq/softirq
743  #                            || / _--=> preempt-depth
744  #                            ||| /     delay
745  #           TASK-PID   CPU#  ||||    TIMESTAMP  FUNCTION
746  #              | |       |   ||||       |         |
747              Xorg-3129  [000] ..s.  2537.644844: intel_pstate_set_pstate <-intel_pstate_timer_func
748   gnome-terminal--4510  [002] ..s.  2537.649844: intel_pstate_set_pstate <-intel_pstate_timer_func
749       gnome-shell-3409  [001] ..s.  2537.650850: intel_pstate_set_pstate <-intel_pstate_timer_func
750            <idle>-0     [000] ..s.  2537.654843: intel_pstate_set_pstate <-intel_pstate_timer_func
753 References
754 ==========
756 .. [1] Kristen Accardi, *Balancing Power and Performance in the Linux Kernel*,
757        https://events.static.linuxfound.org/sites/events/files/slides/LinuxConEurope_2015.pdf
759 .. [2] *Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3: System Programming Guide*,
760        https://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/64-ia-32-architectures-software-developer-system-programming-manual-325384.html
762 .. [3] *Advanced Configuration and Power Interface Specification*,
763        https://uefi.org/sites/default/files/resources/ACPI_6_3_final_Jan30.pdf