CPU 调频
CPU 调频为操作系统提供了动态调整 CPU 频率的能力，实现节能或提升性能。系统负载、ACPI 事件或者用户空间程序都可以触发 CPU 频率的调整。
Linux 内核通过 cpufreq 子系统实现此功能，包含以下两个抽象层：
系统会自动选择默认的调频驱动程序和调速器，但是为您仍然可以使用cpupower、 acpid、 Laptop Mode Tools 或桌面环境提供的 GUI 工具等用户空间应用程序来进行高级配置。
用户空间工具[编辑 | 编辑源代码]
thermald[编辑 | 编辑源代码]
thermald包 是一个防止 Intel 平台过热的 Linux 守护进程。此守护进程会监控平台温度，并通过控制 P-states、T-states 和 Intel power clamp 驱动主动控制温度水平。thermald 也适用于较老的 Intel CPU。如果最新版本的驱动程序不可用，那么守护进程会还原为 x86 MSR (Model Specific Register)，由 Linux“cpufreq 子系统”来控制系统冷却。
默认情况下，它利用 CPU 中的数字温度传感器读取 CPU 温度，在硬件采取激进的降温措施之前将 CPU 的温度控制在允许的范围内。如果 sysfs 中存在表面温度传感器，那么它会尝试将表面温度保持在 45℃ 以下。
在使用 Tiger Lake 架构处理器的笔记本电脑（例如 Dell Latitude 3420）上，此守护程序据说可以解锁更多性能。
对应的 systemd 服务是 thermald.service，您应该启用并启动此服务。
i7z[编辑 | 编辑源代码]
i7z包 是 i7 CPU （也同样适用于 i3、i5、i9 CPU）的报告工具。可以在终端下输入 i7z 或者使用图形化工具 i7z-gui 来运行该工具。
turbostat[编辑 | 编辑源代码]
turbostat包 可以显示现代 Intel 和 AMD CPU 的频率、功耗、空闲状态和其他统计数据。
cpupower[编辑 | 编辑源代码]
cpupower包 是一组为辅助 CPU 调频而设计的用户空间工具。该软件包并非必须，但强烈建议安装，因为它提供了方便的命令行实用程序，并且内置 systemd 服务，可在启动时更改调频器。
cpupower 的配置文件位于 /etc/default/cpupower。此配置文件由 /usr/lib/systemd/scripts/cpupower 中的 bash 脚本读取，而该脚本由 systemd 通过 cpupower.service 激活。若要在启动时启用 cpupower，请执行：
# systemctl enable cpupower.service
cpupower-gui[编辑 | 编辑源代码]
cpupower-guiAUR 是一个图形实用程序，旨在帮助 CPU 调频。该 GUI 基于 GTK，提供与 cpupower 相同的选项。cpupower-gui 可以更改每个内核的最大 / 最小 CPU 频率和调速器。该应用程序通过 polkit 获得权限，并允许 wheel 用户组中的任何登录用户更改频率和调速器。
gnome-shell-extension-cpupower[编辑 | 编辑源代码]
gnome-shell-extension-cpupower-gitAUR是一个GNOME shell扩展，可以改变 CPU 的最小/最大的频率，并启用/禁用调频。
auto-cpufreq[编辑 | 编辑源代码]
auto-cpufreqAUR 是一个用于Linux的自动CPU速度和功率优化器，它基于对笔记本电脑的电池状态、CPU使用率、CPU温度和系统负载的主动监测。
power-profiles-daemon[编辑 | 编辑源代码]
power-profiles-daemon包 中的 powerprofilesctl 命令行工具通过 power-profiles-daemon.service 处理电源配置文件（如平衡、省电、性能）。GNOME 和 KDE 也提供了切换配置文件的图形界面；见下文：
关于使用方法、用例以及与类似项目的比较，请参见该项目的 README。
启动/启用 power-profiles-daemon.service 。注意，当 powerprofilesctl 启动时，它也会尝试启动该服务（见dbus.service的单元状态）。
power-profiles-daemon.service（另见 [1]，[2]）。调频驱动[编辑 | 编辑源代码]
调频驱动实现了 CPU 特有的设置调速器指定频率的细节。严格来说，ACPI 标准要求电源性能状态（P-state）从P0开始性能逐渐降低。这种功能在英特尔称为 SpeedStep，在AMD称为 PowerNow!
但在实践中，处理器提供了指定特定频率的方法，而不是局限于调频驱动程序处理的固定 P 状态。
- 原生 CPU 模块将会自动加载。
- 对于现代 Intel CPU，将使用
intel_pstate功率驱动程序，而非下列其他驱动程序。此驱动程序的优先级高于其他驱动程序，并编入内核（而非编译为模块）。此驱动程序将自动用于 Sandy Bridge（以及更新的 CPU）。intel_pstate可能会忽略 BIOS P-State 设置，或者通过intel_cpufreq运行于 "被动模式"。如果使用时遇到问题，可以在内核行加入intel_pstate=disable，这样系统会使用acpi_cpufreq驱动。 - 在支持的 CPU 上(Zen 2 及之后型号)，在内核参数 中加入
amd_pstate=passive可以手动启动amd_pstate。如果内核参数不起作用，可能需要进入主板设置程序中将CPPC和全局C状态控制(global c-state control)打开。主板中的大部分选项默认设置可能是自动（Auto），这往往意味着禁用，必须要手动改成启用（Enabled）才能生效。
cpupower 需要相应模块来了解本地 CPU 的限制信息：
| 模块 | 描述 |
|---|---|
| intel_pstate | 此驱动程序通过内置调频器，实现面向 Intel Core（SandyBridge 和更新的型号）处理器的调频驱动。 |
| intel_cpufreq | 从内核 5.7 开始，intel_pstate 调频驱动程序为不支持 硬件P 状态管理(HWP) 的 CPU 选择“被动模式”又名 intel_cpufreq，即第 5 代或更早的 Intel Core i处理器。 |
| amd_pstate | 此驱动程序为 AMD Ryzen（某些 Zen 2 和更新版本）处理器实现了带有内部调速器的调频驱动程序。 |
| acpi_cpufreq | 此 CPUFreq 驱动程序可充分利用 ACPI Processor Performance States。此驱动程序也支持 Intel Enhanced SpeedStep（之前由 speedstep-centrino 模块（已废弃）提供支持）。 |
| speedstep_lib | 此 CPUFreq 驱动程序面向支持 Intel SpeedStep 的 CPU（主要包括 Atom 和早于 Pentinum 3 的 CPU）。 |
| powernow_k8 | 面向 K8/K10 Athlon 64/Opteron/Phenom 的 CPUFreq 驱动程序。从 Linux 3.7 开始，对于此系列中的较现代 CPU，将自动使用“acpi_cpufreq”。 |
| pcc_cpufreq | 此驱动程序支持 HP 和 Microsoft 提出的 Processor Clocking Control 接口，在某些 ProLiant 服务器上比较有用。 |
| p4_clockmod | 面向 Intel Pentium 4/Xeon/Celeron 处理器的 CPUFreq 驱动程序，可通过跳频来降低 CPU 温度。（您最好使用 SpeedStep 驱动程序。） |
查看所有可用的模块，运行以下命令：
$ ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/cpufreq/
加载合适的模块 (see Kernel modules for details)。一旦合适的 cpufreq 驱动模块被加载成功，就可以通过以下命令查询到 CPU 的信息：
$ cpupower frequency-info
设置最大和最小频率[编辑 | 编辑源代码]
在罕见的情况下，可能有必要手动设置最大和最小频率。
运行以下命令设置最大时钟频率（clock_freq 为时钟频率，单位为：GHz, MHz）：
# cpupower frequency-set -u clock_freq
运行以下命令设置最小时钟频率：
# cpupower frequency-set -d clock_freq
运行以下命令设置运行于指定频率：
# cpupower frequency-set -f clock_freq
- 仅设置某一核心，添加参数
-c core_number。 - The governor，频率的最大值和最小值可以在
/etc/default/cpupower中设置。
或者，也可以手动设置频率：
# echo value | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_max_freq
可以在 /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_available_frequencies 或者类似的地方找到取值。 参考 [3]
配置超频[编辑 | 编辑源代码]
在合适的散热条件下，某些处理器支持在短时间内将其频率提高到高于正常最大值的频率。 在 Intel 处理器上，这称为英特尔睿频加速（英语：Intel Turbo Boost）, 在 AMD 处理器上叫做 Turbo-Core（别名：AMD Core Performance Boost ，缩写CPB）。
通过 sysfs 配置 (intel_pstate)[编辑 | 编辑源代码]
intel_pstate 有一个特定于驱动程序的接口，用于禁止处理器进入 turbo P-States：
# echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo
通过 sysfs 配置 (Other scaling drivers)[编辑 | 编辑源代码]
对于 intel_pstate 以外的缩放驱动程序，如果驱动程序支持超频，系统中应该可以找到 sysfs 属性/sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost，并可用于禁用/启用超频：
# echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost
通过 x86_energy_perf_policy 配置[编辑 | 编辑源代码]
在 Intel 处理器上，x86_energy_perf_policy包 也可用于配置 Turbo Boost：
# x86_energy_perf_policy --turbo-enable 0
调速器[编辑 | 编辑源代码]
调速器（见下表）是预设的 CPU 电源方案，有些是设置为固定频率，有些会根据算法计算出需要的频率。在同一时刻只会有一个会调速器被激活。详见内核文档。
intel_pstate scaling driver in active mode will bypass the generic CPUFreq governors, providing its own scaling algorithms: powersave and performance. Although they share names with generic governors, their algorithms work differently: both intel_pstate governors provide dynamic scaling similar to the schedutil or ondemand generic governors. The performance algorithm should give better power saving functionality than the old ondemand governor.| 调速器 | 描述 |
|---|---|
| performance | 运行于最大频率, 数值通过 /sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_max_freq.
|
| powersave | 运行于最小频率，数值值通过 /sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_min_freq 查看。
|
| userspace | 运行于用户指定的频率，通过 /sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_setspeed 配置。
|
| ondemand | 按需快速动态调整CPU频率， 一有cpu计算量的任务，就会立即达到最大频率运行，空闲时间增加就降低频率 |
| conservative | 按需快速动态调整CPU频率， 比 ondemand 的调整更保守 |
| schedutil | 基于调度程序调整 CPU 频率 [4], [5]. |
根据实际硬件，以下的调速器可能被默认启用：
powersave：Intel 使用intel_pstate驱动的 CPU(Sandy Bridge 和更新的CPU)。powersave(for Linux < 5.10) orschedutil(since Linux 5.10) for CPUs using theacpi_cpufreqdriver.
如果需要指定特定的调速器，运行以下命令：
# cpupower frequency-set -g governor
- 仅设置某一核心，请在命令的最后跟随以下参数
-c core_number。 - 激活某一调速器，需要特定的 内核模块 （名为
cpufreq_governor）正确载入。在 3.4 内核上，这些模块应该已经自动加载。
也可以这样实现：
# echo governor | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor
$ watch cat /sys/devices/system/cpu/cpu[0-9]*/cpufreq/scaling_cur_freq
调节 ondemand 调速器[编辑 | 编辑源代码]
详见内核文档。
开关阈值[编辑 | 编辑源代码]
设置到其他值（增加）的步长，执行以下命令：
# echo -n percent > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/governor/up_threshold
设置到其他值（减小）的步长，执行以下命令：
# echo -n percent > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/governor/down_threshold
采样率[编辑 | 编辑源代码]
采样率决定调速器多久进行一次检查并调整CPU频率。
设置sampling_down_factor大于1将通过降低负载评估的消耗，并将CPU保持在最高运行频率而提高性能。sampling_down_factor 的可选数值是 1 到 100000。这个可调参数对低CPU频率/负载没有效果。
要获取这个值 (default = 1)，运行：
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor
要设置这个值，运行：
# echo -n <value> > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/sampling_down_factor
保存设置[编辑 | 编辑源代码]
要在重启后自动启用设置，通常使用内核模式选项和 systemd#systemd-tmpfiles - temporary files。
例如要将 up_threshold 设置为 10:
/etc/tmpfiles.d/ondemand.conf
w- /sys/devices/system/cpu/cpufreq/ondemand/up_threshold - - - - 10
如果某些特殊情况下会出现时序问题，可以使用 udev。创建如下 udev 规则：
$ udevadm info -a /sys/devices/cpu
...
KERNEL=="cpu"
SUBSYSTEM=="event_source"
...
/etc/udev/rules.d/cpu.rules
KERNEL=="cpu", SUBSYSTEM=="event_source", ACTION=="add", RUN+="/bin/sh -c 'echo performance | tee /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy*/scaling_governor'"
$ udevadm test /sys/devices/cpu
... Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/99-systemd.rules Reading rules file: /etc/udev/rules.d/cpu.rules ...
要在 initramfs 中启用设置，请参考下面例子：udev#Debug output.
Intel performance and energy bias hint[编辑 | 编辑源代码]
The Intel performance and energy bias hint (EPB) is an interface provided by Intel CPUs to allow for user space to specify the desired power-performance tradeoff, on a scale of 0 (highest performance) to 15 (highest energy savings). The EPB register is another layer of performance management functioning independently from frequency scaling. It influences how aggressive P-state and C-state selection will be, and informs internal model-specific decision making that affects energy consumption.
Common values and their aliases, as recognized by sysfs and x86_energy_perf_policy are:
| EPB value | String |
|---|---|
| 0 | performance |
| 4 | balance-performance |
| 6 | normal, default |
| 8 | balance-power |
| 15 | power |
Setting via sysfs[编辑 | 编辑源代码]
The EPB can be set using a sysfs attribute:
# echo epb | tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/power/energy_perf_bias
Setting via x86_energy_perf_policy[编辑 | 编辑源代码]
With x86_energy_perf_policy包:
# x86_energy_perf_policy epb
Setting via cpupower[编辑 | 编辑源代码]
With cpupower包:
# cpupower set -b epb_value
与 ACPI 事件交互[编辑 | 编辑源代码]
用户可以把调速器配置为基于不同的ACPI事件自动切换的形式。例如接入外接电源，或是合上屏幕时。以下是一个简明的例子，但可能有必须通读一遍文章acpid.
事件是在/etc/acpi/handler.sh中定义的。如果acpid包软件包已经安装，这个文件应该已经存在并且设置为可执行。例如，当外接电源拔除时将调速器从performance改为conservative，而当电源再次接入时将它改回来：
/etc/acpi/handler.sh
[...]
ac_adapter)
case "$2" in
AC*)
case "$4" in
00000000)
echo "conservative" >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
echo -n $minspeed >$setspeed
#/etc/laptop-mode/laptop-mode start
;;
00000001)
echo "performance" >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
echo -n $maxspeed >$setspeed
#/etc/laptop-mode/laptop-mode stop
;;
esac
;;
*) logger "ACPI action undefined: $2" ;;
esac
;;
[...]
疑难解答[编辑 | 编辑源代码]
- 一些应用程序，如ntop，对自动频率调整不能很好地响应。在ntop的案例中它可能导致分段错误和大量信息丢失，因为在大量网络数据包突然到达被监控的网络接口时，
on-demand调速器不能迅速反应，以致当前处理速度满足不了处理这些数据包所需的速度。
- 一些CPU在默认的
on-demand调速器配置下可能受到比较严重的性能损失（例如flash视频不能平滑地播放，或窗口动画停顿）。为了解决这些问题，完全禁用掉频率调整不如采取更积极的措施——降低每个CPU的up_threshold sysctl变量值。阅读#调节 ondemand 调速器章节以获得更多信息。
- 有时on-demand调速器可能达不到最高频率而只能达到次级频率。这个问题可以通过把max_freq值设置得稍微高于最大频率的方式来解决。例如，如果CPU的频率范围是2.00 GHz到3.00 GHz，把max_freq设置为3.01 GHz就是一个不错的主意。
- ALSA驱动和有些声音芯片配合工作时，可能导致在调速器改变频率时声音跳跃。改回non-changing调速器应该能够解决这个问题。
BIOS频率限制[编辑 | 编辑源代码]
一些CPU/BIOS配置可能导致达不到最高频率或根本无法调高频率。这很可能是因为BIOS告诉操作系统限制频率，结果在/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/bios_limit中设置了一个过低的值。
这种情况下需要在BIOS设置中修改指定的配置（频率，发热管理等）。这通常是由于有问题的/过旧的BIOS导致，也可能BIOS有特别的原因要求必须这样。
可能的原因有（假设你的机器是一台笔记本）电池被移除（或快要完全损坏），所以你只能用外接电源。这种情况下如果电源适配器提供的电能太弱，就会满足不了整个系统在峰值所需的电能，而且又没有电池辅助供电，就可能导致数据丢失，数据损坏或最坏的情况下损坏硬件！
不是所有的BIOS都会在这种情况下限制CPU频率，但如IBM/联想 Thinkpad就会。参考thinkwiki以获取更多信息thinkpad related info on this topic.
如果你检查后发现并没有不正确的BIOS设置，而且你也十分清楚自己在做什么以及可能导致的结果，你还可以选择让内核忽略BIOS限制。
一个特殊的参数需要传递给处理器模块。
临时尝试这办法时可以修改/sys/module/processor/parameters/ignore_ppc值从0到1。
要固化这个修改请参考Kernel module或继续阅读本文。
添加processor.ignore_ppc=1到内核启动参数或创建
/etc/modprobe.d/ignore_ppc.conf
# 如果你的机器受到错误的BIOS频率限制，这应该会有帮助 options processor ignore_ppc=1