一、電源管理基礎知識

1.1電源管理的幾種狀態

Android kernel源碼中，定義了三種電源狀態，在kernel/power/suspend.c中：

對應的宏定義/include/linux/suspend.h

1.2 電源管理狀態的介紹：

PM_SUSPEND_ON

設備處于正常工作狀態

PM_SUSPEND_STANDBY

設備處于省電狀態，但還可以接收某些事件

PM_SUSPEND_MEM

設備進入睡眠狀態，保存系統運行的上下文至內存后掛起系統，只有特定外部中斷才可以喚醒設備

PM_SUSPEND_TO_IDLE

設備進入空閑狀態,凍結用戶空間并將外圍設備調至低耗電模式,強制將 CPU 進入idle

ADB 查看支持的電源模式

cat /sys/power/state

1.3 Idle State

Android的Idle狀態分為二類：CPU Idle和Device Idle

CPU Idle

每一個 CPU 核心都會有一個 idle 進程，idle 進程是當系統沒有調度 CPU 資源的時候，會進入 idle 進程，而 idle 進程的作用就是不使用 CPU，以此達到省電的目的。

有關CPU idle的內容可以查看公眾號之前的文章《Linux Cpuidle介紹》

Device Idle

Device Idle屬于android Doze模式中的概念,即指手機屏幕熄屏、不充電、靜置不動

在 Doze 模式下，按照google的官方說法，Wakelocks，網絡訪問，jobshedule，鬧鐘，GPS/WiFi掃描都會停止。

系統會定期退出 Doze 一小段時間，讓應用程序完成其延遲的活動。在此維護窗口期間，系統運行所有掛起的同步、作業和警報，并允許應用程序訪問網絡。

二、Android電源管理框架

Android系統的電源管理框架分成五個部分：應用層，框架層，Native層，HAL層和內核層。電源管理架構圖例如下:

應用接口層: PowerManager.java 負責向應用程序提供一系列接口,例如wakelock的申請與釋放,進而讓系統休眠或喚醒

框架層: PowerManagerService.java PowerManagerServic是android電源管理的核心服務,向上提供應用程序接口.向下通過hal層和kernel層來控制待機狀態和系統硬件設備狀態

HAL層: power.c 接收上層參數,通過寫節點與kernel層通信

內核層: Kernel/Power 實現系統電源管理框架機制,為設備電源管理提供基礎框架

三、WakeLock

Android中wakelock是一種鎖的機制,用于阻止系統進入睡眠狀態，只要有任意應用持有wakelock，那么系統就無法進入睡眠狀態。

newWakeLock(int flags, String tag)

申請wakelock時有一個關鍵的參數flags，它有如下幾種情況：

PARTIAL_WAKE_LOCK: Screen off, keyboard light off

SCREEN_DIM_WAKE_LOCK: Screen dim, keyboard light off

SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK: Screen bright, keyboard light off

FULL_WAKE_LOCK: Screen bright, keyboard bright

上面4種是互斥的，即只能指定其中之一，但可以與下面兩種flag不是互斥的：

ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP:一旦有請求鎖時強制打開Screen和keyboard light

ON_AFTER_RELEASE:在釋放鎖時reset activity timer

如果系統申請了PARTIAL_WAKE_LOCK，那么即使按power鍵，系統也不會進sleep，如music播放時.如果申請了其它的wakelocks，按power鍵，系統還是會進sleep

wakelock有加鎖和解鎖兩種狀態：

一種是永久性鎖住，這種鎖除非后續放開，否則不會解鎖；

另一種是超時鎖，這種鎖會鎖定系統一段時間后會自動解鎖。

電源鎖的兩種類型：

(1)WAKE_LOCK_SUSPEND:阻止系統進入睡眠，屬于永久性鎖，超時鎖為WAKE_LOCK_AUTO_EXPIRE

(2)WAKE_LOCK_IDLE:阻止持有該鎖的系統進入idle狀態

Android中使用兩條鏈表分別保存處于active狀態的suspend lock和idle lock和保存處于inactive狀態的wakelock。

系統執行加放鎖有兩種機制，第一種是不計數鎖，另一種是計數鎖。可以通過PowerManager.WakeLock.setReferenceCounted(boolean value) 來指定，默認為計數機制。這兩種機制的區別在于，前者無論 acquire() 了多少次，只要通過一次 release()即可直接解鎖。而后者正真解鎖是在（ --count == 0 ）的時候，同樣當 (count == 0) 的時候才會去申請加鎖，其他情況 isHeld 狀態是不會改變的。所以 wakeLock 的計數機制并不是正真意義上的對每次請求進行申請／釋放每一把鎖，它只是對同一把鎖被申請／釋放的次數進行了統計后才去執行操作。

3.1wakelock在framework層

內核啟動完成后，電源管理系統會在文件系統中建立兩個節點：

/sys/power/wake_lock

/sys/power/wake_unlock

應用程序可以通過/sys/power/wake_lock申請一個WAKE_LOCK_SUSPEND 類型的鎖，通過/sys/power/wake_unlock則可以釋放一個鎖。內核在進入suspend之前如果檢測到某個鎖沒有釋放，則會放棄本次的suspend過程，直到這個鎖釋放為止.Android持有電源鎖后可以讓持鎖的進程持續執行,即使進入了睡眠模式。

如果應用崩掉或退出，系統會自動釋放他們獲取的所有電源鎖；如果是在服務中獲取的，當服務崩掉或注銷時也會自動釋放；

Framework層有關電源鎖的內容是通過PowerManagerService類來實現，這個類是用來管理所有應用程序申請的wakelock，比如音視頻播放器，camera等申請的wakelock都是通過這個類來管理的。如：

static final String PARTIAL_NAME = "PowerManagerService"

PARTIAL_NAME作為參數傳遞到底層去。

ADB 調試命令

echo lockname > /sys/power/wake_lock

加鎖“lockname”

echo lockname > /sys/power/wake_unlock

解鎖“lockname”

四、Earlysuspend和Lateresume

Early Suspend和Late Resume是Android在標準Linux的基礎上增加的一項特性。當用戶空間申請進入suspend時，會先進入early suspend狀態.外設驅動程序可以注冊early suspend回調函數，當進入early suspend時，內核會逐一地調用這些回調函數。例如在進入early suspend后，回調函數會通過屏幕驅動把屏幕和背光都關閉, 但此時系統依然在正常運行。進入early suspend狀態以后，一旦所有wakelock被釋放，系統馬上會進入真正的suspend流程.

Android 4.4起，也就是引入ART的版本，摒棄了early suspend機制，改用了fb event通知機制，后續Android版本只有suspend、resume以及runtime suspend、runtime resume。

結語

本文講述了Android電源管理模塊的主要內容，旨在讓讀者對于Android電源狀態及wakelock有一個初步的認識，方便以后深入介紹內核wakelock的實現和Android的待機喚醒流程.

審核編輯：劉清