Guida alla Gestione Energetica

1.  Introduzione

Capacità e durata delle batterie dei notebook sono migliorate molto nel corso degli ultimi anni. Tuttavia i moderni processori consumano molta più energia dei vecchi e ad ogni nuova generazione di notebook si aggiungono nuove periferiche "affamate" di energia. Ecco il perchè dell'importanza della gestione energetica. Applicando buone politiche di risparmio energetico non sarà sempre necessario acquistare un'altra batteria.

Breve Panoramica

Questa guida tratta della gestione energetica per i notebook. Alcune sezioni potrebbero essere valide anche per i server, altre non lo sono sicuramente e potrebbero causare problemi. Si consiglia fortemente di non applicare niente di quello contenuto in questa guida a macchine server a meno che non si sappia veramente quello che si sta facendo.

Poichè questa guida diventa sempre più lunga, segue una breve panoramica di ciò che sarà trattato.

La sezione Prerequisiti tratta di alcuni requisiti di base necessari per tutte le sezioni a seguire della guida. Include impostazioni del BIOS e particolari configurazioni nel kernel. I seguenti tre capitoli pongono l'attenzione sui componenti che tipicamente consumano maggiore energia: il processore, il display e l'hard disk. Ognuno di essi pùo essere configurato separatamente. Gestione Energetica della CPU mostra come modificare la frequenza del processore al fine di risparmiare energia senza un eccessivo calo delle prestazioni. Alcuni stratagemmi in Gestione Energetica dell'Hard Disk permettono di alleggerire il carico di lavoro del disco (avendo come effetto anche una riduzione del livello di rumore). Indicazioni anche per le schede Wireless LAN e per le periferiche USB concludono la sezione dei dispositivi in Gestione Energetica delle altre periferiche mentre un altro intero capitolo è dedicato agli (ancora sperimentali) Stati di Sleep. L'ultimo capitolo (ma non come importanza) denominato Risoluzione dei problemi elenca i problemi più comuni in cui è possibile incorrere.

Bilancio Energetico Per Ogni Componente

Figura 1.1: Peso energetico per ogni componente

Quasi tutti i componenti possono funzionare in differenti stati, ovvero off (spento), sleep (a riposo), idle (inattivo), active (attivo), consumando a seconda dei casi diverse quantità di energia. La maggior parte dell'energia viene consumata dal display LCD, dalla CPU e dagli hard disk. Spesso alcuni di essi sono in grado di attivare politiche di gestione energetica attraverso il BIOS, ma una configurazione intelligente del proprio sistema operativo adattabile a diverse situazioni può ottenere molto di più.

2.  Prerequisiti

Prima di trattare i dettagli della gestione energetica per le singole periferiche, vi sono alcuni requisiti. Dopo aver controllato le impostazioni del BIOS, è necessario attivare alcune opzioni del kernel, che in breve sono ACPI, sleep states e CPU frequency scaling. Poichè il risparmio energetico comporta una perdita delle prestazioni o un aumento della latenza, deve essere attivato, naturalmente, solamente in assenza di una connessione a rete elettrica. Da qui la necessità di un nuovo runlevel battery.

Il BIOS

Per prima cosa è necessario controllare le impostazioni relative alla Gestione Energetica nel BIOS. Di solito la soluzione migliore è combinare le impostazioni del BIOS alle politiche del sistema operativo, ma per il momento è meglio disabilitare le funzioni del BIOS. In questo modo niente interferisce con le nuove politiche imposte dal sistema operativo. Dopo aver configurato tutto per bene, sarà necessario riabilitare tutte le funzioni del BIOS.

Impostazione Delle flag USE

È importante verificare che la flag USE acpi sia attivata in /etc/make.conf. Altre flag USE che potrebbero interessare il proprio sistema sono apm, lm_sensors, nforce2, nvidia, pmu. Per informazioni su queste ultime è possibile consultare i file /usr/portage/profiles/use*.desc. Se, in qualsiasi momento, ci si accorge della mancanza di una qualsiasi di queste flag, è possibile ricompilare i pacchetti interessati con l'opzione --newuse di emerge; maggiori informazioni con man 1 emerge.

Configurazione Del Kernel

Il supporto dell'ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) nel kernel è ancora in fase di sviluppo. Pertanto è consigliabile usare sempre il kernel più recente.

In Portage ci sono differenti versioni del kernel. Quelle consigliate sono gentoo-sources e tuxonice-sources. La seconda, in particolare, contiene le patch per TuxOnIce; vedere la sezione sugli stati di sleep per maggiori dettagli. Nelle opzioni di configurazione del kernel vanno, in ogni caso, attivate le opzioni seguenti:

Power Management and ACPI options --->
  [*] Power Management support
  [ ] Software Suspend

  ACPI( Advanced Configuration and Power Interface ) Support --->
    [ ]   Deprecated /proc/acpi/ files
    [*]   AC Adapter
    [*]   Battery
    <M>   Button
    <M>   Video
    [ ]   Generic Hotkey
    <M>   Fan
    <M>   Processor
    <M>     Thermal Zone
    < >   ASUS/Medion Laptop Extras
    < >   IBM ThinkPad Laptop Extras
    < >   Toshiba Laptop Extras
    (0)   Disable ACPI for systems before Jan 1st this year
    [ ]   Debug Statements
    [*]   Power Management Timer Support
    < >   ACPI0004,PNP0A05 and PNP0A06 Container Driver (EXPERIMENTAL)

  CPU Frequency Scaling --->
    [*] CPU Frequency scaling
    [ ]   Enable CPUfreq debugging
    < >   CPU frequency translation statistics
    [ ]     CPU frequency translation statistics details
          Default CPUFreq governor (userspace)
    <*>   'performancÈ governor
    <*>   'powersavÈ governor
    <*>   'ondemand' cpufreq policy governor
    <*>   'conservativÈ cpufreq governor
    <*>   CPU frequency table helpers
    <M> ACPI Processor P-States driver
    <*> driver CPUFreq a seconda del processore

È possibile attivare, a propria discrezione, Software Suspend e Sleep States. I possessori di notebook ASUS, Medion, Thinkpad IBM o Toshiba devono attivare i relativi moduli specifici.

Il kernel deve essere in grado di attivare il CPU frequency scaling (cambio di frequenza della CPU) sul processore. Poichè ogni CPU presenta un'interfaccia differente dalle altre, è necessario scegliere il driver giusto per il proprio processore. Prestare attenzione a queesto passaggio perchè, ad esempio, attivando Intel Pentium 4 clock modulation su un Pentium M si otterrà molto probabilmente un sistema poco stabile. La documentazione del kernel può chiarire qualsiasi dubbio in proposito.

Dopo la compilazione del kernel bisogna assicurarsi del corretto caricamento dei moduli all'avvio e riavviare il notebook con il nuovo kernel con ACPI abilitato. Successivamente eseguire emerge sys-power/acpid per installare il demone acpi. Il suddetto demone gestisce eventi quali il passaggio da corrente a batteria o la chiusura del lid. È necessario assicurarsi che i moduli siano caricati se non compilati direttamente all'interno del proprio kernel. A questo punto avviare il demone acpid con /etc/init.d/acpid start ed eseguire rc-update add acpid default per caricarlo all'avvio. Il suo utilizzo verrà spiegato in seguito.

# emerge sys-power/acpid
# /etc/init.d/acpid start
# rc-update add acpid default

Creazione Del Runlevel "battery"

La configurazione predefinita attiverà il risparmio energetico solo quando necessario, praticamente quando il notebook funziona con la propria batteria. Per effettuare il passaggio fra stato di corrente e di batteria, sarà necessario creare un runlevel battery in grado di gestire l'avvio e il blocco degli script di risparmio energetico.

# cd /etc/runlevels
# cp -a default battery

Finito. Il nuovo runlevel battery contiene tutto come default, ma non c'è ancora nessun cambio automatico tra i due livelli.

Risposta Agli Eventi ACPI

Di solito gli eventi ACPI sono la chiusura del lid, il cambio della sorgente energetica e il bottone di sleep. Il cambio di sorgente energetica è un evento importante e deve necessariamente generare un cambio di runlevel. Di questo si occuperà un piccolo script.

È necessario uno script in grado di cambiare il runlevel fra default e battery a seconda della sorgente energetica utilizzata. Lo script utilizzata il comando on_ac_power fornito da sys-power/powermgmt-base: assicurarsi dell'installazione di tale pacchetto nel proprio sistema.

# emerge powermgmt-base

Ora, tramite il comando on_ac_power && echo AC available || echo Running on batteries eseguito in shell è possibile determinare la sorgente energetica in uso. Lo script seguente è responsabile del cambio di runlevel. Va salvato come /etc/acpi/actions/pmg_switch_runlevel.sh

#!/bin/bash

# INIZIO configurazione
RUNLEVEL_AC="default"
RUNLEVEL_BATTERY="battery"
# FINE configurazione


if [ ! -d "/etc/runlevels/${RUNLEVEL_AC}" ]
then
        logger "${0}: Runlevel ${RUNLEVEL_AC} does not exist. Aborting."
        exit 1
fi

if [ ! -d "/etc/runlevels/${RUNLEVEL_BATTERY}" ]
then
        logger "${0}: Runlevel ${RUNLEVEL_BATTERY} does not exist. Aborting."
        exit 1
fi

if on_ac_power
then
  if [[ "$(</var/lib/init.d/softlevel)" != "${RUNLEVEL_AC}" ]]
  then
            logger "Switching to ${RUNLEVEL_AC} runlevel"
            /sbin/rc ${RUNLEVEL_AC}
  fi
elif [[ "$(</var/lib/init.d/softlevel)" != "${RUNLEVEL_BATTERY}" ]]
then
        logger "Switching to ${RUNLEVEL_BATTERY} runlevel"
        /sbin/rc ${RUNLEVEL_BATTERY}
fi

Con il comando chmod +x /etc/acpi/actions/pmg_switch_runlevel.sh si rende lo script eseguibile. Infine è necessario che lo script venga eseguito ad ogni cambio di sorgente energetica dal demone acpid. Bisogna però sapere quali eventi vengono generati al cambio di sorgente energetica. Gli eventi vengono chiamati ac_adapter e battery sulla maggior parte dei notebook, ma si potrebbero avere delle eccezioni.

# tail -f /var/log/messages | grep "received event"

Eseguire il comando sopra indicato e staccare il cavo di alimentazione dal proprio notebook.

[Tue Sep 20 17:39:06 2005] received event "ac_adapter AC 00000080 00000000"
[Tue Sep 20 17:39:06 2005] received event "battery BAT0 00000080 00000001"

La parte interessante di questo output è quella che segue received event fra le virgolette. Sarà necessario inserire queste stringhe nello script che segue. In caso il proprio notebook dovesse generare più eventi o sempre lo stesso evento, non c'è da preoccuparsi.

# Sostituire "ac_adapter" indicato di seguito con l'evento generato dal proprio notebook
# Ad esempio ac_adapter.* sarà sostituito da ac_adapter AC 00000080 00000000
event=ac_adapter.*
action=/etc/acpi/actions/pmg_switch_runlevel.sh %e

# Sostituire "battery" indicato di seguito con l'evento generato dal proprio notebook
# Ad esempio battery.* sarà sostituito da battery BAT0 00000080 00000001
event=battery.*
action=/etc/acpi/actions/pmg_switch_runlevel.sh %e

Sarà necessario riavviare il demone acpid per rendere attivi i cambiamenti apportati.

# /etc/init.d/acpid restart

Provando ora ad attaccare e staccare l'alimentazione a corrente, nei log di sistema dovrebbero apparire a seconda dei casi i messaggi "Switching to AC mode" o "Switching to battery mode". Se lo script non è in grado di rilevare correttamente la sorgente di energia utilizzata, è possibile consultare la sezione Risoluzione dei problemi.

A causa della natura del meccanismo degli eventi, il notebook, al boot, passa al runlevel default che sia o meno collegato alla rete elettrica. Questo va bene se si è collegati direttamente a rete elettrica, certamente no quando si avvia da batteria. Una soluzione potrebbe essere l'aggiunta di un parametro del tipo softlevel=battery al proprio boot loader, ma ci si potrebbe dimenticare di selezionarlo. Una soluzione migliore è sicuramente quella di generare un finto evento ACPI alla fine del processo di boot e lasciare che lo script pmg_switch_runlevel.sh decida quale runlevel utilizzare. Aprire con il proprio editor il file /etc/conf.d/local.start e aggiungere le linee:

# Finto evento acpi per cambiare runlevel se scollegati da rete elettrica
/etc/acpi/actions/pmg_switch_runlevel.sh "battery/battery"

Conclusa questa parte preparativa, è ora possibile attivare le politiche di gestione energetica per ogni singolo componente.

3.  Gestione Energetica della CPU

I processori per i sistemi mobili possono operare a frequenze differenti. Alcuni di essi permettono il cambio del proprio voltaggio. In molte situazioni, la CPU non lavora a pieno carico e quindi abbassandone la frequenza, si otterrà un notevole risparmio energetico, spesso senza nemmeno un decremento prestazione.

Terminologia Tecnica

Il CPU frequency scaling introduce alcuni termini tecnici che potrebbero non essere conosciuti. Segue, per questo motivo, una breve introduzione.

Prima di tutto, il kernel deve essere in grado di cambiare la frequenza di funzionamento della CPU. Il CPUfreq processor driver contiene i comandi per effettuare questa operazione su ogni tipo di CPU. Per questo motivo è importante indicare il driver giusto da utilizzare nel proprio kernel (operazione già effettuata precedentemente). Inoltre, il kernel deve anche scegliere la frequenza corretta di funzionamento da utilizzare nelle diverse situazioni. Questa viene fissata in base ad una policy (politica di gestione) che consiste in una CPUfreq policy e in un governor (regolatore). Una CPUfreq policy non è altro che un insieme di due numeri che definiscono un campo all'interno del quale la frequenza può oscillare, ovvero un valore minimo e uno massimo. Il governor, invece, decide quale delle frequenze disponibili fra la minima e la massima utilizzare. Ad esempio, il powersave governor utilizza sempre la frequenza più bassa disponibile, il performance governor, invece, la più alta. L'userspace governor non sceglie nessuna frequenza in particolare ma utilizza quella indicata dall'utente (o da un programma in userspace); il valore della frequenza viene letto da /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_setspeed.

Questo può non sembrare un cambiamento dinamico della frequenza e in effetti non lo è. La dinamicità può essere realizzata con diversi approcci. Ad esempio, ondemand governor prende le sue decisioni in base al carico di lavoro della CPU. La stessa cosa viene fatta da utility come cpudyn, cpufreqd, powernowd e molte altre. Gli eventi ACPI possono essere utilizzati per attivare o disattivare i cambi dinamici della frequenza a seconda della sorgente energetica utilizzata.

Impostazione della Frequenza

Diminuendo la velocità e il voltaggio della CPU si hanno due vantaggi: viene consumata meno energia e il notebook non si riscalda eccessivamente. Il grande svantaggio, naturalmente, è una perdita di prestazioni. La diminuzione della velocità del processore resta in ogni caso un buon compromesso fra calo di prestazioni e risparmio energetico.

È ora di provare il corretto funzionamento del cambio di frequenza della CPU. Installare un altro strumento: sys-power/cpufrequtils.

# emerge cpufrequtils
# cpufreq-info

Ecco un esempio di quello che si ottiene:

cpufrequtils 0.3: cpufreq-info (C) Dominik Brodowski 2004
Report errors and bugs to linux@brodo.de, please.
analyzing CPU 0:
 driver: centrino
 CPUs which need to switch frequency at the same time: 0
 hardware limits: 600 MHz - 1.40 GHz
 available frequency steps: 600 MHz, 800 MHz, 1000 MHz, 1.20 GHz, 1.40 GHz
 available cpufreq governors: conservative, ondemand, powersave, userspace,
performance
 current policy: frequency should be within 924 MHz and 1.40 GHz.
  The governor "performance" may decide which speed to use
  within this range.
 current CPU frequency is 1.40 GHz.

Utilizzare cpufreq-set per assicurarsi che il cambio di frequenza funzioni. Il comando cpufreq-set -g ondemand, ad esempio, attiva il governor ondemand; eseguirlo e verificare il cambiamento con cpufreq-info. Se non funziona come dovrebbe, la sezione Risoluzione dei problemi alla fine di questa guida potrebbe essere d'aiuto.

cpufrequtils può operare in modalità automatica (quando si usa il governor ondemand), si può inoltre passare al governor userspace se si vuole impostare manualmente una specifica velocità. È possibile anche impostare staticamente la propria CPU alla massima o minima velocità usando rispettivamente i governor performance e powersave.

(Impostare la frequenza più alta disponibile)
# cpufreq-set -g performance
(Impostare la frequenza più bassa disponibile)
# cpufreq-set -g powersave
(Impostare una specifica frequenza)
# cpufreq-set -g userspace
# cpufreq-set -f 2.00ghz

Altri strumenti di utilità per gestire la velocità della CPU

Sebbene cpufrequtils possa essere considerato il miglior programma sulla piazza, ci sono alcune altre scelte disponibili in Portage. La tabella seguente fornisce una rapida panoramica su gli strumenti di utilità disponibili per la gestione della velocità della CPU. È suddivisa in tre categorie: kernel per soluzioni che hanno bisogno solo del supporto del kernel, demone per programmi che lavorano in background e GUI per programmi che forniscono una interfaccia grafica per una configurazione più semplice.

L'adattamento della frequenza della CPU al carico di lavoro corrente del notebook può sembrare semplice da attuare ad una prima occhiata, ma in realtà non lo è. Un algoritmo errato può causare cambi continui fra due frequenze o spreco di energia quando la frequenza viene portata inutilmente a valori troppo alti.

Quale scegliere? Se si è indecisi, un'ottima scelta è cpufreqd:

# emerge cpufreqd

La configurazione di cpufreqd avviene attraverso il file /etc/cpufreqd.conf. Quella predefinita fornita con cpufreqd sembra leggermente confusionaria. Si raccomanda di sostituirla con quella fornita dall'ex sviluppatore Gentoo, Henrik Brix Andersen (vedere successivamente). È necessaria almeno la versione 2.0.0 di cpufreqd. Le versioni precedenti presentano una sintassi differente per il file di configurazione.

[General]
pidfile=/var/run/cpufreqd.pid
poll_interval=3
enable_plugins=acpi_ac, acpi_battery
enable_remote=1
remote_group=wheel
verbosity=5
[/General]

[Profile]
name=ondemand
minfreq=0%
maxfreq=100%
policy=ondemand
[/Profile]

[Profile]
name=conservative
minfreq=0%
maxfreq=100%
policy=conservative
[/Profile]

[Profile]
name=powersave
minfreq=0%
maxfreq=100%
policy=powersave
[/Profile]

[Profile]
name=performance
minfreq=0%
maxfreq=100%
policy=performance
[/Profile]

[Rule]
name=battery
ac=off
profile=conservative
[/Rule]

[Rule]
name=battery_low
ac=off
battery_interval=0-10
profile=powersave
[/Rule]

[Rule]
name=ac
ac=on
profile=ondemand
[/Rule]

Ora si può avviare il demone cpufreqd. Aggiungerlo ai runlevel default e battery come mostrato di seguito.

# rc-update add cpufreqd default battery
# /etc/init.d/cpufreqd start

Alcune volte può essere opportuno selezionare un'altra politica di gestione rispetto a quella scelta dal demone, ad esempio quando la batteria è quasi scarica, ma si è certi dell'imminente connessione a rete elettrica. In questo caso è possibile attivare la modalità manuale di cpufreqd con il comando cpufreqd-set manual selezionando una delle proprie politiche configurate (elencate tramite cpufreqd-get). Si può abbandonare la modalità manuale con il comando cpufreqd-set dynamic.

Verifica di funzionamento a seguito delle modifiche apportate

L'ultima cosa da controllare è che le nuove politiche di risparmio energetico facciano bene il loro lavoro. Un modo semplice per verificare ciò è il monitoraggio della velocità della CPU mentre è al lavoro sul notebook:

# watch grep \"cpu MHz\" /proc/cpuinfo

Se /proc/cpuinfo non dovesse venire aggiornato (sezione Risoluzione dei problemi), provare a monitorare la frequenza della CPU con sys-apps/x86info:

# watch x86info -mhz

A seconda delle impostazioni, la velocità della CPU dovrebbe aumentare in caso di richieste d'uso, diminuire in mancanza di attività o, semplicemente, rimanere costante. Quando si utilizza cpufreqd e la voce verbosity è impostata ad un valore di 5 o più in cpufreqd.conf, nel syslog si otterrano maggiori informarzioni su quello che accade.

4.  Gestione Energetica del display LCD

Come si può vedere dalla figura 1.1, il display LCD consuma la maggior parte dell'energia (questo potrebbe non valere nel caso di CPU non mobile). Per questo non solo è importante spegnere il display quando non utilizzato, ma anche ridurre il backlight (retroilluminazione), se possibile. Molti notebook offrono la possibilità di regolare il backlight.

Configurazione Standby

La prima cosa da controllare sono le impostazioni di standby/suspend/off del display. Questi sono tutti valori che dipendono dal windowmanager. L'oscuramento del terminale può essere effettuato con setterm -blank <numero-di-minutiM>, setterm -powersave on e setterm -powerdown <numero-di-minutiM>. Per X.org, si può modificare /etc/X11/xorg.conf come di seguito riportato:

Section "ServerFlags"
  Option  "blank time"  "5"  # Oscura lo schermo dopo cinque minuti (Finto)
  Option  "standby time"  "10"  # Spegne lo schermo dopo 10 minuti (DPMS)
  Option  "suspend time"  "20"  # Sospensione completa dopo 20 minuti
  Option  "off time"  "30"  # Spegnere dopo mezz'ora
  [...]
EndSection

[...]

Section "Monitor"
  Identifier  [...]
  Option  "DPMS"
  [...]
EndSection

Backlight (Retroilluminazione)

Probabilmente la gestione del backlight (retroilluminazione) è il punto più importante. Se si è in grado di accedere al controllo tramite uno strumento, bisogna scrivere un piccolo script in grado di impostare il backlight nella modalità batteria e inserirlo nel runlevel battery. Lo script seguente dovrebbe funzionare sulla maggior parte dei notebook IBM Thinkpad e Toshiba. Per gli IBM Thinkpad bisogna attivare le opzioni appropriate nel kernel. Per i notebook Toshiba è sufficiente l'installazione del pacchetto sys-power/acpitool (non sono necessarie le istruzioni seguenti relative a thinkpad_acpi, ex ibm_acpi).

Per essere in grado di regolare il livello di lumonisità, il modulo thinkpad_acpi deve essere caricato con il paramentro sperimentale.

(Prima di proseguire leggere l'avviso sopra riportato circa l'instabilità di questa opzione)
# echo "options thinkpad_acpi experimental=1" >> /etc/modprobe.d/thinkpad_acpi
# update-modules
# echo thinkpad_acpi >> /etc/modules.autoload.d/kernel-2.6
# modprobe thinkpad_acpi

Queste operazioni non dovrebbero produrre messaggi di errore e, dopo il caricamento del modulo, dovrebbe essere creato il file /proc/acpi/ibm/brightness. Uno script di avvio avrà il compito di scegliere il miglior livello di luminosità in base alla sorgente energetica disponibile.

# Vedere /proc/acpi/ibm/brightness per i valori disponibili
# Si legga /usr/src/linux/Documentation/thinkpad-acpi.txt

# Livello di luminosità in modalità corrente. Predefinito 7.
BRIGHTNESS_AC=7

# Livello di luminosità in modalità batteria. Predefinito 4.
BRIGHTNESS_BATTERY=4

#!/sbin/runscript

set_brightness() {
        if on_ac_power
        then
            LEVEL=${BRIGHTNESS_AC:-7}
        else
            LEVEL=${BRIGHTNESS_BATTERY:-4}
        fi

        if [ -f /proc/acpi/ibm/brightness ]
        then
            ebegin "Setting LCD brightness"
            echo "level ${LEVEL}" > /proc/acpi/ibm/brightness
            eend $?
        elif [[ -e /usr/bin/acpitool && -n $(acpitool -T | grep "LCD brightness") ]]
        then
                ebegin "Setting LCD brightness"
                acpitool -l $LEVEL >/dev/null || ewarn "Unable to set lcd brightness"
            eend $?
        else
            ewarn "Setting LCD brightness is not supported."
            ewarn "For IBM Thinkpads, check that thinkpad_acpi is loaded into the kernel"
            ewarn "For Toshiba laptops, you've got to install sys-power/acpitool"
        fi
}

start() {
        set_brightness
}

stop () {
        set_brightness
}

Una volta finito, bisogna assicurarsi che la luminosità sia regolata automaticamente aggiungendo lo script al runlevel battery.

# chmod +x /etc/init.d/lcd-brightness
# rc-update add lcd-brightness battery
# rc

5.  Gestione Energetica dell'Hard Disk

Gli Hard Disk consumano meno energia in modalità sleep. Quindi ha senso attivare la modalità risparmio energetico ogni qual volta l'hard disk non viene utilizzato per un certo intervallo di tempo. Ci sono due metodi per questo. Il laptop-mode, il primo, permette un risparmio energetico grazie ad alcune misure che prevengono o al massimo ritardano gli accessi in scrittura. Lo svantaggio è dato dal fatto che uno sbalzo energetico o un crash del kernel potrebbero portare a perdite di dati. Se si vogliono evitare queste situazioni, sarà bene accertarsi che non siano attivi processi che necessitano di scritture frequenti. Il secondo metodo è l'attivazione dell'opzione risparmio energetico del proprio hard disk tramite hdparm.

Aumento del tempo di idle - laptop-mode

Tutti i kernel recenti includono il così detto laptop-mode. Quando attivato, i buffer vengono scritti sul disco alle chiamate read oppure dopo 10 minuti (invece di 30 secondi). Questo fà si che l'hard disk non lavori in maniera continuativa.

# emerge laptop-mode-tools

I laptop-mode-tools hanno la propria configurazione in /etc/laptop-mode/laptop-mode.conf. È possibile adattarla alle proprie esigenze; la documentazione è presente nel file di configurazione stesso. Per rendere automatico l'avvio rc-update add laptop_mode battery.

Le ultime versioni (dalla 1.11 in avanti) dei laptop-mode-tools includono lm-profiler. Questo tool effettuerà un monitoraggio dell'utilizzo del disco del proprio sistema e dei servizi di rete in esecuzione consigliando la disabilitazione di quelli non necessari. Sarà possibile disattivarli attraverso il supporto runlevel integrato nei laptop-mode-tools (sostituiti da /sbin/rc di Gentoo) o attraverso i propri runlevel default/battery (raccomandato).

# lm-profiler
Profiling session started.
Time remaining: 600 seconds
[4296896.602000] amarokapp
Time remaining: 599 seconds
[4296897.714000] sort
[4296897.970000] mv
Time remaining: 598 seconds
Time remaining: 597 seconds
[4296900.482000] reiserfs/0

A seguito del monitoraggio di dieci minuti, lm-profiler mostrerà un elenco di servizi responsabili di accessi al disco durante il tempo di osservazione.

Program:     "atd"
Reason:      standard recommendation (program may not be running)
Init script: /etc/init.d/atd (GUESSED)

Do you want to disable this service in battery mode? [y/N]: n

Per disabilitare atd come suggerito dall'esempio sopra riportato, sarà necessario il comando rc-update del atd battery. Prestare attenzione a non disabilitare servizi essenziali al corretto funzionamento del proprio sistema, in quanto lm-profiler genera facilmente falsi positivi.

Limitazione degli accessi in scrittura

Se non si vuole utilizzare il laptop-mode, sarà necessario prestare maggiore attenzione nel disattivare servizi che accedono frequentemente al disco; syslogd è un buon candidato, ad esempio. Probabilmente non lo si vorrà bloccare completamente, ma una modifica al suo file di configurazione al fine di evitare un logging eccessivo sarà una soluzione migliore. Cups scrive su disco periodicamente, quindi si consideri l'idea di bloccarlo definitivamente così da attivarlo solo quando effettivamente necessario.

# rc-update del cupsd battery

È anche possibile utilizzare lm-profiler dei laptop-mode-tools (leggere sopra) per cercare servizi da disabilitare. Una volta eliminati tutti quelli interessati, si può passare alla configurazione di hdparm.

hdparm

La seconda possibilità è l'utilizzo di hdparm. Se si utilizza il laptop-mode è possibile saltare questa sezione. Altrimenti, sarà necessario modificare il file /etc/conf.d/hdparm per aggiungere i valori seguenti a secondo dei proprio dischi. In questo esempio il disco fisso è associato ad hda:

hda_args="-q -S12"

Questa stringa attiverà il risparmio energetico per il proprio hard disk. Se in futuro si volesse disattivarlo, basterà modificare ancora una volta il file /etc/conf.d/hdparm cambiando i valori in -q -S0 o, in altro modo, eseguire il comando hdparm -q -S0 /dev/hda.

Per informazioni sulle opzioni, consultare il manuale con man hdparm. Benchè sia sempre possibile avviare hdparm manualmente quando si è collegati a batteria con /etc/init.d/hdparm start, è molto più semplice automatizzarne l'esecuzione e la terminazione. Per fare questo, bisogna aggiungere hdparm al runlevel battery così che attivi automaticamente il risparmio energetico.

# rc-update add hdparm battery

Altri consigli

Un'altra possibilità è la disattivazione dello swap nella modalità batteria. Prima di scrivere qualcosa che attivi e disattivi lo swap, bisogna assicurarsi che ci sia abbastanza RAM e che lo swap non sia usato pesantemente, altrimenti si potrebbero avere problemi.

Se non si vuole utilizzare il laptop-mode, è sempre possibile minimizzare gli accessi al disco montando alcune directory come tmpfs, in modo che gli accessi in scrittura non avvengano sul disco ma nella memoria principale, con la conseguenza di perderli con l'operazione di unmount. Spesso è utile montare /tmp allo stesso modo, in quanto il suo contenuto viene in ogni caso perso ad ogni reboot che sia montato o meno sul disco o in RAM. Bisogna solo essere certi di avere RAM a sufficienza e nessun programma (come un client per i download od un programma di compressione) che abbia bisogno di molto spazio in /tmp. Per usare questa soluzione è necessario avere il supporto tmpfs abilitato nel kernel ed aggiungere una linea come la seguente in /etc/fstab:

none  /tmp  tmpfs  size=32m  0 0

6.  Gestione Energetica per Altre Periferiche

Schede Grafiche

Se si è in possesso di una scheda grafica ATI con supporto PowerPlay (dynamic clock scaling per le GPU, graphic processing unit), in X.org è possibile abilitare questa caratteristica. Bisogna aprire il file /etc/X11/xorg.conf e aggiungere (oppure attivare) l'opzione DynamicClocks nella sezione Device. Questa opzione attiva su alcuni sistemi può provocare blocchi o crash.

Section "Device"
[...]
Option      "DynamicClocks" "on"
EndSection

Gestione Energetica del Wireless

Le schede Wireless LAN consumano poca energia. È possibile inserirle nella modalità risparmio energetico nello stesso modo dei propri hard disk.

Per attivare in maniera automatica il risparmio energetico della propria scheda wireless è necessario aggiungere l'opzione seguente al file /etc/conf.d/net:

iwconfig_wlan0="power on"

Per maggiori informazioni e altre opzioni come la configurazione del timeout e del tempo tra i wakeup, è possibile consultare il manuale con man iwconfig. Se i propri driver oppure l'access point supportano il cambio del beacon time, questo può essere un altro modo per risparmiare ancora più energia.

Gestione Energetica per USB

Ci sono due problemi riguardo il consumo di energia delle periferiche USB: primo, periferiche come i mouse USB, le fotocamere digitali o le USB stick consumano energia appena inserite. Non si può ovviare in nessun modo a questo problema (a meno che non vengano rimosse se non necessarie). Secondo, quando ci sono periferiche USB collegate, l'USB host controller accede periodicamente al bus non permettendo alla CPU di passare nella modalità sleep. Il kernel presenta una opzione sperimentale per attivare la sospensione delle periferiche USB tramite le chiamate al driver oppure tramite uno dei file power/state in /sys.

Device Drivers
 USB support
  [*]   Support for Host-side USB
    [*]   USB suspend/resume (EXPERIMENTAL)

7.  Stati di Sleep: sleep, standby, suspend to disk

L'ACPI definisce differenti stati di sleep. I più importanti sono

• S1 ossia Standby
• S3 ossia Suspend to RAM ossia Sleep
• S4 ossia Suspend to Disk ossia Hibernate

Possono essere chiamati quando il sistema non è in uso, ma non si vuole effettuare lo shutdown a causa del lungo tempo di boot.

Sleep (S3)

Il supporto ACPI per questi stati di sleep è considerato sperimentale per delle buone ragioni. Gli stati di sleep APM sembrano essere più stabili, purtroppo non è possibile utilizzare contemporaneamente APM e ACPI.

 Power Management Options --->
  [*]  Power Management support
   [*]  Suspend to RAM and standby

Compilato il kernel con le opzioni sopra considerate, è possibile utilizzare l'hibernate-script per attivare la sospensione o una modalità di sleep.

# emerge hibernate-script

Sono ora necessarie alcune configurazioni in /etc/hibernate. In modo predefinito, il pacchetto appena installato contiene alcuni file di configurazione per ogni stato di sleep. In common.conf ci sono le opzioni comuni a tutti i metodi di sospensione; assicurarsi che tali opzioni siano corrette per il proprio sistema.

Per configurare lo sleep, bisogna modificare sysfs-ram.conf in /etc/hibernate. UseSysfsPowerState mem è già configurato correttamente ma se più avanti fosse necessario effettuare cambiamenti a questo stato di sleep (o anche a qualsiasi altro stato), tali cambiamenti andrebbero aggiunti al file /etc/hibernate/hibernate.conf. I commenti e i nomi delle opzioni faranno da guida. Se si utilizzano condivisioni nfs o samba, bisognerà assicurarsi di bloccare gli script init appropriati per evitare timeout.

Giunti a questo punto, questa sarà l'ultima occasione per effettuare un backup dei propri dati prima dell'esecuzione del prossimo comando. Probabilmente per tornare indietro dallo stato di sleep, occorrerà premere un tasto speciale come Fn.

# hibernate-ram

Se si sta ancora leggendo questa guida, sarà segno di un corretto funzionamento. Sarà possibile anche configurare lo standby (S1) in maniera simile modificando il file sysfs-ram.conf e cambiando "UseSysfsPowerState mem" in "UseSysfsPowerState standby". S3 e S4 sono gli stati di sleep più importanti poichè permetteno un grande risparmio di energia.

Hibernate (S4)

Questa sezione tratta dell'ibernazione; un'immagine del sistema in esecuzione viene scritta sul disco prima dello spegnimento. Alla riaccensione (resume), l'immagine viene caricata ed è possibile riprendere il proprio lavoro dal punto esatto in cui lo si è interrotto prima dell'ibernazione.

Attualmente ci sono due implementazioni per S4. Quella originale è swsusp, la più recente è invece tuxonice (precedentemente nota come suspend2) dotata di un'interfaccia più piacevole (include il supporto fbsplash). È possibile trovare un'analisi comparativa nell'homepage di tuxonice. Suspend-to-Disk (pmdisk), un fork di swsusp, è stato riunito al progetto originale.

TuxOnIce non è ancora incluso nel kernel ufficiale, per questo motivo sarà necessario applicare una patch, disponibile all'indirizzo tuxonice.net, ai sorgenti del kernel oppure utilizzare sys-kernel/tuxonice-sources.

La sezione del kernel necessaria sia a swsusp che a TuxOnIce è la seguente:

Power Management support --->
  (hibernate con swsusp)
   [*] Hibernation (aka 'suspend to disk')
      (sostituire /dev/SWAP con la propria partizione di swap)
      (/dev/SWAP)      Default resume partition

  (hibernate con TuxOnIce)
  Enhanced Hibernation (TuxOnIce)
    --- Image Storage (you need at least one writer)
    [*]    File Allocator
    [*]    Swap Allocator
    ---   General Options
    [*]    Compression support
    [ ]    Allow Keep Image Mode
    [*]    Replace swsusp by default

La configurazione di swsusp è piuttosto semplice. Se non si è indicata la giusta locazione della partizione di swap nella configurazione del kernel, è possibile passarla come parametro con la direttiva resume=/dev/SWAP. Se non è possibile effettuare l'avvio a causa di un'immagine rovinata, si può utilizzare il parametro del kernel noresume. Lo script di avvio hibernate-cleanup invaliderà l'immagine rovinata durante il processo di boot.

# rc-update add hibernate-cleanup boot

Per attivare l'ibernazione con swsusp, si utilizza lo script hibernate dopo aver impostato UseSysfsPowerState disk in /etc/hibernate/sysfs-disk.

Se dovesse capitare un kernel panic a causa di uhci o simili, è utile provare a compilare il supporto USB come modulo per poterlo eventualmente "scaricare" prima che il laptop vada nello stato di sleep. Ci sono opzioni di configurazione a proposito in common.conf.

# nano -w /etc/hibernate/common.conf
(Assicurarsi di avere un backup dei propri dati)
# hibernate

La sezione seguente tratta della configurazione di TuxOnIce con il supporto fbsplash per avere una "progress bar" (barra di avanzamento) grafica durante la sospensione e il ripristino.

La prima parte della configurazione è simile alla configurazione di swsusp. Se non si è indicata la giusta locazione della partizione di swap nella configurazione del kernel, è possibile passarla come parametro con la direttiva resume=swap:/dev/SWAP. Se non è possibile effettuare l'avvio a causa di un'immagine rovinata basta aggiungere il parametro noresume. Inoltre, lo script di avvio hibernate-cleanup invaliderà l'immagine di TuxOnIce rovinata durante il processo di boot.

# rc-update add hibernate-cleanup boot

Ora è necessario modificare il file /etc/hibernate/tuxonice.conf, attivando la opzioni TuxOnIce necessarie. Per il momento non attivare le opzioni fbsplash in common.conf.

# nano -w /etc/hibernate/tuxonice.conf
(Assicurarsi di avere un backup dei propri dati)
# hibernate

Ora è il momento di configurare fbsplash. Per attivare il supporto fbsplash durante l'ibernazione, è necessario il pacchetto sys-apps/tuxonice-userui con la flag USE fbsplash attivata.

# echo sys-apps/tuxonice-userui fbsplash >> /etc/portage/package.use
(Dovrebbe essere necessario anche eseguire il comando seguente)
# echo "sys-apps/tuxonice-userui" >> /etc/portage/package.keywords
# emerge tuxonice-userui

L'ebuild richiede la creazione di un link simbolico al tema da utilizzare. Ad esempio, per utilizzare il tema livecd-2005.1, sarà necessario il comando:

# ln -sfn /etc/splash/livecd-2005.1 /etc/splash/tuxonice

Se non si vuole uno schermo nero nella prima parte del processo di ripristino, bisognerà aggiungere tuxoniceui_fbsplash alla propria immagine initrd. Se si è creata la propria immagine initrd con splash_geninitramfs e la si è salvata come /boot/fbsplash-emergence-1024x768, i passi da seguire sono i seguenti:

# mount /boot
# mkdir ~/initrd.d
# cp /boot/fbsplash-emergence-1024x768 ~/initrd.d/
# cd ~/initrd.d
# gunzip -c fbsplash-emergence-1024x768 | cpio -idm --quiet -H newc
# rm fbsplash-emergence-1024x768
# cp /usr/sbin/tuxoniceui_fbsplash sbin/
# find . | cpio --quiet --dereference -o -H newc | gzip -9 > /boot/fbsplash-tuxonice-emergence-1024x768

In seguito vanno modificati grub.conf (oppure lilo.conf) a seconda del boot manager utilizzato per fare in modo che il proprio kernel TuxOnIce utilizzi /boot/fbsplash-tuxonice-emergence-1024x768 come immagine initrd. Ora è possibile effettuare un test per verificare il corretto funzionamento.

# tuxoniceui_fbsplash -t

A questo punto aprire ancora una volta il file /etc/hibernate/common.conf e attivare le opzioni fbsplash. Eseguire hibernate, tutto dovrebbe funzionare in maniera corretta.

8.  Risoluzione dei problemi

D: Sto cercando di cambiare la frequenza della CPU, ma /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor non esiste.

R: Assicurati che il tuo processore supporti il frequency scaling e di aver scelto il driver giusto. Ecco una lista di processori supportati da cpufreq (kernel 2.6.7): ARM Integrator, ARM-SA1100, ARM-SA1110, AMD Elan - SC400, SC410, AMD mobile K6-2+, AMD mobile K6-3+, AMD mobile Duron, AMD mobile Athlon, AMD Opteron, AMD Athlon 64, Cyrix Media GXm, Intel mobile PIII e Intel mobile PIII-M su alcuni chipset, Intel Pentium 4, Intel Xeon, Intel Pentium M (Centrino), National Semiconductors Geode GX, Transmeta Crusoe, VIA Cyrix 3 / C3, UltraSPARC-III, SuperH SH-3, SH-4, alcuni "PowerBook" e "iBook2" e vari processori su alcuni sistemi compatibili ACPI 2.0 (solo se gli "ACPI Processor Performance States" sono disponibili attraverso l'interfaccia ACPI/BIOS).

D: Il mio notebook supporta il frequency scaling, ma /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/ è vuoto.

R: Cerca messaggi d'errore relativi all'ACPI con dmesg | grep ACPI. Prova ad aggiornare il BIOS, specialmente se vedi errori riguardo il DSDT. Puoi anche provare a corregge il problema manualmente (ma ciò è al di fuori degli scopi di questa guida).

D: Il mio notebook supporta il frequency scaling, ma secondo /proc/cpuinfo la velocità non cambia mai.

R: Probabilmente hai attivato il supporto al symmetric multiprocessing nel kernel (CONFIG_SMP). Disattivalo e dovrebbe funzionare. Alcune vecchie versioni del kernel presentano un bug al riguardo. In questo caso, esegui emerge x86info, aggiorna il tuo kernel come richiesto e controlla il valore della frequenza con x86info -mhz.

D: Posso cambiare la frequenza della CPU, ma la scelta non è così ampia come quella disponibile in un altro sistema operativo.

R: Puoi combinare il frequency scaling con l'ACPI throttling per ottenere frequenze minori. Ricorda comunque che il throttling non risparmia molta energia e viene usato solo per una gestione termica (mantiene il notebook freddo). Puoi leggere lo stato attuale del throttling con cat /proc/acpi/processor/CPU/throttling e cambiarlo con echo -n "0:x" > /proc/acpi/processor/CPU/limit, dove la x è una degli stati Tx elencati in /proc/acpi/processor/CPU/throttling.

D: Nella configurazione del kernel powersave, performance e userspace governors vengono mostrati, ma non vedo la voce ondemand. Dove la trovo?

R: Ondemand governor è incluso solamente nelle ultime versioni del kernel. Prova ad aggiornarlo.

D: La durata della batteria sembra essere peggiorata rispetto a prima.

R: Controlla le impostazioni del tuo BIOS. Potresti aver dimenticato di riattivarne alcune.

D: La mia batteria è carica, ma per KDE è del tutto scarica (riporta 0%) e, quindi, viene avviato la sequenza di shutdown.

R: Controlla che il supporto batteria sia attivato nel tuo kernel. Se lo hai compilato come modulo, assicurati di averlo caricato correttamente.

D: Nei miei log di sistema leggo cose del tipo "logger: ACPI group battery / action battery is not defined".

R: Questo messaggio viene generato dallo script /etc/acpi/default.sh incluso con acpid. Puoi tranquillamente ignorarlo. Se ti crea fastidio, puoi commentare la riga appropriata in /etc/acpi/default.sh come mostrato di seguito:

        *)      # logger "ACPI action $action is not defined"

D: Ho un Dell Inspiron 51XX e non riesco ad ottenere eventi ACPI.

R: Sembra essere un bug del kernel. Leggi qui.

D: Ho attivato l'opzione DynamicClocks in xorg.conf e ora ottengo crash / lo schermo rimane nero / il mio notebook non effettua correttamente lo shutdown (spegnimento).

R: Questo accade purtroppo su alcuni sistemi. L'unica soluzione è la disattivazione dell'opzione DynamicClocks.

D: Voglio utilizzare TuxOnIce, ma la mia partizione di swap viene indicata come troppo piccola. Non posso effettuare un suo ridimensionamento.

R: Se non c'è abbastanza spazio libero sul tuo sistema, è possibile utilizzare il filewriter al posto dello swapwriter. hibernate-script lo supporta bene. Maggiori informazioni nel file /usr/src/linux/Documentation/power/tuxonice.txt.

D: Ho appena comprato una nuova batteria, ma dura solo per pochi minuti! Cosa faccio di sbagliato?

R: Prima di tutto segui le istruzioni del venditore su come caricare correttamente la batteria.

D: Niente, è inutile. Cosa faccio ora?

R: Alcune batterie vendute come "nuove" sono in realtà vecchie. Prova questo:

$ grep capacity /proc/acpi/battery/BAT0/info
design capacity:     47520 mWh
last full capacity:  41830 mWh

Se il valore di "last full capacity" differisce di molto da quello di design capacity, la tua batteria è probabilmente rotta. Usa la garanzia.

D: Non ho trovato una soluzione al mio problema. Cosa faccio?

R: Prova a contattarmi direttamente, Dennis Nienhüser. I forum di Gentoo sono un ottimo posto in cui chiedere e trovare aiuto. Se preferisci IRC, prova il canale #gentoo-laptop.

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