在2007/09/12 於悅知網站所發表的"電源管理—Linux下的ACPI"

ACPI的全名為Advanced Configuration and Power Interface，是在1996年12月由HP、Intel、Microsoft、Phoenix及Toshiba一同推出的，主要的作用就是在控制與管理系統上所有和電源相關的硬體或設備，當然也包括了外接的週邊設備。在【Linux作業系統之奧義】一書中有提到有關Intel及AMD在Linux下省電模式，這一部份就是ACPI針對CPU的電源管理的其中一種表現方式，所以其實ACPI是一個非常浩大且重要的管理機制。
大家都知道開機與關機，但這一兩個動作所牽涉到的層面其實非常廣，從CPU的電源要吃多少、關機要關到哪一個程度、關機後的動作為何，一直到要如何回覆到原本的狀態，都在ACPI的規範中。舉一個最簡單的例子，在Windows95或Linux 2.4 kernel之前，是不是一按系統的Power Button就會直接斷電，但在Windows98及Linux 2.6 kernel之後的版本，就可以進入所謂的關機階段，自動一步一步的將電源關閉。這中間的差別在哪裡？是硬體還是軟體？其實就在於整個電源的管理模式更新為ACPI的方式。

針對系統的電源管理，ACPI處理電源的方式可以分為G0、G1、G2、G3四個主要的全系統狀態（Global State），分別介紹如下：
1、
G0：一般正常的“工作”狀態，使用者開機進入作業系統後便是屬於此一階段，在這一個正常的用電階段，使用者還是可以進行細部的調整，例如等一下會介紹到針對設備的省電模式。。
2、
G1：就是較常聽到的“睡眠”狀態（sleeping），也是一般使用者比較有機會在作業系統下做調整的模式，在G1的狀態下，可以再細分為S1、S2、S3、S4四個子狀態：

S1：S1是在睡眠狀態中最吃電的一種狀態，Notebook中有時使用的"Standby"選項就是採用S1的方式，但比較好的做法，現在都會以S3為標準。CPU中的cache都持續供電，但停止執行指令。在CPU及記憶體的部份都有電力在供應，但其他的裝置就沒有硬性規定，可斷電也可供電。S1的狀態一般都是在較舊的電腦中才會看到，因為很多新型的主機都將G1S1的功能拿掉，或是廠商會支援使用者在BIOS中做設定，讓使用者可以選擇使用S1或是S3。

S2：所謂的沉睡（Deeper Sleep），連CPU都會斷電，但鮮少電腦會支援G1S2。

S3：這對大家而言一定最為熟悉，因為這就是在Windows選項中會出現的“Standby”，但在技術上的名稱則為Suspend to RAM (STR)。在此狀態下，只有主記憶體有接受供電的權利。但值得注意的是，雖然大部份的資料都會回寫到記憶體，但硬碟本身的Buffer有可能來不及回寫到硬碟，這樣就會造成資料流失，因此在用S3的狀態時，最好是先將硬碟的buffer及cache都關掉，以免造成上述的問題發生。另外，因為ACPI並不是一個世界通用標準，只是由幾間公司所在推的一個功能，因此Linux並沒有完全的支援，像談到現在為止的S1、S2、S3到目前為止Linux都沒有加到預設的功能，只有接下來提到的S4已經變為Fedora 7、RHEL5及SLES10的標準配備。

S4：俗稱冬眠狀態（Hibernet），其技術上的名稱則為Suspend to Disk (STD)，這一階段會將所有執行中的資料全部寫入到硬碟中，而之所以要寫入硬碟，就是因為要完全的斷電，但也因為如此，在回覆到原本工作狀態所使用的時間會比S3來得久。在Fedora 7中，已經將S4加入到關機的功能之一，這也是G1中唯一可以在Linux下所使用的“睡眠”方式 。




3、
G2：可稱為Soft Off或是S5，在主機完全關機時，僅供少許的電力給一些像網路卡、鍵盤或像USB設備等，俱有“喚醒”功能（Wake）的設備，當需要開機時，只要透過網路或鍵盤就可以將遠端或近端直接打開電腦。但有個限制，比如說原本設定從網路開機，如果關機後使用者將網路卡拔掉，就會破壞G2的狀態，意即進入G3。在Linux中可以設定網路卡的等待狀態，也就是說直接指定某一張網路卡，當關機時要傾聽有沒有需要被“喚醒”，




設定完成後，只要在同一個網段內的電腦，執行“喚醒”指令，就可以透過在等待中的網路卡的MAC Address，將電腦“喚醒”，也就是進入開機程序。






4、
G3：Mechanical Off，這時的供電大小近乎於零，其實就是各位使用者一般的關機，在正常關機程序結束時便進入G3的狀態，但為何指明是“近乎於零”，因為其實還是有些許的電力在等待使用者開機使用，所以如果在家中要省電，還是把插頭拔掉吧，不然電腦是永遠都在吃電狀態的。


剛剛所提到的這些全系統狀態，指的都是整體的電源管理，而ACPI同時針對CPU也定義了電能以及效能狀態的規範，只是Linux到目前為止大部份沒有完全照著ACPI的方式執行。

以電能狀態而言，CPU分為C0、C1、C2、C3四種狀態，裝置也同樣被區分為D0、D1、D2、D3四種狀態，基本上大同小異，都是數字越小就越耗電，越大就越省電，但在Linux下可以看到，其實不會完全遵照這些狀態的定義，也就是功能雖然有部份做到，但不會完全照著ACPI的定義。









就CPU的效能狀態來說，ACPI定義了17個狀態，稱為P-States，從P0一直到P16。P0的效能最高，P16最低；但相對來說，也就是P0最耗電，而P16是最省電。在Linux 2.6 kernel下，要看到Linux針對ACPI所定義出的CPU效能狀態（P-States），就必須在/sys目錄下才看得到。在圖中可以看到，雖然定義了17種狀態，但實際上只會使用到2到3種的速度去因應CPU的效能變化，但在實際的運作中，只能說夠用了。






當然ACPI定義了不只這一些，另外還有很多的表格要去參考，真的是蠻複雜的一個機制，尤其ACPI並非完全由作業系統來控制的，一樣是透過作業系統與BIOS不斷的溝通才有辦法達到各個狀態。但ACPI對目前全球正熱門的節能概念來說，非常的實用，尤其是一些長期使用NOTEBOOK的使用者來說，更可以讓電力更持久。但有些特殊情況並不適合使用類似的節能方式，會造成反效果（連電力都會更浪費），這在【Linux作業系統之奧義】一書中也已經解釋過，其原因是出在於處理節奏上的差異。適不適用於系統上，還是要等待使用者細心的評估過才能決定，不過，身為一個系統管理者，勢必多了一份為地球省一點電的責任。