Linux下的Hibernate（Suspend to Disk） – ACPI定義的睡眠模式之一

延續上一篇“電源管理—Linux下的ACPI”，這次談談更深入的Linux Hibernate的作法。Linux在許多使用上，其實都已經做到Desktop所需要的功能，像我所要介紹的Hibernate功能就是其中之一。

從上圖中可以發現，Hibernate和關機的差異是非常大的，可以說是完全不一樣的事情，在一般看得到的書中，Hibernate就是一般我們在ACPI中所謂的G1S4。
G1指得是“Sleeping”，也就是睡眠狀態，一般會用到G1的情況有兩種，Standby或Hibernate，分別為G1S3與G1S4，這兩種的差異主要在於Suspend to RAM（STR）及Suspend to Disk（STD）。
因此S4指得則是第四個階段，也就是Suspend to Disk（STD），所以G1S4整體的意思就是讓系統睡得程度到“Hibernate”階段。之前使用者較常會用到的應該是S3，因此電源都無法完全關掉，會有些許的電源用來供應記憶體，但S4則可以做到將電源完全關掉，而保留住系統目前的狀態。
但Hibernate的動作在Linux中是如何達到，以及到底做了哪些事情，當Hibernate進行時又是參考哪些檔案，是這篇文章中要介紹給各位的。
1. Hibernate所參考的檔案
Hibernate所參考檔案都是由pm-utils套件所提供的，pm-utils是一套電源管理的工具軟體，在2.6的kernel之後，都已經支援ACPI的功能，所以可以做到像Hibernate的省電模式，但這些動作在啟動時，若還有硬體（像USB設備）在系統上該如何處理，就可以透過pm-utils來做一些關閉硬體的動作，但其實pm-utils是透過一個『HAL』的服務程式（在Redhat中此服務的檔案名稱為haldaemon）在控制，所以一般看不到pm的字眼。不過雖然是透過HAL在操作，但使用者一樣可以加一些自己的動作在其中，做細部的調整。
基本上pm-utils除了【/etc/pm】這一個目錄外，【/usr/lib/pm-utils】也是主要的目錄之一，其實如果細看【/etc/pm】，裡面是空無一物，因為這是預留給使用者自行使用的地方，系統真正在執行的，是在【/usr/lib/pm-utils】底下的檔案，不過【/etc/pm】是可以使用的，只是檔案要自行產生。
在【/usr/lib/pm-utils】下，最好用的目錄就要屬sleep.d這一個（如下圖所示），因為當使用者在進行Hibernate（休眠模式）時，就會依據這目錄中的檔名前兩碼數字的大小（由小到大），依序進行執行的動作（正常應該說是關閉的動作，但因為可以自行設定，不在這邊定義為關閉）；相同的，在【/etc/pm】的目錄下，也有和這邊類似的目錄，只是都是空的，這在上面有提過。不過這邊有幾點是要特別注意的：
a. 系統在進行Hibernate時，是先執行【/etc/pm】的目錄，再執行【/usr/lib/pm-utils】目錄中的檔案；但啟動是相反的，會先執行【/usr/lib/pm-utils】後，再執行【/etc/pm】目錄下的檔案。
b. 系統在進行Hibernate時，會從目錄中檔名的前兩碼數字由小到大進行執行動作；但再開機時，是相反的，也就是會由數字大到小執行。
這兩點要注意的原因，主要是一般預設立場是要進行關閉的動作，所以往往會忽略開機時是要進行啟動，剛好目的是相反的，自然順序也就跟著變動，在細節的設計上要特別注意。

2. Hibernate所進行的方式
最簡單要進行Hibernate的方式，就是在X Window關機時，不要用原本關機的選項，而改用『Hibernate』的方式（如下圖所示），只要點選下去，系統就會自動進行Hibernate，但要注意，若系統中的“haldaemon”沒有啟動，是不會有這選項的。

如果需要比較進階的使用，就必需要參考到/sys/power目錄，該目錄是主要Hibernate在進行時的“開關”，這一個目錄只存放和電源模式有關的檔案，更正確的說法，是只有電源管理機制的檔案。裡面只有幾個屬性檔案在其中，屬性名稱（也就是檔案名稱）及其值都請參考下圖

每個屬性的意義介紹如下：
1. disk：當使用者在做休眠模式中S4的STD（suspend to disk，或稱為Hibernate）時，要將系統的狀況寫入到硬碟中，因此這邊是在定義當狀態寫入到硬碟後，“系統”該如何運作。基本上目前2.6的kernel支援以下五種模式：
a. platform：不知其運作方式，但只有在該平台有支援時才可使用。
b. shutdown：當進入休眠時進入關機狀態。
c. reboot：當進入休眠時進入重新開機狀態。
d. testproc：testproc與下一個test，這兩者的模式比較特別，都是屬於即時測試休眠功能所可可以使用的狀態，也就是可以讓使用者進入模擬的休眠模式，再自動回複到原本的系統狀態，所以一直都在原本的使用狀態下。
testproc主要有以下幾個步驟（系統訊息如下圖所示）：
關閉未使用的CPU  凍結所有的工作  等五秒鐘  將原本的工作還原  打開原本未啟動的CPU

e. test：和前一個testproc的不同，是在測試時更完整，連記憶體和硬體設備的部份也加入模擬的階段。
test主要有以下幾個步驟（系統訊息如下圖所示）：
關閉未使用的CPU  凍結所有的工作  壓縮記憶體  關閉設備  等五秒鐘  恢復設備的狀態  將原本的工作還原  打開原本未啟動的CPU

這五種中最常被使用的就是“shutdown”（a不知其作用為何，但一定要系統有支援才可使用），後三者（“reboot”、“testproc”、“test”）則較少為人知，因為這三種大部份是在測試單位（可能也只在專門測試休眠功能的單位）才有機會被使用到，不然使用的機會少之又少，但實在是一個造福測試者的功能。不過使用上真的很簡單，如筆者電腦的“disk”檔案預設設定為“shutdown”，如果更改為“reboot”，當休眠完成後，將不會關機，而是“重開”。
所以想當然，誰會在做休眠時的下一步要“重新開機”，這樣完全無法省電，所比這一個機制其實是還是為了測試休眠模式所定義的，只是可能會將測試的範圍擴大到整個系統的流程，而不是像“testproc”和“test”僅限於測試休眠的部份功能，畢竟完整的動作是包含關機與開機。
2. image_size：目前系統可接受的最大image大小，預設為512MB。
3. pm_trace：這是一個控制開關，可比決定是否要記錄在多次的重新開機後，最後一次存在RTC中的事件點，預設值為“0”，代表不記錄，若改為“1”，則可進行記錄的動作。
4. resume：當系統進行S4（suspend to disk）時，系統要將系統狀態寫入的位置。所以這屬性其實是代表某一個分割區的major及minor ID（一般都是SWAP分割區），若需要使用resume分割區，就必須在開機時先在GRUB的開機參數中，加入resume=/dev/xxxx的參數，才可以讓系統知道要使用該分割區當寫入的分割區。在下圖中的resume值之所以為“0:0”，是因為主機中沒有設定該參數（SuSE在預設就會加入該參數）。
5. state：目前系統可支援的休眠模式，一般只會有以下三種（或只有其中一兩種）狀態（S2一般電腦都不會支援）：
a. standby：就是一般所謂的S1，S1是在睡眠狀態中最吃電的一種狀態，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。
b. mem：就是S3（suspend to ram），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。
c. disk：就是S4（suspend to disk），俗稱休眠狀態（Hibernet，或稱冬眠狀態），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。
更簡單的說，其實如果將“state”檔案以“disk”值寫入（如：【echo “disk” > /sys/power/state】），這動作等於切換“state”開關至“disk”選項，因此系統就會直接進入休眠，並且將休眠模式認定為前面我們提過的“disk”檔案中所記載的方式，像“shutdown”。