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--- freebsd:tuning_power_consumption [2015-03-23 12:46]
Decomo 作成
+++ freebsd:tuning_power_consumption [2019-11-29 13:09]
Decomo
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 ====== FreeBSD WikiのTuningPowerConsumptionの日本語訳 ======
-TuningPowerConsumption
+===== 消費電力チューニング =====
-Alexandar Motin writes:
+Alexandar Motin 記す:
-I would like to summarize some of my knowledge on reducing FreeBSD power consumption and describe some new things implemented in FreeBSD 8.x/9.x. The main character of this story is my 12" Acer TravelMate 6292 laptop with C2D T7700 2.4GHz CPU, 965GM chipset and SATA HDD.
+FreeBSDでの消費電力削減に関して私の知るところをまとめ、FreeBSD 8.x/9.xで実装されたいくつかの新しい事柄を説明しようと思います。このストーリーの主人公は、C2D T7700 2.4GHz CPU、965GMチップセット、SATA HDDを搭載した私の12インチAcer TravelMate 6292ラップトップです。
-Modern systems, especially laptops, are implementing big number of power-saving technologies. Some of them are working automatically, other have significant requirements and need special system tuning or trade-offs to be effectively used.
+現代のシステム、とりわけラップトップは数多くの省エネ技術を搭載しています。それらのいくつかは自動で機能するものの、その他は効果を発揮するための明示的な設定と特別なシステムチューニング、トレードオフが存在します。
-So here is the steps:
-. CPU
+ここから順にみていきます。
-CPU is the most consuming part of the system. Under the full load it alone may consume more then 40W of power, but for real laptop usage the most important is idle consumption. Core2Duo T7700 CPU has 2 cores, runs on 2.4GHz frequency, supports EIST technology with P-states at 2400, 2000, 1600, 1200 and 800MHz levels, supports C1, C2 and C3 idle C-states, plus throttling. So how can we use it:
+==== 1. CPU ====
-P-states and throttling
+CPUはシステムで最も消費する部分です。
+フル稼働下ではそれだけで40W以上の電力を消費しますが、実際のラップトップ利用で最も重要なのはアイドル消費電力です。
+Core2Duo T7700 CPUは2つのコアを持ち、2.4GHzで動作し、2400, 2000, 1600, 1200, 800MHzの段階のPステートを使うEISTテクノロジーをサポートし、C1, C2, C3の待機Cステートと加えてスロットリングをサポートします。
+では、どうやってそれを使うのでしょうか:
-Enabling powerd allows to effectively control CPU frequency/voltage depending on CPU load. powerd on recent system can handle it quite transparently. By default, frequency controlled via mix of EIST and throttling technologies. First one controls both core frequency and voltage, second - only core frequency. Both technologies give positive power-saving effect. But effect of throttling is small and can be completely hidden by using C2 state, that's why I recommend to disable throttling control by adding to /boot/loader.conf:
+=== Pステートとスロットリング ===
+powerdを有効にすると、CPU負荷に応じてCPUの周波数/電圧を効率的に制御出来るようになります。
+最近のシステムではpowerdがそれらを完全に透過的に扱うことが可能です。
+デフォルトでは、周波数はEISTとスロットリングテクノロジーの絡み合いを通じて制御されます。
+前者はコア周波数と電圧の両方を制御し、後者はコア周波数のみを制御します。
+両テクノロジーは確かな省電力効果を生みます。
+しかし、スロットリングの効果は小さく、またC2ステートを使うことで完全に隠れてしまいます。そんなわけで、スロットリング制御を無効化するために''/boot/loader.conf''への設定追加をオススメします：
+<code conf>
 hint.p4tcc.0.disabled=1
 hint.acpi_throttle.0.disabled=1
+</code>
-After this sysctl reports only EIST frequencies:
+この後の''sysctl''はEIST周波数だけを報告します：
+<code>
 dev.cpu.0.freq_levels: 2400/35000 2000/28000 1600/22000 1200/16000 800/14000
+</code>
-ACPI may report extra performance level with frequency 1MHz above the nominal to control Intel Turbo Boost operation. For example, on Core i7-870 you may see:
+Intel Turbo Boost機能の制御のために、ACPIは公称クロック周波数より1MHz多い追加の性能レベルを報告するかもしれません。
+例えば、Core i7-870では下記のようなレポートを見ることができるでしょう：
+<code>
 dev.cpu.0.freq_levels: 2934/106000 2933/95000 2800/82000 ...
+</code>
-, where value 2933 means 2.93GHz, but 2934, depending on situation, means 3.2-3.6GHz.
+ここで2933は2.93GHzを意味しますが、2934はシチュエーションに依存し、3.2～3.6GHzを表します。
-In my case frequency/voltage control saves about 5W of idle power.
+私のケースでは、周波数/電圧制御はアイドル電力を約5W節約します。
-C-states
+=== Cステート ===
-C1 stops clock on some parts of CPU core during inactivity. It is safe, cheap and supported by CPUs for ages. System uses C1 state by default.
+C1は非アクティブの間、CPUコアの幾つかの部分のクロックを止めます。
+これは安全で安上がりであり、長いことCPUにサポートされてきました。
+システムは標準でC1ステートを使用します。
-C2 state allows CPU to turn off all core clocks on idle. It is also cheap, but requires correct ACPI-chipset-CPU interoperation to be used. Use of C2 state can be enabled by adding to /etc/rc.conf:
+C2は待機時に全コアクロックの停止をCPUに許可します。
+これもまた安価ですが、使用にはACPI-チップセット-CPUの正確な協調動作が求められます。
+C2ステートの使用は''/etc/rc.conf''に追加することで有効にできます：
+<code>
 performance_cx_lowest="Cmax"
 economy_cx_lowest="Cmax"
+</code>
-Effect from this state is not so big when powerd is used, but still noticeable,
+''powerd''が使われている時は、このステートの影響はそれほど大きくはありませんが、依然として注目に値します。
-C3 state allows CPU completely stop all internal clocks, reduce voltage and disconnect from system bus. This state gives additional power saving effect, but it is not cheap and require trade-offs. As soon as CPU is completely stopped in C3 state, local APIC timers in each CPU core, used by FreeBSD as event sources on SMP, are not functioning. It stops system time, breaks scheduling that makes system close to dead. The only solution for this problem is to use some external timers.
+C3ステートは、CPUが全ての内部クロックを完全に停止し、電圧を下げ、システムバスからの切り離しを許可します。
+このステートは更なる省エネ効果をもたらしますが、安くはなくトレードオフを必要とします。
+C3ステートでCPUが完全に止まると同時に、FreeBSDがSMP環境下でイベントタイマーとして使用する各CPUコア内のローカルAPICタイマーは機能しなくなります。
+それはシステムタイマーを止め、スケジューリングを破壊し、システムを死へと誘います。
+この問題に対する唯一の解決策は幾つかの外部タイマーを使うことです。
-There is also pseudo-state known as C1E. It is a workaround in modern CPUs to work better with OS without C-states support. When enabled in BIOS, it makes CPU to enter some deeper C-state when C1 state is requested by the OS.
+C1Eとして知られる擬似ステートもあります。
+これはCステート対応のないOSで、モダンなCPUがより上手く動くための次善策です。
+BIOSで有効にすると、OSによってC1ステートを要求された際に、CPUが幾つかのより深いCステートに入る事を可能にします。
-It is typical for AMD CPUs BIOSes to not expose real C-states to OS, but instead use only C1E mechanism. For example, it may work this way: when OS requests C1 for some CPU core, it enters C2, but when all cores of some CPU package are in C2, the whole package goes into C3. Unluckily that functionality is completely hidden from the OS.
+通常、AMDのCPUとBIOSは実際のCステートをOSに見せませんが、代わりにC1Eメカニズムだけを使います。
+例えば、それはこのように動くかもしれません：OSが幾つかのCPUコアにC1を要求した時、コアはC2に入りますが、幾つかのCPUパッケージの全コアがC2の時は、そのパッケージ全体がC3に入ります。
+あいにく、この動きはOSから完全に隠蔽されています。
-FreeBSD 8.x
+== FreeBSD 8.x ==
-Originally, before SMP era, FreeBSD used i8254 (for HZ) and RTC (for stats) chipset timers. FreeBSD 8.x resurrect them for SMP systems. To use them, you can disable local APIC timers by adding to /boot/loader.conf:
+当初、SMP時代の前、FreeBSDはi8254（周波数用）とRTC（ステート用）チップセットタイマーを使いました。
+FreeBSD 8.2はそれらをSMPシステム用に蘇らせます。
+それらを使うために、''/boot/loader.conf''を編集しローカルAPICタイマーを無効化できます：
+<code>
 hint.apic.0.clock=0
+</code>
-Also, to drop/rise voltage on C3, CPU needs time (57us for my system). It means that C3 state can't be effectively used when system is waking up often. To increase inactivity periods we should reduce interrupt rate as much as possible by adding to loader.conf:
+同様に、C3における電圧昇降のために、CPUは時間を必要とします（私のシステムでは57us）。
+これはシステムがしばしば目覚める場合、C3ステートが効率的に利用されない事を意味します。
+非アクティブ期間を増加させるには、''loader.conf''に設定を追加することで割り込みレートを可能な限り削減するべきです：
+<code>
 kern.hz=100
+</code>
-It may increase system response time a bit, but it is not significant for laptop. Also we may avoid additional 128 interrupts per second per core, by the cost of scheduling precision, with using i8254 timer also for statistic collection purposes instead of RTC clock, by using another newly added option:
+これによりシステム応答時間が僅かに増加するかもしれませんが、ラップトップにとって重要なことではありません。
+別の新規オプションを追加することで、RTCの代わりに静的コレクション用途のi8254タイマを用いて、スケジューリング精度のコストによる1コア毎秒間128回の追加割込みを回避することもできるでしょう。
+<code>
 hint.atrtc.0.clock=0
+</code>
-As result, system has only 100 interrupts per core and CPUs are using C3 with high efficiency:
+結果として、システムはコア毎に100割り込みを持つだけとなり、CPUは高効率でC3を使っています：
+<code>
 %sysctl dev.cpu |grep cx
 dev.cpu.0.cx_supported: C1/1 C2/1 C3/57
@@ 行 74: / 行 116: @@
 dev.cpu.1.cx_lowest: C3
 dev.cpu.1.cx_usage: 0.00% 0.00% 100.00% last 2235us
+</code>
-Result of effective C3 state usage, comparing to C2+powerd, is about 2W.
+効果的なC3ステート使用の結果、C2+powerdと比較して約2Wの削減です。
-As soon as entering C1E on AMD CPUs may result in unexpected and uncontrolled entering C3 and resulting local APIC timer stop, FreeBSD 8.x blocks C1E functionality completely.
+AMD CPUにおいてC1Eステートへの突入は、予測不能で制御不能なC3ステートへの落下を引き起こし、ひいてはローカルAPICタイマの停止に繋がる可能性があるため、FreeBSD 8.xではC1E機能を完全にブロックします。
-FreeBSD 9.x
+== FreeBSD 9.x ==
-FreeBSD 9.x included new event timers subsystem -- eventtimers(4), that allows to support more types of the timer hardware, including HPET, present in most of modern chipsets and invariant to CPU power management. System automatically chooses timer it consider best, but you may check and dynamically change timer to use via sysctl.
+FreeBSD 9.xは新しいイベントタイマーサブシステム''eventtimers(4)''を持ち、現代的なチップセットの殆どに存在しCPU電源管理に左右されない、HPETを含む更なる種類のタイマーハードウェアのサポートを可能にします。
+システムは最適と思われるタイマーを自動的に選択しますが、''sysctl''を通してタイマーを確認し動的に変更することも可能です。
-Also eventtimers(4) adds support for one-shot timer operation mode, when interrupts generated only when there is some work to do. That allows to not reduce kern.hz variable -- even multicore system should have only about 50-100 interrupts per second total when idle. But you still may want to do it, to reduce effect of some power-ineffectively written applications.
+また、''eventtimers(4)''はワンショットタイマー操作モードの対応を追加し、それは何か行う事がある時だけ割り込みを生成します。
+これにより''kern.hz''を減らさずに済み、マルチコアシステムでさえアイドル時の合計割込み数がたった50～100回で済みます。
+それでもなお''kern.hz''の削減は、いくつかの電源効率を考えずに作られたアプリケーションに対して有効です。
-FreeBSD 9.x adds check whether it safe to use specific C-state with present event timer and may automatically block C2/C3 states, making it mostly safe. Nevertheless, due to possible performance degradation on some workloads, C-states use is not enabled by default now, you should enable it manually. Same time, on newer CPUs, enabling deeper C-states allows to use TurboBoost technology, that may increase performance of single-threaded applications.
+FreeBSD 9.x adds check whether it safe to use specific C-state with present event timer and may automatically block C2/C3 states, making it mostly safe.
+それでもなお、ある種の作業負荷において性能低下の原因となるため、Cステートの使用は今も標準では有効になっておらず、手動で有効にしなければなりません。
+と同時に新しいCPUでは、より深いCステートの有効化はTurboBoostテクノロジーの利用を可能にし、これによりシングルスレッドアプリケーション性能が増加するでしょう。
-On AMD CPUs FreeBSD 9.x blocks C1E only when local APIC timer is used. If the local APIC timer was ever used since boot, C1E will be blocked till the next reboot. You may want to force some other timer to be used in order to allow C1E to work.
+AMD CPUでは、FreeBSD 9.xはローカルAPICタイマーが使われている時に限りC1Eをブロックします。
+もし起動時からずっとそのローカルAPICタイマーが使われていた場合、次の再起動までC1Eはブロックされます。
+C1E動作を許可するために、強制的にその他のタイマーを使うのがよいかもしれません。
-. Screen / Video
+==== 2. 画面 / ビデオカード ====
-Screen back light can consume much power. From 1.5W with minimal, up to 4W with maximal brightness on my laptop. So you should find the way (hardware or software) to control it and tune for level minimally required in specific conditions. In my case it is controlled via hardware buttons. Some other laptops allow to control brightness via hw.acpi.video.lcd0.brightness sysctl, supported by acpi_video(4). Graphics chip may consume significant amount of power, that may depend on used driver and its settings.
+画面のバックライトは多くの電力を消費する可能性があります。
-Intel GPUs
+私のラップトップでは最低輝度の1.5Wから最大輝度の4Wでした。
+従って、（ハードウェアやソフトウェアで）輝度を制御する方法を見つけ、状況に応じた最低輝度レベルの調整を行うべきです。
+私の場合、ハードウェアのボタンで制御しました。
+''acpi_video(4)''がサポートする''sysctl''の''hw.acpi.video.lcd0.brightness''経由で制御できるラップトップもあります。
+グラフィックチップはかなりの量の電力を消費する可能性があり、それは使用するドライバとその設定によって決まるかもしれません。
-On laptops with SandyBridge/IvyBridge CPUs graphics using new KMS-based "intel" driver may increase power consumption by 3W, comparing to the "vesa" driver. Addition to the /boot/loader.conf line:
+=== Intel GPUs ===
+SandyBridge/IvyBridge CPUを持つラップトップにおいて、新しいKMSベースの"intel"ドライバを使うグラフィックは、その"vesa"ドライバと比較して3Wの消費電力増加を招きます。
+''/boot/loader.conf''に次の行を追加して下さい：
+<code conf>
 drm.i915.enable_rc6=7
+</code>
-enables using power-saving idle states of the GPU and reduces power consumption.
+GPUの電力節約待機ステートの使用を有効にし、消費電力を削減します。
-NVIDIA Optimus
+=== NVIDIA Optimus ===
 If you have a Laptop with an NVIDIA Optimus GPU where you cannot switch off either GPU off in the Laptop's BIOS, there is a handy script that will probe all known ACPI calls used to disable the dedicated NVIDIA GPU:
@@ 行 116: / 行 175: @@
 and use it on subsequent tries. On an ASUS UltraBook, this saves about 6-8W and raises battery lifetime by a third at least. It can be put into rc.local or other custom rc.d scripts to disable the GPU on boot. It can be used in addition to the /boot/loader.conf line mentioned above in the Intel GPU section.
-. Memory
+==== 3. メモリ ====
-This laptop has two 1GB DDR2-667 SODIMM memory modules installed. Removing one of them saves about 1W, Replacing two 1GB modules with single 2GB module also saves about 0.5W.
+このラップトップは2枚の1GB DDR2-667 SODIMMメモリモジュールが取り付けられています。
+そのうちの1枚を外すと約1Wの節電、2枚の1GBモジュールを1枚の2GBモジュールに置き換えると0.5Wの節電です。
-. PCI devices
+==== 4. PCIデバイス ====
-PCI bus provides method to control device power. For example, I have completely no use for my FireWire controller and most of time - EHCI USB controller. Disabling them allows me to save about 3W of power. To disable all unneeded PCI devices you should build kernel without their drivers and add to loader.conf:
+PCIバスはデバイス電力を制御する仕組みを提供します。
+例えば、私はFireWireコントローラは全く使用せず、殆どの時間においてEHCI USBコントローラも同様です。
+それらを無効にする事で約3Wの節電が可能です。
+不要な全てのPCIデバイスの無効化には、それらのドライバを抜いてカーネルをビルドしなければなりません。そして''loader.conf''に追加します：
+<code conf>
 hw.pci.do_power_nodriver=3
+</code>
-To enable devices back all you need to do is just load their drivers as modules. New EHCI USB driver in 8.x consumes much less power then previous one.
+デバイス再有効のためにしなければならない事は、それらのドライバをモジュールとしてただ読み込む事だけです。
+.xの新しいEHCI USBドライバは以前のものより少ない電力を消費します。
-. Radios
+==== 5. 無線 ====
-WiFi and Bluetooth adapters can consume significant power when used (up to 2W when my iwn(4) WiFi is connected) or just enabled (0.5W).
+WiFiとBluetoothのアダプタは、使用時（当方の''iwm(4)''のWiFiがつながっている時は最大2W）ないし有効にしただけ（0.5W）で有意に電力を消費します。
-Some WiFi adapters (like my iwn(4)) support power-saving mode, disabling radio during inactivity periods. It can be enabled by adding
+いくつかのWiFiアダプタ（当方の''iwm(4)''のような）は、未使用時に無線回路を無効にするといった、省電力モードに対応します。
+これを有効にするには、以下のオプションを''ifconfig''インタフェースに設定します。
+<code>
 powersave
+</code>
-option to the ifconfig interface options. This may significantly reduce WiFi power consumption by the price of slightly increased link latency.
+この有意義なWiFi消費電力の削減は、リンク遅延の若干の増加と引き換えに行われる可能性があります。
-. HDA modem
+==== 6. HDAモデム ====
-I was surprised, but integrated HDA modem consumed about 1W of power even when not used. I have used the most radical solution - removed it mechanically from socket. Case surface in that area become much cooler.
+私は驚いたのですが、内蔵HDAモデムは未使用時でさえ約1Wの電力を消費していました。
+私は最も過激な解決策を用いました─物理的にソケットから外したのです。
+その場所にあたるケースの表面の温度が以前より下がりました。
-. HDA sound
+==== 7. HDAサウンド ====
-To reduce number of sound generated interrupts I have added to the loader.conf:
+サウンド生成割り込みの数を減らすため、私は''loader.conf''に追加しました：
+<code conf>
 hw.snd.latency=7
+</code>
-On FreeBSD before 9-STABLE of 2012-03-10 also may be useful to increase maximal buffer sizes:
+-03-10以前のFreeBSD 9-STABLEでは、最大バッファサイズを増やす事も有益かもしれません：
+<code conf>
 hint.pcm.0.buffersize=65536
 hint.pcm.1.buffersize=65536
+</code>
-. HDD
+==== 8. HDD ====
 First common recommendation is use tmpfs for temporary files. RAM is cheap, fast and anyway with you. Also you may try to setup automatic idle drive spin-down, but if it is the only system drive you should be careful, as every spin-up reduces drive's life time. For several months (until I have bought SATA SSD) I have successfully used SDHC card in built-in PCI sdhci card reader as main file system. On random read requests it is much faster then HDD, but it is very slow on random write. Same time it consumes almost nothing. USB drives could also be used, but effect is much less as EHCI USB controller consumes much power. Spinning-down my 2.5" Hitachi SATA HDD saves about 1W of power. Removing it completely saves 2W.
-. SATA
+==== 9. SATA ====
 Comparing to PATA, SATA interface uses differential signaling for data transfer. To work properly it has to transmit pseudo-random scrambled sequence even when idle. As you understand, that requires power. But SATA implements two power saving modes: PARTIAL and SLUMBER. These modes could be activated by either host or device if both sides support them. PARTIAL mode just stops scrambling, but keeps neutral link state, resume time is 50-100us. SLUMBER mode powers down interface completely, but respective resume time is 3-10ms.
@@ 行 165: / 行 241: @@
 In my case PARTIAL mode saves 0.5W and SLUMBER - 0.8W of power.
-. USB
+==== 10. USB ====
 USB devices can individually be switched to and from power save mode by running the following commands:
@@ 行 177: / 行 254: @@
 The default for all devices except USB HUBs is power on. You should check the configuration descriptor of your device, that the "bmAttributes" field indicates that the device supports remote wakeup before enabling power save on a random USB device. It is not recommended to set the system timer tick rate below 250 HZ and enable USB power save, due to some USB suspend and resume delays which must comply to the USB specification. The power save feature also applies in the same way to USB device/gadget mode.
-Results
+==== 結果====
 So what have I got? To monitor real system power consumption I am using information provided by ACPI battery via acpiconf -i0 command: