快速了解CPU动态节能技术

一、睿频和超频1、什么是睿频

睿频-Turbo Boost

睿频通常指的是英特尔睿频加速技术，是intel在2008年正式发布面向大众，无需自己超频的睿频加速技术，也叫Turbo Boost。这项技术可以理解为自动超频，当处理器开启了睿频加速之后，CPU会根据当前的任务量而自动调整处理器主频，从而重任务的时候以发挥最大的性能，而轻任务的时候会发挥最大的节能优势。

2、什么是超频

超频的英文叫“Over Clock”，是通过调整硬件设置(通常是BIOS中配置)，提高芯片的主频频率，获得超过额定频率，提高CPU性能的一种技术手段。

超频早在“奔腾I”时代就已出现，当时是极少数的发烧友为了追求更高的性能，超频需要调整各种指标，比如电压、散热、外频、电源、BIOS等等，对于玩家的准入门槛还是比较高的。

3、超频和睿频有什么区别

超频和睿频都是提升CPU频率的手段或方法，但两者有非常大的不同，简单来讲就是：

超频是人为将频率提升，比如提升电压，使用更好的散热(如大功率风扇、水冷、液氮等)。睿频是不需要人为进行操作，它依赖CPU的自身智能调节，根据实际情况，智能地调整CPU频率、电压来提升或降低性能，同时保持CPU运行在限定的功耗、电流、电压和温度范围内。4、睿频的优势

通过使用睿频技术的智能动态调整，可以在电脑空闲时做到低功耗长续航，节省电力，在高负载时动态提升频率保证流畅度。

比如现在性能最强的桌面级CPU i9 13900K，它的基础频率是3.0GHz，最大睿频为5.8GHz。也就是低负载运行，频率会保持在3.0GHz，高负载运行会动态调整频率，最高可达5.8GHz。

二、CPU动态节能技术1、CPU动态节能技术介绍

动态节能技术

CPU动态节能技术主要用于降低服务器的CPU功耗，通过选择系统空闲状态不同的电源管理策略，可以实现不同程度降低服务器功耗，更低的功耗策略意味着CPU唤醒更慢对性能影响更大。

对于对时延和性能要求高的应用，建议关闭CPU的动态调节功能，禁止CPU休眠，并把CPU频率固定到最高，如果不关闭的话，在高负载状态下，会导致CPU降频，并发生如网络重传高，卡顿等问题。

一般服务器的CPU都支持自动睿频，而服务器的CPU一般默认运行于ondemand模式，会有中断开销，睿频的时候提升下降也是有额外的开销，对于一些低端cpu影响会更大。

通常建议在服务器BIOS中修改电源管理为Performance，如果发现CPU模式为conservative或者powersave，可以使用操作系统内的cpupower软件工具设置CPU Performance模式，效果也是相当显著的。

2、CPUfreq 概述

在系统上减少功耗和散热输出的最有效方法是 CPUfreq （也称为 CPU 加快扩展），它是 Linux 内核中的基础架构，它可以扩展 CPU 频率以省电。

CPU 扩展可根据系统负载、响应高级配置和电源接口(ACPI) 事件进行自动完成，或者由用户空间程序手动完成，并且允许实时调整处理器的时钟速度。这可让系统以较低的时钟速度运行来省电。CPUfreq 调控器定义切换频率（无论是快速还是较慢的时钟速度）的规则。

以 root 用户身份使用 cpupower frequency-info 命令可以查看 cpufreq 信息。

3、CPUfreq 驱动程序

以root用户身份使用cpupower frequency-info --driver命令，您可以查看当前的CPUfreq驱动程序。

以下是可用于CPUfreq的两种可用驱动程序：

ACPI CPUfreq高级配置和电源接口(ACPI) CPUfreq驱动程序是一个内核驱动程序，它通过ACPI控制特定CPU的频率，这样可确保内核与硬件之间的通信。Intel P-state根据 Intel Xeon E 系列架构或更新的架构控制处理器上的 P-state 选择。目前，在支持的 CPU 中默认使用 Intel P-state。您可以通过在内核命令行中添加 intel_pstate=disable 命令来切换到 ACPI CPUfreq。4、Core CPUfreq governors

CPUfreq governor 定义系统 CPU 的电源特征，后者反过来会影响 CPU 性能。每个 governor 在工作负载方面都有自己的独特行为、目的和适用性。以 root 用户身份使用 cpupower frequency-info --governor 命令，可以查看可用的 CPUfreq governor。

通常包括5种core CPUfreq governor：

performance它强制 CPU 使用最高可能时钟频率。这个频率是静态设置的，不会更改。因此，这一特定监管器不提供节能功能。它只适用于在较长时间内有大量负载，且在 CPU 很少或永不闲置时才出现。powersave它强制 CPU 使用最低可能的时钟频率。这个频率是静态设置的，不会更改。该 governor 提供最大节能效果，但以最低 CPU 性能为代价。术语 "powersave" 有时可能并不准确，因为在原则上，在一个慢的 CPU 中有完全负载会比一个没有负载的快速 CPU 消耗更多能源。因此，虽然建议将 CPU 设置为在预期的低活动期间使用 powersave governor，但该期间任何意外的高负载都可能导致系统实际消耗更多电源。Powersave governor 对 CPU 速度的限制比对节能更有效果。这对于可能会有过度负载问题的系统和环境中最有用。ondemand这是一个动态监管器，您可以使用它启用 CPU 以获得系统负载高时的最大时钟频率，以及系统闲置时的最小时钟频率。虽然这允许系统根据系统负载而相应地调整功耗，但在频率切换之间会牺牲延迟。因此，如果系统在空闲和高工作负载间切换过度频频时，通过 ondemand governor 获得的性能或节能方面的好处会因为延迟问题而降低。对于大多数系统，ondemand governor 可以在散热、功耗、性能和可管理性之间提供最佳折衷。当系统只在一天的特定时间段忙碌时，ondemand governor 会根据负载自动切换最大和最小频率，而不进行进一步的干预。userspace它允许用户空间程序或以 root 身份运行的任何进程来设置频率。在所有 governor 中，用户空间是最可自定义的，具体取决于其配置方式，它可以为您的系统提供在性能和功耗的最佳平衡。conservative与 ondemand governor 类似，conservative governor 还根据使用情况调整时钟频率。但是，conservative governor 会以更加渐进的方式切换时钟频率。这意味着，conservative governor 会通过评估对负载的最佳效果来调整时钟频率，而不是只在最大和最小值间进行选择。虽然这可能会在节能方面带来显著效果，但它可能会比 ondemand governor 有更多延迟。5、如何设置高性能模式-操作系统层

在操作系统层设置CPU的工作模式为高性能模式，需要借助工具来执行，本文以CentOS操作系统为例。

注：以下的命令均为root用户下执行。

安装工具

yum install kernel-tools

cpupower -c all frequency-info

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governorperformance

cpupower frequency-set -g performance

具体的配置方式，可参见之前的配置文档：如何通过操作系统方式开启Linux操作系统高性能模式