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Stromdiebe entlarvt

Energiesparen mit Powertop 2.0

Neuerungen

Powertop 2 ermittelt wie der Vorgänger das CPU-Modell sowie sonstige Geräte und Software, und zeigt eine ungefähre Leistungsaufnahme mithilfe der ACPI-Informationen über den Verbrauch an. Daneben nutzt die aktuelle Version jetzt das Kernel-Subsystem Perf zum Auslesen von Informationen über die Hardware (siehe Kasten "Performance-Counter-Subsystem").

Performance-Counter-Subsystem

Moderne Prozessoren bieten die Möglichkeit, mithilfe spezieller Register, sogenannter Performance Counter, bestimmte Ereignisse in der Hardware in Echtzeit zu überwachen. Dabei spielt das Subsystem Performance Counter (Perf) eine wichtige Rolle. Es abstrahiert im Linux-Kernel die Fähigkeiten aktueller CPUs zur Diagnose der Hardware. Das gleichnamige Programm Perf stellt die Schnittstelle im Userspace zum Subsystem bereit.

Powertop 2 arbeitet nun mit der Bibliothek Libparseevents zusammen, die es ermöglicht, Daten aus der Perf-Infrastruktur zu verarbeiten. Das ist ein wichtiger Schritt, denn die so gewonnenen Informationen sollen laut Intel wesentlich exakter sein, als bei früheren Versionen. Ein nicht zu unterschätzender Nebeneffekt des Zusammenspiels besteht zudem darin, dass ein künftiges Anpassen von Powertop an die Kernel-Entwicklung leichter fällt.

Da Powertop das Tool Perf für die Diagnose heranzieht, profitiert die Software so von den erheblich erweiterten Tracing- und Performance-Monitoring-Fähigkeiten neuerer Linux-Kernel. Allerdings setzt das zwingend einen Kernel ab Version 2.6.36 voraus, da erst diese die Perf benötigte Infrastruktur bereitstellen. Möchten Sie das Tool Perf direkt nutzen, etwa in der Form perf stat, installieren Sie die Pakete linux-tools oder linux-base.

Neu in Version 2.0 von Powertop sind die Tracking-Funktionen, mit deren Hilfe das Tool ermittelt, welche Komponenten hinsichtlich des Verbrauches problematisch erscheinen. Dabei schließt die Software Messungen an der GPU mit ein, wenn der Kernel diese Daten liefert. Zu diesem Zweck bringt es neue Treiber mit, etwa den i915-Treiber für Intel-Chipsätze und -CPUs.

Die Applikation ist jetzt in der Lage, mehrere WLAN-Schnittstellen abzufragen und Hot-Plugging-USB in Echtzeit zu messen. Darüber hinaus verbesserten die Entwickler das Auslesen der Daten von Notebook-Akkus. Die zweite große Verbesserung des Programms bezieht sich auf die Fähigkeit zum Erstellen von Reports: Powertop generiert jetzt beispielsweise Berichte im HTML- und demnächst (je nach Version) im CSV-Format.

Bedienkonzept

Die dritte große Block an neuen Funktionen gegenüber der Vorgängerversion besteht in der komplett überarbeiteten Ncurses-Oberfläche, die die Informationen jetzt auf fünf Tabs verteilt. So listet Overview (Übersicht) alle aktivierten Prozesse nach Leistungsaufnahme sortiert auf (Abbildung 1). Der Tab Idle Stats (Geräte im Leerlauf) liefert Informationen zum Einsatz der CPU beziehungsweise der Verweildauer in den jeweiligen C-States (siehe Kasten "C-States").

Abbildung 1

Abbildung 1: Die erste Seite der neuen Oberfläche zeigt eine grobe Übersicht darüber, mit welchen Programmen und Aufgaben sich die CPU gerade beschäftigt.

C-States

Die ACPI-Spezifikation definiert vier Betriebszustände, nämlich die des gesamten Systems (S-States), des Prozessors (P- und C-States) und sonstiger Komponenten (D-States). Je höher die Ziffer der Zustände, desto sparsamer arbeiten die Komponenten. Allerdings benötigen diese dann eine längere Zeit, um den Normalzustand wiederherzustellen.

Die Processor Performance States (P-States) und die Processor Operating States beziehen sich dabei auf die Fähigkeit moderner CPUs, je nach Auslastung des Prozessors, zwischen den verschiedenen unterstützen Frequenzen und Spannungen zu wechseln, was ausschlaggebend für die Mechanismen des Prozessors zum Stromsparen ist.

Befindet sich der Prozessor (oder einzelne Kerne) im Leerlauf, drosseln moderne CPUs von selbst die Leistungsaufnahme oder versetzen einen Teil der Kerne in den Energiesparmodus. Je nach Dauer des Leerlaufs schaltet die CPU dabei nach und nach in immer tiefere Idle-Zustände, die durch aufsteigende Nummern gekennzeichnet sind.

In den C-States C3 und C6 trennt die CPU ganze Bereiche des Kerns von der Versorgungsspannung, was erheblich Strom spart und zu den zentralen Bestandteilen von Intels Turbo-Boost-Konzept gehört. Wie viele und welche der bei Intel aktuell neun C-States ein Prozessor unterstützt, hängt von dessen Alter ab. Ältere Single-Core-Prozessoren besitzen beispielsweise nur vier C-States.

Darüber hinaus gibt es noch Unterschiede zwischen den Herstellern bei der Implementation der C-States: AMD-Prozessoren kennen beispielsweise die C-States C2E, C5 und C6 nicht; andere CPU-Hersteller oder ältere Prozessoren unterstützen ebenfalls nicht all neun C-States.

Oben im Fenster zeigt Powertop an, wie lange die CPU in einem bestimmten C-State verweilt, was es ermöglicht, abzuschäten, wie sich etwa eine geänderte Option für den Kernel auswirkt. Das Register Frequency Stats (Frequenz) widmet sich dagegen der CPU-Last.

Der Tab Device Stats (Statistiken der Geräte) listet die Leistungsaufnahme der einzelnen Komponenten auf, wobei Sie hier sehen, ob es sich im Einzelfall um einen Prozess oder ein Gerät (Treiber) handelt. Der letzte Tab Tunables (Einstellmöglichkeiten) zeigt Werte um die Energieaufnahme der verbauten Hardware zu optimieren. Dieser Teil von Powertop bezieht seine Informationen aus dem virtuellen Dateisystem Sysfs.

Wie erwähnt nutzen aktuelle Distributionen heute die meisten Stromsparfunktionen automatisch, weshalb sich der Schwerpunkt der Nutzung von Powertop 2.0 Richtung Diagnose verschiebt. Starten Sie Powertop 2.0 zum ersten Mal, hat sich auf den ersten Blick nicht viel zur Vorgängerversion geändert. Auch dieses Release zeigt nach dem Start zunächst im Tab Overview einen Überblick darüber, welche Programme die CPU gerade wie oft in Anspruch nehmen, was letztendlich die Zeit verkürzt, in der die CPU in stromsparenden Schlafzustand verweilen könnte.

Oberhalb der Prozessliste steht die gesamte Arbeitslast des Prozessors. Daneben und damit neu bei der Version 2.0 ist eine Anzeige, wie häufig der Grafikchip (GPU) im letzten Messabschnitt seine Arbeitskraft beisteuern musste (im Bild 0,0 GPU) und wie oft oft das Virtual File Systems VFS die Datenträger angesprochen hat. Die Rubrik Idle stats (Untätigkeits) liefert detaillierte Informationen zu den Schlafzeiten (C-States) der verschiedenen Prozessorkerne (Abbildung 2).

Abbildung 2

Abbildung 2: Die Seite Untätigkeits zeigt detaillierte Informationen zu den Schlafzeiten in den einzelnen Prozessorkernen.

Das nächste Register Frequency stats zeigt Ihnen, wie oft welche Taktfrequenzen anliegen oder wie häufig (prozentual) die CPU gegebenenfalls in den Turbo-Boost-Frequenzen schaltet. Unter Device stats finden Sie einen Überblick der Aktivität der einzelnen Geräte. Bei Geräten, die keine Stromspartechniken unterstützen, beziehungsweise nutzen steht immer 100 Prozent.

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LinuxUser 05/2014

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