Mit der richtigen System- und Softwarekonfiguration bringen Sie Ihrem Rechner im Handumdrehen das Stromsparen bei.

Nicht nur steigende Strompreise bieten einen guten Grund, am heimischen PC Strom zu sparen: Mit Notebooks hat man die Freiheit, auch unterwegs die Arbeit oder das digitale Vergnügen fortzusetzen. Läuft aber der Akku leer, ist damit auch hier Schluss.

Der Energieverbrauch eines Computers teilt sich auf seine mehr und weniger stromhungrigen Komponenten auf: Da wären neben rein elektronischen Bauelementen wie CPU, Hauptspeicher und Mainboard auch mechanische Komponenten wie das optische Laufwerk und die Festplatte. Zu den größten Stromfressern zählen der Bildschirm, der Prozessor, die mechanischen Komponenten und die Grafikkarte.

Grundsätzlich geben sich Notebooks viel genügsamer, verbauen die Hersteller doch in Hinblick auf die Akkulaufzeit stromsparendere Hardware. Kommt ein portabler PC mit durchschnittlich 20 Watt aus, verbucht selbst ein sparsamer Desktop-PC rund 80 Watt – den Monitor nicht gerechnet.

Der Linux-Kernel und viele Anwendungen stellen verschiedene Features bereit, mit denen Sie den Stromverbrauch absenken können – sei es, um die Akkulaufzeit zu erhöhen oder den Geldbeutel zu schonen. Bis vor kurzem galt der Energiehunger von Desktop-PCs als uninteressant. Anders verhält es sich dahingegen bei Notebooks, da diese eine nur sehr begrenzte Stromquelle besitzen: den Akku. So kommt es nicht von ungefähr, dass die Stromsparfunktionen und -software fast ausschließlich auf den Notebook-Betrieb abzielen.

Verbrauch messen

Um sich über den Energieverbauch eines Notebooks im Akkubetrieb zu informieren, haben Sie die Wahl zwischen bereits in den Desktop integrierten Tools und zusätzlicher Software. Unter Gnome teilt Ihnen die Energieverwaltung, deren Icon (ein Batteriesymbol) Sie im unteren Panel finden, den Verbrauch mit (Abbildung 1). Unter KDE kompilieren und installieren Sie beispielsweise den KThinkBat-Monitor [1], der neben der Restladung von bis zu zwei Akkus auch den Energiekonsum des Notebooks in Watt anzeigt (Abbildung 2).

Abbildung 1: Die Gnome-Energieverwaltung zeigt nicht nur den momentanen Energieverbrauch an, sondern bereitet weitere Energieverbrauchsinformationen in einem Diagramm auf.

Abbildung 2: KThinkBat zeigt Ihnen aus dem KDE-Kicker heraus Informationen über den Akkuzustand und den Energieverbrauch..

Am Desktop-PC hilft nur der Anschluss eines externen Strommessgeräts, um den Verbrauch zu messen und so Sparmaßnahmen zu testen. Mit der einfachen Formel Verbrauch in Watt * Tägliche Betriebsdauer in Stunden * 0,365 * Strompreis pro kWh erhalten Sie ein ungefähres Maß dessen, was der Rechner an Stromkosten im Jahr verursacht.

Strom sparen

Das Display und die CPU erweisen sich meist als die größten Stromfresser, wobei sich der Energiehunger beider Komponenten bis zu einem bestimmten Grad recht einfach minimieren lässt. Über die Stromspar-Applets von Gnome und KDE weisen Sie mit wenigen Mausklicks externe LC-Displays und CRTs an, nach einer bestimmten Leerlaufdauer des Rechners abzuschalten. Zum Einsatz kommt dabei DPMS. Auf Notebooks wächst die Funktionalität von KPowersave (Abbildung 3) oder des PowerManagers (Paket kde-guidance-powermanager) und des Helligkeitsapplets von Gnome um einiges an: Hier regeln Sie nicht nur das An und Aus der Anzeige, sondern dimmen das LCD. Bereits das Herunterregeln der Helligkeit spart über 10 Prozent Energie des Testrechners (Lenovo X61s).

Abbildung 3: Das Konfigurationsmenü von KPowersave ermöglicht erweiterte Stromsparfunktionen.

Des Rechners Kern

Auch der Prozessor erweist sich als Stromfresser. Lange Zeit nahm die CPU unter Last und im Leerlauf die gleiche Leistung auf. Diesem Zustand wirken seit einigen Jahren die Stromspartechniken Powernow und Cool’n’Quiet von AMD sowie Speedstep von Intel entgegen. Dahinter stecken je nach CPU mehrere umschaltbare Kombinationen von Taktfrequenz und Prozessorspannung (“P-States”) – welche davon Ihr PC unterstützt, zeigt Ihnen das Programm Powertop an, auf das wir später noch eingehen.

Distributionen mit aktuellem Kernel bringen diese Funktion sowohl auf Notebooks als auch auf Desktop-PCs ohne jeden Konfigurationsaufwand mit. Das Anpassen der Taktfrequenz, neuhochdeutsch: Frequency-Scaling, arbeitet unter Linux mit vielen auch älteren Prozessoren zusammen. Bei Leerlauf taktet der Linux-Kernel die CPU herunter, bei Last wieder herauf. Ondemand und Dynamisch nennen das die grafischen Stromsparapplets in Gnome und KDE (Abbildung 4).

Daneben können Sie den Rechner in die Modi Leistung (CPU taktet nicht herunter) und Energiesparen (CPU arbeitet immer auf niedrigstem Takt) schalten. Nicht immer erweist sich der letztgenannte Zustand als ideal, um Strom zu sparen. Das liegt wiederum am Prozessor, der bei hoher Last viel Energie verbraucht. Wechselt er bei Beanspruchung nicht in eine höhere Taktfrequenz, in der er die Arbeit schneller erledigen kann, bleibt er länger im Zustand hohen Energieverbrauchs. Die dynamische Taktung stellt hier die bessere Lösung dar: Die CPU erledigt die Aufgaben mit maximaler Geschwindigkeit und versinkt danach wieder in den Tiefschlaf.

Abbildung 4: Mit KPowersave stellen Sie mit zwei Mausklicks das Frequenzverhalten deS Prozessors ein.

Es gibt jedoch Übeltäter, die den Rechner in den stromsparenden Ruhepausen zwischen den produktiven Zuständen stören: Sie wecken den Prozessor – selbst im Leerlauf – mitunter mehrere hundert Mal pro Sekunde auf. Auch das kostet Energie. Bis Kernel 2.6.21 (respektive 2.6.23 bei der 64-Bit-Architektur) beteiligte sich der Kernel selbst durch den 1000-Hz-Takt des Timer-Interrupts am ständigen Aufwecken der CPU. Viele Userspace-Programme und Kernel-Module setzen darüberhinaus hochfrequente Timer ein, die beispielsweise regelmäßig Tastatureingaben abfragen.

Ausfindig machen Sie diese Ressourcenverschwender mit dem Programm Powertop [2], das auf jeder Linux-Distribution mit Kernel 2.6.21 oder höher arbeitet. Bei älteren Distributionen müssen Sie eventuell einen aktuellen Kernel selbst kompilieren ([3],[4]). Dann kopieren Sie das Powertop-Archiv von der Heft-DVD auf den Rechner und entpacken es. Haben Sie eine grundlegende Kompilierumgebung installiert, genügen wenige Kommandos, um Powertop zu übersetzen, einzuspielen und zu starten: Sie geben mit administrativen Rechten versehen die Befehlskette make && make install && powertop ein.

Powertop zeigt Ihnen die P-States und C-States der CPU an. Letztgenannte gibt es nur auf mobilen Prozessoren. Daneben sehen Sie, wieviel Zeit sich der Prozessor in den jeweiligen C-States verweilt, die für die Energieeffizienz maßgebend sind. Das Ziel: Die CPU bei Leerlauf zu über 90 Prozent der Zeit in denn zwei höchsten C-Zuständen zu halten. Powertop zeigt nicht nur an, wieviel Mal die CPU pro Sekunde aus dem Tiefschlaf aufwachen muss, sondern auch, welche Programme und Module dafür verantwortlich zeichnen. Um herauszufinden, welches handhabbare Stück Software sich hinter den kryptischen Bezeichnungen verbirgt, hilft Ihnen die Rubrik “Tipps & Tricks” zu Powertop auf der Stromspar-Webseite von Lesswatts [5].

Die Vorschlägen, die Powertop am unteren Fensterrand aufzeigt, können Sie mit einem Druck auf [U] sofort anwenden. Schon dadurch erhalten Sie ein deutlich optimiertes System. Damit der Computer beim nächsten Start sofort Strom spart, ohne erst Powertop starten zu müssen, tragen Sie die Befehle in die Datei /etc/rc.local ein (Abbildung 5).

Abbildung 5: Einträge in der Datei rc.local führt das System bei jedem Wechsel in ein Multiuser-Runlevel aus.

Dieses Skript arbeitet das System bei jedem Wechsel des Runlevels automatisch ab. Existiert diese Datei auf ihrer favorisierten Distribution nicht, legen Sie eine Datei mit Namen local an und füllen sie mit den gewünschten Stromsparbefehlen. Als root machen Sie die Datei mit wenigen Befehlen ausführbar, kopieren sie nach /etc/init.d und verlinken sie auf jedes Runlevel, in dem das Skript ausgeführt werden soll:

# chmod 755 local
# cp local /etc/init.d
# ln -s /etc/init.d/local /etc/rc3.d/S99local

Die letzte Zeile dieses Beispiels verknüpft das Skript local nur mit dem Runlevel 3, dem Standard-Runlevel der meisten Distributionen. Arbeiten Sie des öfteren in anderen Runlevels, müssen Sie weitere Links nach diesem Vorbild anlegen.

Um die leistungshungrige CPU zu entlasten, lohnt auch ein Blick auf prozessintensive Software. Entlasten Sie beispielsweise die Grafikkarte, indem Sie den 3D-Desktop und Erweiterungen wie Superkaramba oder die gDesklets abschalten. Auch die Suchagenten Strigi und Beagle belasten den Prozessor regelmäßig.

Unkommunikativ

Statt die Module, die den Prozessor regelmäßig aus dem Schlaf reißen, umständlich zu patchen, können Sie sie auch einfach entladen – freilich nur dann, wenn Sie sie nicht benötigen. Soll der Rechnern in nächster Zeit nicht kommunizieren, entladen Sie einfach die Module für Bluetooth, WLAN und Ethernet. Für Bluetooth prüfen Sie mit dem Befehl hciconfig, ob ein Bluetooth-Device aktiv ist. Danach stoppen Sie den Bluetooth-Daemon und entfernen das Modul mit Root-Rechten:

# /etc/init.d/bluetooth stop
# modprobe -r hci_usb

Ähnlich verhält es sich mit WLAN-Adaptern. Machen Sie das Modul für die drahtlose Verbindung mit lsmod ausfindig und stellen Sie mit iwconfig den Namen des zugehörigen Geräts fest. Mit den zwei folgenden Befehlen fahren Sie den Adapter herunter und entladen das Modul einer Intel WLAN-Karte 4965AGN:

# ifdown wlan0
# modprobe -r iwl4965

Sind Sie auf eine Funkverbindung angewiesen, nutzen Sie die Stromsparfunktionen des WLAN-Adapters. Für Karten, die als Treiber ipw2100 oder ipw2200 nutzen, aktivieren Sie das Feature mit dem Befehl

# iwpriv wlan0 set_power 7

Ob ihre Karte die Option set_power unterstützt, sehen Sie nach einem Aufruf von iwpriv ohne weitere Parameter. Neuere WLAN-Adapter, die den iwl3945– oder iwl4965-Treiber verwenden, versetzen Sie mit

# echo 5 > /sys/bus/pci/drivers/iwl4965/*/power_level

in einen Energiesparmodus; die Verbindung bleibt intakt. Der Wert nach echo steht für die Sparmodi: 1 spart am wenigsten, 5 am meisten, und 6 schaltet die Funktion ab. Auf dem Testsystem (Notebook Lenovo X61s) konnten wir mit diesen Sparmodi Einsparungen von rund 1,4 Watt respektive 10 Prozent erzielen.

Auf Notebooks lohnt es sich zudem, USB 1.1 abzuschalten. Eine USB-Maus oder andere USB-1.1-Geräte funktionieren danach nicht mehr, integrierte USB-2.0-Devices wie Touchpads oder Pointer arbeiten aber wie gewohnt weiter. Entladen Sie dazu das Modul uhci_hcd. Auf dem Testgerät senkte das den Gesamtverbrauch um weitere 10 Prozent und reduzierte zudem die Wärme-Entwicklung.

Tiefschlaf

Einzelne Komponenten des Rechners lassen sich durch das Entladen der Treiber abschalten. Benötigen Sie den Rechenknecht für längere Zeit gar nicht, versetzen Sie ihn in einen Suspend-Modus. Auf neuerer Hardware funktionieren Suspend-to-RAM und Suspend-to-Disk inzwischen meist reibungslos. Das Abspeichern der Sitzungsdaten im Arbeitsspeicher hat den Vorteil, dass der Rechner nach dem Aufwecken sehr schnell wieder hochfährt. Andererseits verbraucht Suspend-to-Disk keinerlei Strom und verhindert, dass bei einem Stromausfall (Netz oder Akku) Daten verloren gehen.

Festplatte

Ein weiterer Energie-Großkonsument ist die Festplatte. Sie verbraucht unabhängig vom Arbeitsvolumen viel Strom, da der Motor fortwährend in Betrieb bleibt. Auch diese Rechnerkomponente legen Sie aber bei Bedarf mit dem Befehl hdparm -S N /dev/sda still. Der Wert N, mit Fünf multipliziert, bezeichnet die Inaktivitätsspannen in Sekunden, nach der die Festplatte automatisch abschaltet. Der Wert 0 deaktiviert dieses Feature.

Doch die Festplatte kommt nicht zwangsläufig zur Ruhe: Wie auch beim Schlafmodus der CPU wecken einige Standard-Systemeinstellungen die Disk immer wieder auf. Das liegt zum einen an der hohen Frequenz, mit der der Kernel den Plattencache auf die Festplatte schreibt. Welcher Wert in Hundertstelsekunden für Ihr System gilt, lesen Sie aus der Datei /proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs. Den Zugriff des Kernels diebezüglich stellen Sie mit dem Befehl

# echo 60000 > /proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs

auf zehn Minuten ein. Ist der Plattencache groß genug, sorgt nicht einmal mehr das Speichern eine Datei für das Anlaufen der Festplatte. Bei einem Stromausfall allerdings gehen die Daten gepufferten Daten verloren.

Auch der Syslog-Daemon kann den Schlafmodus der Festplatte sabotieren: Er schreibt regelmäßig Protokolle unter Umgehung des Puffers direkt auf die Platte. Fügen Sie vor jedem Eintrag in der Datei /etc/syslog.conf ein - ein, so nutzt der Daemon dafür künftig auch den Plattencache. Aber auch hier droht bei Stromausfall ein Datenverlust.

Weitere energieraubende Plattenzugriffe vermeiden Sie, indem Sie ein Ext3-Dateisystem mit dem Parameter noatime mounten – oder bei Dateien, die die atime-Option benötigen, mit dem Parameter nodiratime respektive relatime einhängen [6]. Standardmäßig bindet Linux Ext3-Dateisysteme mit der Option atime ein: Dann führt Linux Buch über den letzten Zugriff auf die Dateien und zeichnet in kurzen Abständen solche Zeitstempel auf. Das wiederum bedeutet regelmäßige Festplattenzugriffe und somit Energieverbrauch.

Die Entwickler der Laptop-Mode-Tools [7] raten von der Verwendung dieses Stromsparfeatures auf Desktop-PCs allerdings ab: Deren Festplatten seien anders als Notebook-Festplatten für den Dauerbetrieb konzipiert, nicht aber für regelmäßiges Anfahren in kurzen Zeitabständen [8].

Die Laptop-Mode-Tools helfen, die Notebook-Features des Kernels zu aktivieren und lassen sich über eine Konfigurationsdatei (siehe Kasten “Laptop-Mode-Tools”) auf die persönlichen Wünsche einstellen. Das Tool, das sie in den Repositories vieler Distributionen findet, hilft beim Stromsparen, wobei es das Hauptaugenmerk auf die Festplatte und deren Stromsparmodi legt. Dabei verändert es auf Wunsch diejenigen Systemeinstellungen, die das unnötige Anfahren der Platte verursachen.

Die Werkzeuge unterstützen daneben eine Reihe weiterer Optionen zum Stromsparen: Sie konfigurieren automatisch die Stromsparkonfiguration beim Umschalten auf Akku-Betrieb, aktivieren die Stromsparfunktionen von Centrino-WLAN-Adaptern, Hibernation sorgen bei niedrigem Ladestand der Batterie für Hibernation, starten oder stoppen Daemons abhängig von der Stromzufuhr und passen die Anzeigehelligkeit an. Die Festplatte verbleibt bedeutend länger im Schlafzustand, sogar bei einfachen Arbeitsvorgängen.

Fazit

Mit den richtigen Stellschrauben lässt sich der Stromhunger bei Notebooks und Desktop-PCs um einiges reduzieren. Einige Tipps lassen sich dabei recht einfach umsetzen, bei anderen muss man tiefer in die Systemeigenschaften eintauchen. Auf jeden Fall winken als Lohn der Arbeit eine deutlich verlängerte Akkulaufzeit des Notebooks und mittelfristig geringere Energiekosten.