手机关屏后还耗电怎么回事（手机灭屏显示浪费电吗）

读者可能会有这种体会和感受，昨晚的睡眠时间和平时相当，但是为何早上起来特别困，如下来自健康手环的睡眠监测数据或许可以给你答案。

可知整个夜间睡眠时间段，睡眠质量通过深睡、浅睡、清醒三种等级来表征，你记忆中的夜间睡眠，实际情况可能是翻来覆去整个人都处于清醒的状态，这种情况越多，睡眠质量也就越差。该监测数据，可为作息规划与改善提供数据支撑。

对于手机而言，灭屏状态下的表现其实与人的睡眠大体类似，当系统处于深度睡眠模式时，功耗会低很多；相反，当系统处于唤醒状态时，功耗会大很多，此时手机自然也就耗电快。本文，我们来介绍下手机灭屏耗电这回事。

当按下电源键时，系统就会触发熄屏与休眠流程，概述如下：

在该流程中，PhoneWindowManager负责对电源键作出响应，然后通过goToSleepFromPowerButton->goToSleep调用向PowerManger传递休眠动作，作为PowerManger中goToSleep的实现者PowerManagerService，则透过
   setHalAutoSuspendModeLocked ->
   mNativeWrapper.nativeSetAutoSuspend间接调用native suspend_control（android.system.suspend@1.0-service） 中的enableAutoSuspend关键函数。而suspend_control（android.system.suspend@1.0-service）则通过kernel pm core提供的各类sysfs节点对系统休眠条件与流程进行检查和控制。在linux kernel pm core中，main这一部分与suspend相关的模块有autosleep、wakeup count、task freeze、wakelock等，主要负责提供相应的用户态接口以及处理与硬件无关的核心逻辑。之后pm driver则负责处理硬件相关的休眠工作，分device driver抽象层的逻辑控制，以及具体的平台休眠实现与设备休眠实现。

再次转到灭屏耗电这个维度，通过如上的信息，可知影响耗电的几个主要关键维度：是否有触发休眠动作、触发休眠后是否执行成功、是否频繁退出休眠状态、平台级的休眠状态、外围设备的耗电状态等。

Android框架batterystats模块对系统的耗电表现有相对完整的理解和阐述，其对硬件耗电表现（eg：cpu、wifi、gps、bluetooth）以及软件行为（eg：休眠、持锁、冻结、唤醒、Job）都有丰富的数据统计。以应用软件在cpu上的耗电表现为例，其统计该应用在每个cluster上的cpu执行时间，结合cpu每个频点的功耗数据，加权累计后即可算出该应用的cpu耗电情况，关键代码段以及配置文件摘录如下：

为了便于开发人员调试分析，Batterystats的数据可以通过dumpsys batterystats命令输出，且谷歌开发了battery-historian工具以图形界面的方式展示batterystats统计的关键信息。源代码以及搭建方法在
   https://github.com/google/battery-historian官方网站中有阐述，效果示例如下：

对于手机灭屏下的表现，我们可以从图中得到很多耗电相关的信息，关键信息摘录如下：

  • CPU running：用于表征系统是否有进入休眠状态，并记录唤醒源信息。休眠时间占比越短，耗电会越差。
  • Userspace wakelock：用于表征当前是否存在用户空间申请的wakelock，并且这里会展示系统被唤醒后首次申请的wakelock。值得注意的是，用户空间申请的wakelock的总时长和首次申请的wakelock并不存在必然的联系，如果要进一步确认总时长分别是哪些wakelock引起的，可以执行dumpsys batterystats --enable full-history命令后得到所有wakelock的过程记录功能，从而找到答案。
  • Long wakelocks：表征是否存在长时间持有的wakelock。当持有时间超过1分钟时，则会被标记，此类的情况的出现会对灭屏功耗造成较大影响。
  • Kernel only uptime：当所有用户态的wakelock都释放后，如果kernel未休眠，那么这部分的时间会被记录到这个字段。
  • Screen：表征当前的亮灭屏状态。
  • Doze：表征android doze省电模式的状态。值可为off foze、light doze、full doze这几种，当用户一段时间内没有使用手机且满足进入Doze的条件时，会限制应用的后台活动，以达到减少功耗的目的。具体限制的动作比如暂停网络访问、忽略应用持有的WakeLock、不再进行wifi扫描、不允许sync adapters和JobScheduler运行等。不过为了保证基础功能与用户体验，系统进程、核心应用、前台服务进程并不会受到限制。
  • 其它：gps状态、通话状态、联网状态与类型、wifi状态等，都与灭屏表现息息相关，篇幅有限，不详细阐述。

上文batterystats模块中”cpu running“指标阐述的是休眠与否这个状态。然而，linux系统可分为三种状态：工作态、空闲态、休眠态。系统工作态与空闲态这两种状态下的运行表现，对灭屏功耗同样起着至关重要的影响。

如上图所示，灭屏下系统处于唤醒状态时（持有wakelock未休眠或者睡眠后被唤醒），如果cpu没有被关闭，那么处理deadline、real time、fair调度类上的任务时认为cpu处于工作态。为了改善灭屏工作态的功耗，往往通过减少任务量、降低硬件功耗两方面来制定策略，比如冻结与清理非核心的任务、job策略优化、降低cpu的工作频率、关闭能效差的cpu等。此时batterystats模块又充分展示出”对耗电工作的主动与积极性“，对灭屏下的各个应用的cpu使用情况做了详细的统计，这对灭屏耗电分析与调试、优化效果呈现等方面起到一定的辅助作用，结果示例如下：

当deadline、realtime、fair调度类上无任务需要处理时，kernel则会执行idle调度类上的任务，该任务的职责是走cpu idle流程以节省功耗。另外，可以选择不同的idle governor比如menu governor、ladder governor、平台定制的governor等以满足不同的应用场景。为了快速便捷的了解各cpu的idle执行情况，可通过idlestat开源工具（源码参考网址
   https://github.com/scheduler-tools/idlestat）来分析、统计各个cpu在每个idle c-state下的停留时间、进入次数等信息，也可通过busybox powertop工具（源码参考网址https://busybox.net/）来分析cpu的irq、timer表现以找出top类的idle唤醒源。

另外，当cpu的idle级别达到某个级别以上（C1、C2 ….），或者处于idle的cpu数量达到某个条件，亦或者其它特殊的条件（不同平台表现不一）得到满足时，SOC往往会进入深度定制的省电模式以将idle状态下的耗电降低到极致。其中，这里提及的特殊条件的满足，依赖的条件往往比较多，各个设备模块往往充分利用内核提供的runtime pm框架，在合适的时机尽可能的释放相应的资源以提供必要条件。runtime pm状态描述如下：

关键函数示例如下：

以i2c控制器为例，在不需要传输数据的时候及时释放clock，代码示例如下：

如上所述，灭屏情况下的kernel休眠态、工作态、空闲态表现对灭屏功耗均起到关键的影响，因此，策略设计不合理、运行逻辑出现异常，都会造成灭屏耗电不理想。

回到前面提到的几个维度，kernel是否有触发休眠动作、是否频繁退出休眠状态、触发休眠后是否执行成功等关键信息可以在batterystats模块统计的信息中找到线索。然而，平台级别的休眠状态、外围器件的休眠状态，由于终端设备之间的差异性比较大，batterystas的覆盖还不够。

对于整机硬件系统，除了cpu之外，modem子系统、sensor子系统、audio子系统、wireless子系统往往也不可或缺，这些子系统对灭屏耗电影响也很大。

  • Modem子系统：负责处理与基站相关的通信业务，承担着电话、短信、上网等业务。造成该子系统休眠差的原因有多种，比如业务联网频繁、小区切换频繁、无服务搜网、RRC连接不释放、弱信号重传多等。
  • Sensor子系统：负责传感器业务需求、基础功能的支撑（比如抬手检测、计步检测、开合检测等），出于耗电的考虑，越来越多的传感器算法会转移到sensor子系统来实现。应用调用sensor是否合理、sensor的采样频率、省电模式的配置、算法实现的复杂度，是影响sensor子系统休眠与耗电表现的重要因素。
  • Audio子系统：处理音频相关业务，比如音频播放、录音、特效算法等。三方应用的不合理使用（例如后台持续播放、录音行为）往往是造成audio子系统异常耗电的主要原因。
  • Wireless子系统：该子系统往往集成了wifi、bt、gps、fm等无线功能模块，相应模块的作业状态直接影响该子系统的耗电表现。

随着业务需求的发展，手机终端的集成度越来越高，功能也越来越复杂，无论是硬件、底层设备驱动还是应用软件，在设计与实现时都需要充分考虑耗电影响，以本文提及的灭屏为例，围绕AP（工作态、空闲态、休眠态）以及特殊业务子系统进行硬件功耗优化、软件算法优化、耗电策略改善等，提升用户灭屏耗电体验。

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