TWI569129B - 系統暫停方法、系統回復方法及應用其之電腦系統 - Google Patents

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TWI569129B TW104140194A TW104140194A TWI569129B TW I569129 B TWI569129 B TW I569129B TW 104140194 A TW104140194 A TW 104140194A TW 104140194 A TW104140194 A TW 104140194A TW I569129 B TWI569129 B TW I569129B
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Description

系統暫停方法、系統回復方法及應用其之電腦系統
本揭露是有關於一種系統暫停方法、系統回復方法及應用其之電腦系統。
利用休眠技術(suspend to disk)來達到快速開機的方法已廣泛被採用。在休眠模式(S4)中，記憶體之資訊被寫入至外部儲存媒體，並停止所有周邊裝置的工作。
在一般休眠技術的系統暫停程序(system suspend procedure)中，記憶體的內容會被製作成休眠檔(hibernate file)，並寫至外部儲存媒體。
在休眠技術的系統回復程序(system resume procedure)中，則會初始化所有的周邊裝置，並載入休眠檔，以回復所有的周邊裝置。然而，在這樣的系統回復程序中，必須花費相當多的時間進行所有周邊裝置的初始化動作與回復動作，造 成快速開機執行速度的瓶頸。
隨著穿戴式裝置的崛起，如何節省穿戴式裝置之電力是一項相當困難的議題。對於智慧穿戴式裝置(如智慧眼鏡)來說，其上可能需要執行一個複雜的作業系統，如Android系統，其電力需求相當高。因此，針對智慧穿戴式裝置的節電衍生出不同大小之雙核心的設計，當系統需要執行高性能應用程式時，便使用高性能的大核心來執行，若不需要時就讓大核心進入休眠模式或待機模式，並關閉多數周邊裝置，只保留小核心繼續運行，以節省更多的電力。要實現這個設計有一個關鍵，便是大核心的系統回復程序不能太久，才不至於影響到使用者經驗。因此，需要有更快速的系統回復程序來解決大核心系統回復的問題。
此外，隨著非揮發性記憶體的進步，未來將有機會逐步取代現有的動態存取記憶體(DRAM)。利用休眠技術的快速開機方法也將逐漸轉成利用待機技術(suspend to ram)的快速開機方法(待機技術又稱睡眠技術)。記憶體的內容將直接被保留在非揮發記憶體中，而不需要再寫出到外部儲存媒體。
在一般待機技術的系統回復程序中，雖然少了休眠檔的讀取動作。但仍須初始化與回復所有的周邊裝置。在這樣的系統回復程序中，仍必須花費相當多的時間進行所有周邊裝置的初始化動作與回復動作，也造成快速開機流程的瓶頸。
本揭露係有關於一種系統暫停方法、系統回復方法及應用其之電腦系統。
根據本揭露之第一方面，提出一種電腦系統之系統暫停方法。電腦系統之系統暫停方法用以使一電腦系統進入一待機模式(S3)或一休眠模式(S4)。電腦系統包括數個周邊裝置及一中央處理器。電腦系統之系統暫停方法包括以下步驟。凍結(freeze)電腦系統之運作。暫停(suspend)此些周邊裝置。此些周邊裝置被分類為一第一類別及一第二類別。屬於第一類別之此些周邊裝置於電腦系統進行一系統回復程序時，均被回復(resume)。屬於第二類別之此些周邊裝置於電腦系統攔截到一使用需求時，才被回復。關閉中央處理器之電力。
根據本揭露之第二方面，提出一種電腦系統之系統回復方法。電腦系統之系統回復方法用以使一電腦系統從一待機狀態(S3)或一休眠狀態(S4)回復至一開機狀態(S0)。電腦系統包括數個周邊裝置及一中央處理器。此些周邊裝置被分類為一第一類別及一第二類別。電腦系統之系統回復方法包括以下步驟。開啟中央處理器之電力。僅回復(resume)屬於第一類別之此些周邊裝置。解凍(thaw)電腦系統之運作。
根據本揭露之第三方面，提出一種電腦系統。電腦系統包括數個周邊裝置、一中央處理器及一電源管理介面。中央處理器用以控制此些周邊裝置。電源管理介面用以執行一系統暫停程序，以使電腦系統進入一待機模式(S3)或一休眠模式(S4)。 於系統暫停程序中，電源管理介面用以凍結(freeze)電腦系統之運作、暫停(suspend)此些周邊裝置、並關閉中央處理器之電力。電源管理介面分類此些周邊裝置為一第一類別及一第二類。屬於第一類別之此些周邊裝置於電腦系統進行一系統回復程序時，均被回復(resume)。屬於第二類別之此些周邊裝置於電腦系統攔截到一使用需求時，才被回復。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧電腦系統
110‧‧‧中央處理器
120‧‧‧電源管理介面
121‧‧‧預設回復單元
122‧‧‧攔截單元
123‧‧‧需求性回復單元
130‧‧‧記憶體
140‧‧‧外部儲存裝置
150‧‧‧周邊裝置
710‧‧‧記憶體映射相關分頁
720‧‧‧分頁錯誤處理程式
910‧‧‧應用程式
920‧‧‧GNU C函式庫
930‧‧‧系統呼叫介面
940‧‧‧虛擬檔案系統
950‧‧‧索引節點快取
960‧‧‧目錄快取
970‧‧‧個別檔案系統
980‧‧‧緩衝快取
990‧‧‧裝置驅動器
KS‧‧‧核心空間
Q1‧‧‧使用需求
R1‧‧‧第一類別
R2‧‧‧第二類別
S210、S220、S230、S240、S250、S310、S320、S330、S340、S350、S360、S370、S380、S381、S382、S510、S520、S530、S540、S550、S610、S620、S630、S640、S650、S660、S670、S671、S672‧‧‧流程步驟
US‧‧‧使用者空間
第1圖繪示電腦系統之示意圖。
第2圖繪示電腦系統採用「周邊裝置需求性回復機制」進入休眠模式之系統暫停方法的流程圖。
第3圖繪示電腦系統採用「周邊裝置需求性回復機制」離開休眠模式之系統回復方法的流程圖。
第4圖繪示電源管理介面實施「周邊裝置需求性回復機制」之示意圖。
第5圖繪示電腦系統採用「周邊裝置需求性回復機制」進入待機模式之系統暫停方法的流程圖。
第6圖繪示電腦系統採用「周邊裝置需求性回復機制」機制離開待機模式之系統回復方法的流程圖。
第7圖繪示Linux作業系統環境之示意圖。
第8圖繪示Linux作業系統環境進行記憶體映射之示意圖。
本揭露在系統回復程序(system resume procedure)中，提出一個「周邊裝置依需求回復機制(peripheral resume on demand)」，而僅回復(resume)立即必要的周邊裝置，並讓不立即必要的周邊裝置保留為暫停狀態、或假裝為已經成功回復的偽回復(fake resumed)狀態，並繞行(bypass)系統回復程序。待系統回復程序完成後，應用程式對暫停狀態或偽回覆狀態之周邊裝置提出使用需求時，再對暫停狀態或偽回覆狀態之周邊裝置進行回復的動作。如此一來，系統回復程序可以藉由減少需要回復的周邊裝置數量來縮短系統回復程序的執行時間。
請參照第1圖，其繪示電腦系統100之示意圖。電腦系統100包括一中央處理器110、一電源管理介面120、一記憶體130、一外部儲存裝置140及數個周邊裝置150。周邊裝置150例如是顯面板、觸控面板、擴音器、照相機、或通用串列匯流排(USB)。周邊裝置150分為第一類別R1與第二類別R2。第一類別R1之周邊裝置150與前景程式相關，在系統回復程序中需立即必要回復。第二類別R2之周邊裝置150與前景程式無關，在系統回復程序中不立即必要回復。舉例來說，第一類別R1之周邊裝置150例如是顯示面板、或觸控面板。第二類別R2之周邊裝置150例如是擴音器、照相機、或通用串列匯流排。
請參照第1及2圖，第2圖繪示電腦系統100採用「周邊裝置需求性回復機制」進入休眠模式(S4)之系統暫停方法的流程圖。首先，在步驟S210中，凍結(freeze)電腦系統100之運作。
接著，在步驟S220中，暫停(suspend)全部的周邊裝置150，並變更周邊裝置150為暫停狀態。此些周邊裝置150被分類為第一類別R1及第二類別R2。在此步驟中，電源管理介面120可以對屬於第一類別R1之各個周邊裝置150註記一預定標籤。或者，電源管理介面120可以將屬於第一類別R1之周邊裝置150記錄於一預定列表。後續僅需查詢註記內容或預定列表即可得知此周邊裝置150是否屬於第一類別R1。屬於第一類別R1之周邊裝置150於電腦系統100進行系統回復程序時，均會被回復(resume)。屬於第二類別R2之周邊裝置150於電腦系統100攔截到一使用需求Q1(繪示於第4圖)時，才會被回復。在此步驟中，所有周邊裝置150均進入暫停狀態(或關電狀態)，但所有周邊裝置150仍保持與作業系統的連結，而未卸載。使得所有的周邊裝置150皆能夠被回復到暫停前的狀態，而非僅僅只能初始化到預設啟動狀態。
在步驟S230中，將記憶體130之內容製作成一休眠檔(hibernate file)，以記錄記憶體130對應於所有周邊裝置150之內容。在此步驟中，不論是第一類別R1還是第二類別R2，所有的周邊裝置150在暫停前的狀態均會被記錄在休眠檔中。
在步驟S240，將休眠檔儲存於外部儲存裝置140中，以儲存記憶體130對應於所有周邊裝置150之內容至外部儲存裝置140。
在步驟S250中，關閉中央處理器110及記憶體130等大部分元件之電力。
請再參照第1及3圖，第3圖繪示電腦系統100採用「周邊裝置需求性回復機制」離開休眠模式(S4)之系統回復方法的流程圖。首先，在步驟S310中，開啟中央處理器110、記憶體130、外部儲存裝置140等各項元件之電力。
在步驟S320中，由啟動程式(Boot-loader)進行簡單的初始化。
在步驟S330中，載入核心(kernel)，對核心進行詳細的初始化。
在步驟S340中，對屬於第一類別R1之周邊裝置150進行初始化。屬於第二類別R2之周邊裝置150則保持在暫停狀態、或變更為偽回復狀態。藉由減少需要進行初始化之周邊裝置150的數量，可以縮短系統回復程序所需的時間。
在步驟S350中，載入休眠檔，還原暫停前記憶體130之內容。
在步驟S360中，僅回復(resume)屬於第一類別R1之周邊裝置150。屬於第二類別R2之周邊裝置150保持在暫停狀態或變更為偽回復狀態。藉由減少需要進行回復之周邊裝置 150的數量，可以縮短系統回復程序所需的時間。
在步驟S370中，解凍電腦系統100之運作。至此即完成系統回復程序。
接下來，在步驟S380中，進行「周邊裝置需求性回復機制」。請參照第3及4圖，第4圖繪示電源管理介面120實施「周邊裝置需求性回復機制」之示意圖。電源管理介面120包括一預設回復單元121、一攔截單元122及一需求性回復單元123。在步驟S340及S360中，預設回復單元121用以初始化並回復屬於第一類別R1之周邊裝置150。在步驟S381中，攔截單元122攔截使用者空間(user space)US之應用程式910發出之使用需求Q1。在步驟S382中，需求性回復單元123依據此使用需求Q1，比對所對應的周邊裝置150是否為暫停狀態或偽回復狀態。若此周邊裝置150為暫停狀態或偽回復狀態，則此周邊裝置150屬於第二類別R2。需求性回復單元123則初始化並回復對應於使用需求Q1之屬於第二類別R2之周邊裝置150。
如此一來，系統回復程序中，只需初始化及回復部分周邊裝置150(即第一類別R1)，另一部份的周邊裝置150(即第二類別R2)則待截取到應用程式910的使用需求Q1後才初始化並回復，使得上述系統回復程序應用於快速開機技術時，更能有有效縮短開機所需的時間。
除了休眠技術以外，利用待機技術(suspend to ram)的快速開機方法(待機技術又稱睡眠技術)也適用上述「周邊裝 置需求性回復機制」。請參照第1及5圖，第5圖繪示電腦系統100採用「周邊裝置需求性回復機制」進入待機模式(S3)之系統暫停方法的流程圖。首先，在步驟S510中，凍結(freeze)電腦系統100之運作。
接著，在步驟S520中，暫停(suspend)全部的周邊裝置150，變更周邊裝置150為暫停狀態，此些周邊裝置150被分類為第一類別R1及第二類別R2。在此步驟中，電源管理介面120可以對屬於第一類別R1之各個周邊裝置150註記預定標籤。或者，電源管理介面120可以對屬於第一類別R1之周邊裝置記錄於預定列表。後續僅需查詢註記內容、或此列表即可得知此周邊裝置150是否屬於第一類別R1。屬於第一類別R1之周邊裝置150於電腦系統100進行系統回復程序時，均被回復(resume)。屬於第二類別R2之周邊裝置150於電腦系統100攔截到使用需求Q1(繪示於第4圖)時，才被回復。在此步驟中，所有周邊裝置150均進入暫停狀態(或關電狀態)，但所有周邊裝置150仍保持與作業系統的連結，而未卸載。使得所有的周邊裝置150皆能夠被回復到暫停前的狀態，而非僅僅只能初始化到預設啟動狀態。
在步驟S530中，儲存記憶體130之內容，以記錄記憶體130對應於所有周邊裝置150之內容。在此步驟中，不論是第一類別R1還是第二類別R2，所有的周邊裝置150在暫停前的狀態均會被儲存。
在步驟S540，將記憶體130設定為刷新模式(refresh mode)。
在步驟S550中，關閉中央處理器110等大部分元件之電力。
請再參照第1及6圖，第6圖繪示電腦系統100採用「周邊裝置需求性回復機制」機制離開待機模式(S3)之系統回復方法的流程圖。首先，在步驟S610中，開啟中央處理器110、記憶體130、外部儲存裝置140等各項元件之電力。
在步驟S620中，喚醒中央處理器110。
在步驟S630中，將記憶體130恢復成正常模式(normal mode)。
在步驟S640中，將系統狀態恢復。
在步驟S650中，僅回復(resume)屬於第一類別R1之周邊裝置150。屬於第二類別R2之周邊裝置150保持為暫停狀態或變更為偽回復狀態。藉由減少需要進行回復之周邊裝置150的數量，可以縮短系統回復程序所需的時間。
在步驟S660中，解凍電腦系統100之運作。至此即完成系統回復程序。
接下來，在步驟S670中，進行「周邊裝置需求性回 復機制」。請參照第4及6圖，在步驟S650中，預設回復單元121用以回復屬於第一類別R1之周邊裝置150。在步驟S671中，攔截單元122攔截使用者空間(user space)之應用程式910發出之 使用需求Q1。在步驟S672中，需求性回復單元123依據此使用需求Q1，初始化並回復對應於使用需求Q1之屬於第二類別R2之周邊裝置150。
在一實施例中，進行某一周邊裝置150初始化與回復動作時，可連同其依附的周邊裝置150一同回復。周邊裝置150之間的依附關係可以預先設立、或者可於電腦系統100進行正常開機程序時在初始化步驟建立、或者可於電腦系統100進行系統暫停程序時建立。
上述周邊裝置150的分類可以依據與前景程式的相關性來做區分。或者，在另一實施例中，周邊裝置150的分類可由使用者來設定。
此外，偽回復狀態可利用原來的裝置狀態變數來標記，亦可另外建立一變數或列表予以註記。
請參照第7圖，其繪示Linux作業系統環境之示意圖。Linux作業系統包含使用者空間(user space)US及核心空間(kernel space)KS。應用程式(application)910及GNU C函式庫(GNU C library)920位於使用者空間US。系統呼叫介面(system call interface)930、虛擬檔案系統(virtual file system)940、索引節點快取(inode cache)950、目錄快取(directory cache)960、個別檔案系統(individual file system)970、緩衝快取(buffer cache)980及裝置驅動器(device driver)990位於核心空間KS。在Linux作業系統環境中，周邊裝置150皆以檔案(file)的形式呈現。應 用程式910以系統呼叫(system call)與周邊裝置150進行溝通，上述攔截單元122可以在系統呼叫介面930攔截到使用需求Q1，例如open、read、write、ioctl呼叫。當攔截單元122攔截到使用需求Q1時，即判斷周邊裝置150的狀態。若此周邊裝置150屬於暫停狀態或偽回復狀態，則由需求性回復單元123進行初始化與回復動作，並將此周邊裝置150變更為正常狀態。完成後再回應使用需求Q1。
請參照第8圖，其繪示Linux作業系統環境進行記憶體映射之示意圖。在Linux作業系統環境中，對於周邊裝置150的操作亦可透過記憶體映射(mmap)的方式進行，可以在系統暫停程序進行時，將對應到第二類別R2之周邊裝置150的記憶體映射相關分頁(mmaped page)710的權限設定成「不可讀寫」，在系統回復程序完成後，應用程式910若利用記憶體映射之記憶體空間對此周邊裝置150進行操作時，將會引發頁缺失(page fault)PG的中斷。分頁錯誤處理程式(page fault handler)720進行周邊裝置150的狀態判斷，若此周邊裝置150為暫停狀態或偽回復狀態，則由需求性回復單元123進行初始化與回復動作，並將此周邊裝置150變更為正常狀態。完成後再回應應用程式910的使用需求Q1。
根據上述實施例，「周邊裝置依需求回復機制」可以僅回復(resume)立即必要的周邊裝置，而讓不立即必要的周邊裝置保留為暫停狀態、或假裝為已經成功回復的偽回復(fake resumed)狀態，並繞行(bypass)系統回復程序，待系統回復程序完成後，應用程式對暫停狀態或偽回覆狀態之周邊裝置提出使用需求時，再對暫停狀態或偽回覆狀態之周邊裝置進行回復的動作。如此一來，系統回復程序可以藉由減少需要回復的周邊裝置數量來縮短系統回復程序的執行時間，藉此加速開機速度。
綜上所述，雖然本揭露已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S310、S320、S330、S340、S350、S360、S370、S380、S381、S382‧‧‧流程步驟

Claims (21)

  1. 一種電腦系統之系統暫停方法，用以使一電腦系統進入一待機模式(S3)或一休眠模式(S4)，該電腦系統包括複數個周邊裝置及一中央處理器，該系統暫停方法包括：凍結(freeze)該電腦系統之運作；暫停(suspend)該些周邊裝置，該些周邊裝置被分類為一第一類別及一第二類別；其中屬於該第一類別之該些周邊裝置於該電腦系統進行一系統回復程序時，均被回復(resume)；屬於該第二類別之該些周邊裝置於該電腦系統攔截到一使用需求時，才被回復；以及關閉該中央處理器之電力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統之系統暫停方法，其中該些周邊裝置保持與一作業系統的連結。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統之系統暫停方法，其中該系統暫停方法用以使該電腦系統進入該休眠模式(S4)，該電腦系統更包括一記憶體及一外部儲存裝置，該系統暫停方法更包括：儲存該記憶體對應於所有該些周邊裝置之內容至該外部儲存裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統之系統暫停方法，其中屬於該第一類別之該些周邊裝置與至少一前景程式相關。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統之系統暫停方法，其中屬於該第一類別之各該周邊裝置被註記一預定標籤。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統之系統暫停方法，其中屬於該第一類別之該些周邊裝置被記錄於一預定列表。
  7. 一種電腦系統之系統回復方法，用以使一電腦系統從一待機狀態(S3)或一休眠狀態(S4)回復至一開機狀態(S0)，該電腦系統包括複數個周邊裝置及一中央處理器，該些周邊裝置被分類為一第一類別及一第二類別，該系統回復方法包括：開啟該中央處理器之電力；僅回復(resume)屬於該第一類別之該些周邊裝置；以及解凍(thaw)該電腦系統之運作。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電腦系統之系統回復方法，其中屬於該第二類別之各該周邊裝置被設定為一偽回復(fake resumed)狀態。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電腦系統之系統回復方法，更包括：攔截一使用需求；以及依據該使用需求，回復對應於該使用需求之屬於該第二類別之該些周邊裝置。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電腦系統之系統回復方法，其中屬於該第一類別之該些周邊裝置與至少一前景程式相關。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之電腦系統之系統回復方法，其中屬於該第一類別之各該周邊裝置被註記一預定標籤。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之電腦系統之系統回復方法，其中屬於該第一類別之該些周邊裝置被記錄於一預定列表。
  13. 一種電腦系統，包括：複數個周邊裝置；一中央處理器，用以控制該些周邊裝置；以及一電源管理介面，用以執行一系統暫停程序，以使該電腦系統進入一待機模式(S3)或一休眠模式(S4)，於該系統暫停程序中，該電源管理介面用以凍結(freeze)該電腦系統之運作、暫停(suspend)該些周邊裝置、並關閉該中央處理器之電力；其中，該電源管理介面分類該些周邊裝置為一第一類別及一第二類；屬於該第一類別之該些周邊裝置於該電腦系統進行一系統回復程序時，均被回復(resume)；屬於該第二類別之該些周邊裝置於該電腦系統攔截到一使用需求時，才被回復。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電腦系統，其中在該系統暫停程序中，該電源管理介面保持該些周邊裝置與一作業系統的連結。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之電腦系統，其中該系統暫停程序用以使該電腦系統進入該休眠模式(S4)，該電腦系統更 包括一記憶體及一外部儲存裝置，於該系統暫停程序中，該電源管理介面更儲存該記憶體對應於所有該些周邊裝置之內容至該外部儲存裝置。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之電腦系統，其中屬於該第一類別之該些周邊裝置與至少一前景程式相關。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之電腦系統，該系統回復程序用以使該電腦系統從該待機狀態(S3)或該休眠狀態(S4)回復至一開機狀態(S0)，於該系統回復程序中，該電源管理介面用以開啟該中央處理器之電力、且僅回復(resume)屬於該第一類別之該些周邊裝置、並解凍(thaw)該電腦系統之運作。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電腦系統，其中在該系統回復程序中，該電源管理介面設定屬於該第二類別之該些周邊裝置為一偽回復(fake resumed)狀態。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之電腦系統，其中在該系統回復程序中，該電源管理介面更用以攔截一使用需求，並依據該使用需求，回復對應於該使用需求之屬於該第二類別之該些周邊裝置。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之電腦系統，其中該電源管理介面對屬於該第一類別之各該周邊裝置註記一預定標籤。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之電腦系統，其中該電源管理介面對屬於該第一類別之該些周邊裝置記錄於一預定列表。
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