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Prozessortaktung

Dieser Artikel wurde für die folgenden Ubuntu-Versionen getestet:

Dieser Artikel ist größtenteils für alle Ubuntu-Versionen gültig.

Hinweis:

Je nach Prozessortyp stehen gegebenenfalls nicht alle in diesem Artikel beschriebenen Abfrage- und Einstellmöglichkeiten zur Verfügung.

Wiki/Icons/config.png

Linux bietet die Möglichkeit, die Taktfrequenz des Prozessors (CPU) auszulesen und wenn notwendig, auch zu modifizieren bzw. den aktuellen Bedürfnissen (an die Rechenleistung) anzupassen. Dies wird normalerweise vollautomatisch erledigt.

Während die Taktfrequenzstufen und -grenzen durch die Hardware vorgegeben sind, entscheidet ein sogenannter "(Scaling-)Governor", wie die Taktfrequenz automatisch geregelt bzw. konkret angepasst wird. Dieser Artikel gibt Hinweise für manuelle Eingriffe.

Wer nicht zuerst den kompletten Artikel lesen möchte, findet im Abschnitt Links ein einfaches Shellskript, das die wichtigsten Informationen zur CPU, Governor, Taktfrequenz etc. im Terminal anzeigt.

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Arbeitsweise der Governors

Governor Beschreibung
ondemand (Standard bei den meisten Systemen) Die CPU-Frequenz wird den aktuellen Bedürfnissen an die Rechenleistung angepasst. Dabei wird die CPU-Frequenz u.U. sprunghaft angehoben oder abgesenkt.
conservative Die CPU-Frequenz wird den aktuellen Bedürfnissen an die Rechenleistung angepasst. Die Taktfrequenz wird aber Schritt-für-Schritt angehoben bzw. abgesenkt.
performance Die CPU läuft permanent auf der höchsten erlaubten Taktfrequenz.
powersave Die CPU läuft permanent auf der niedrigsten erlaubten Taktfrequenz.
userspaceDies ist kein Kernel-eigener Governor, vielmehr wird ein Governor im Userspace verwendet, wie z.B. powernowd.

Hinweis:

Auch wenn die Bezeichnungen der Taktstufen anderes suggerieren, spart man bei powersave nicht unbedingt Strom! Im normalen Desktop-Betrieb sorgt powersave dafür, dass der Prozessor später in den "Schlafmodus" fällt, weil er langsamer rechnet und daher entsprechend länger braucht. Der Schlafmodus spart aber wesentlich mehr Energie als die niedrigste Taktfrequenz. powersave ist nur dann sinnvoll, wenn die CPU voll ausgelastet ist (z.B. Videokodierung, aufwendige Spiele) und man dabei Strom sparen muss. Oder wenn ein Lüfter lärmt, der zu Ungunsten der Systemleistung langsamer drehen und damit leiser werden soll.

In allen anderen Fällen heisst die stromsparendste Variante - auch bei Laptops im Akku-Betrieb - ondemand.

Taktfrequenzanpassung beeinflussen

Für die Regelung der Taktstufen hat man zwei Möglichkeiten: grafisch mit GUI oder im Terminal.

GNOME

Zur grafischen Anzeige und Änderung der Frequenzen und Anpassungsmechanismen kann man das Programm cpufreq-selector nutzen, welches in der Regel in der Standardinstallation von Ubuntu (GNOME) enthalten ist. Der entsprechende Paketname lautet [1]:

  • gnome-applets

Nun führt man einem Rechtsklick rechte Maustaste auf das GNOME Panel aus und wählt dann "Zum Panel hinzufügen → Überwachen der Prozessortaktstufen". Dort sollte dann im Leerlauf (bei "ondemand") immer die niedrigst mögliche Frequenz angezeigt werden.

./cpufreq-applet.png

Mit einem Linksklick linke Maustaste auf das Applet kann man die Taktstufen-Anpassung auch selbst verändern. So kann man beispielsweise die Taktrate fest auf den niedrigsten Wert einstellen. Klickt man zum ersten Mal auf einen der Werte, so muss ein Administrator des Systems diesen Vorgang erlauben. Das Ändern der Taktraten für alle anderen Benutzer kann bis Ubuntu 8.04 Hardy Heron über den (einmaligen) Befehl

sudo chmod +s /usr/bin/cpufreq-selector 

erlaubt werden.

./Prozessortaktstufen_intrepid.png Ab Ubuntu 8.10 Intrepid Ibex genügt es, das Applet zur Leiste hinzuzufügen. Beim ersten Änderungswunsch erscheint eine Abfrage zum Entsperren. Hier kann dann der derzeit aktive Benutzer nach Eingabe des eigenen Passwortes die Einstellungen vornehmen.

Hinweis:

Unter Ubuntu 9.10 Karmic Koala gibt es Probleme mit diesem Applet. Hier hilft folgende provisorische Lösung: Mit Root-Rechten die Datei /var/lib/polkit-1/localauthority/50-local.d/gnome-cpufreq.pkla anlegen und diese Zeilen einfügen:

[Allow users to set the CPU frequency]
Identity=unix-group:<Benutzername>
Action=org.gnome.cpufreqselector
ResultAny=no
ResultInactive=no
ResultActive=yes

<Benutzername> muss durch den eigenen Benutzernamen ersetzt werden!

Voreinstellung ändern

Allerdings gilt das, was man hier einstellt, nur bis zum nächsten Neustart oder Aufwachen aus dem Standby. Wacht der Rechner wieder auf, so ist diese Einstellung wieder auf "Ondemand" gesetzt. Die Voreinstellung des gnome-power-managers kann mit dem GNOME Konfigurationseditor [5] bearbeitet werden. Dort findet man eine Einstellungsmöglichkeit für den Betrieb am Netzteil

  • "apps → gnome-power-manager → cpufreq → policy_ac"

und einen zugehörigen Schlüssel für den Batteriebetrieb.

  • "apps → gnome-power-manager → cpufreq → policy_battery"

Die verfügbaren Richtlinien zum Einstellen der Frequenz werden im nächsten Abschnitt erläutert. Achtung: diese Schlüssel fehlen unter Ubuntu 9.10 Karmic Koala.

Experten-Info:

cpufreq-selector kann auch über die Kommandozeile gesteuert werden. Die Option -g legt den Governor fest, die Option -f die Frequenz in kHz. Die Option -c bezeichnet die CPU, für die die Einstellung gilt.

GNOME: emifreq-applet

Für GNOME gibt es noch die Möglichkeit, die Prozessortaktfrequenz mit Hilfe des emifreq-applet 🇬🇧 im GNOME Panel zu ändern. Dazu installiert man folgendes Paket:

und fügt das Applet dem Panel hinzu.

Anschließend wird die aktuelle Prozessortemperatur angezeigt, fährt man mit dem Mauszeiger über das Icon des Applets, so wird die aktuelle Taktfrequenz angezeigt. Klickt man mit der linken Maustaste auf das Icon, kann man zwischen verschiedenen Taktfrequenzen wählen. Die Einstellmöglichkeiten via emifreq-applet sind im Vergleich zu den Möglichkeiten der Einstellung "von Hand" zwar eingeschränkt, in der Regel jedoch völlig ausreichend.

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KDE

Unter KDE gibt es die Möglichkeit, über Solid bzw. dessen solidshell den Prozessortakt zu beeinflussen. Um den "Governor" zu wechseln , öffnet man ein Terminal [3] und verwendet den Befehl

solidshell power set cpufreq ondemand 

um den "Ondemand Governor" zu setzen.

Xfce

Auch unter Xubuntu können native Panel-Applets genutzt werden. Dazu fügt man dem Panel via rechte Maustaste ein neues Element "CPU Frequency Monitor", "CPUFreq" oder "Governor Plugin" hinzu. Die Paketnamen lauten [1]:

  • xfce4-cpu-freq-plugin (universe [2], Anzeige und Änderung der Taktfrequenz)

  • xfce4-cpufreq-plugin (universe, nur Anzeige der Taktfrequenz)

  • xfce4-governor-plugin (universe, Anzeige und Änderung des Governors)

Alternativ ist es auch möglich, durch Installation des Pakets

  • xfce4-xfapplet-plugin

GNOME Panel-Applets unter Xfce auszuführen.

Hintergrundinfos und Einstellung im Terminal

Daten zur CPU-Frequenz auslesen

Alle relevanten Daten zur Taktfrequenz der CPU (wie z.B. mögliche Taktfrequenzen, aktuelle Taktfrequenz, Strategie für Taktfrequenzwechsel etc.) befinden sich in einem Unterverzeichnis von /sys. Dies ist keine "festes" Verzeichnis wie z.B. /usr oder /home, sondern wird bei jedem Systemstart bzw. zur Laufzeit dynamisch angelegt. Der Linux-Kernel legt in diesem Verzeichnis viele Systeminformationen ab. Um die Daten der CPU-Frequenz auszulesen, hilft das Verzeichnis /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq weiter.

Hinweis:

Hat man ein Mehrprozessorsystem, so existieren auch die Unterverzeichnisse .../cpu1/... , .../cpu2/... etc., je nach Anzahl der Prozessoren. Im Folgenden beziehen sich alle Beispiele auf die erste CPU (also cpu0). Alle Angaben sind aber 1:1 auf die anderen CPUs übertragbar.

Lässt man sich mit

ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/ 

den Inhalt dieser Verzeichnisse ausgeben, erhält man eine Ausgabe wie z.B.

affected_cpus     ondemand                       scaling_driver    stats
cpuinfo_cur_freq  scaling_available_frequencies  scaling_governor
cpuinfo_max_freq  scaling_available_governors    scaling_max_freq
cpuinfo_min_freq  scaling_cur_freq               scaling_min_freq

ondemand (der Name ist abhängig vom gerade verwendeten Governor) und stats sind Verzeichnisse, alles andere sind Textdateien, welche bestimmte Informationen zur CPU bzw. zur Taktfrequenz enthalten. Fast alle Dateien können ohne weiteres mit cat in einem Terminal [3] angezeigt werden.

Soll z.B. die maximal mögliche CPU-Frequenz ausgelesen werden:

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

1400000

Die Ausgabe erfolgt in KHz, d.h. diese CPU hat einen maximalen Takt von 1,4 GHz.

Details zum laufenden Governor

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

conservative
ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/conservative/ 

down_threshold  ignore_nice_load      sampling_rate      sampling_rate_min
freq_step       sampling_down_factor  sampling_rate_max  up_threshold

Über diese Dateien kann zusätzlich das Verhalten des Governors im Detail beeinflusst werden. Dies wird weiter unten beschrieben (Manuelle Änderungen vornehmen). Interessierte können die entsprechenden Informationen auch unter Weiterführende Informationen nachlesen.

Taktfrequenzgrenzen des Prozessors

Datei enthält Info zu
cpuinfo_cur_freq Die aktuelle Taktfrequenz der CPU.
cpuinfo_max_freq Die maximale Taktfrequenz der CPU.
cpuinfo_min_freq Die minimale CPU-Frequenz.

Taktfrequenzgrenzen des Governors

Die Taktfrequenzwechsel müssen nicht unbedingt innerhalb der durch die Hardware (CPU) vorgegebenen Grenzen erfolgen, die Grenzen für die Governor werden über folgende Dateien im Verzeichnis /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq festgesetzt:

Datei enthält Info zu
scaling_available_frequencies Gibt alle möglichen Frequenzen der CPU aus.
scaling_max_freq Maximal (für den Governor) erlaubte Frequenz; muss nicht zwangsläufig identisch mit cpuinfo_max_freq sein!
scaling_min_freq Minimale (für den Governor) erlaubte Frequenz; muss nicht zwangsläufig identisch mit cpuinfo_min_freq sein!
scaling_cur_freq Aktuell vom Governor eingestellte Taktfrequenz

Statistik über Taktfrequenzwechsel

Einige Statistiken zu den Frequenzwechseln enthält /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats:

ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats/ 

time_in_state  total_trans  trans_table

Den Dateien können folgende Informationen entnommen werden:

Datei enthält Info zu
time_in_state Wie lange wurde mit welcher Taktfrequenz gearbeitet
total_trans Anzahl der Taktwechsel
trans-table Übersicht, wie oft von welcher Frequenz auf welche andere Frequenz gewechselt wurde

Beispiel:

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats/time_in_state 

1400000 53513
1200000 2616
1000000 2400
800000 2840
600000 1208171
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats/total_trans 

5477
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats/trans_table 

   From  :    To
         :   1400000   1200000   1000000    800000    600000
  1400000:         0       282       258       291      1549
  1200000:        52         0        12        12       206
  1000000:        48         0         0        14       208
   800000:        52         0         0         0       265
   600000:      2228         0         0         0         0

Manuelle Änderungen vornehmen

Artikel für fortgeschrittene Anwender

Dieser Artikel erfordert mehr Erfahrung im Umgang mit Linux und ist daher nur für fortgeschrittene Benutzer gedacht.

Achtung!

Die unüberlegte oder unvorsichtige Änderung von Dateien, welche die CPU-Taktfrequenz beeinflussen, kann im schlimmsten Fall zur Beschädigung der Hardware führen!

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Governor und Frequenzgrenzen ändern

Manuell lassen sich folgende Änderungen vornehmen:

  • maximal erlaubte obere Taktfrequenz

  • minimal erlaubte untere Taktfrequenz

  • zu verwendener Governor

Hinweis:

Die Umleitung über tee ist für das Wechseln des Governors notwendig, da ein direktes echo conservative > /sys/... nicht erlaubt ist und mit einer Fehlermeldung beendet wird.

Die Änderungen lassen sich per echo in die entsprechende Datei schreiben. Im folgenden Beispiel wird zuerst der aktuelle Governor abgefragt, dann die möglichen Alternativen und anschließend der Governor von "ondemand" auf "conservative" gesetzt:

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

ondemand
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors 

powersave userspace ondemand conservative performance
echo conservative | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor 

conservative

Zu bedenken ist, dass die Änderung flüchtig ist, d.h. nach einem Neustart des Rechners muss die gewünschte Änderung erneut vorgenommen werden. Oder man nutzt die folgende Anleitung:

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Einstellung bei Systemstart festlegen

Mit Hilfe der sysfsutils lassen sich Einträge im Verzeichnis /sys bei Systemstart vornehmen. So ist es z.B. auch möglich, den Governor festzulegen, ohne jedesmal den Befehl echo <Option> | sudo tee ... aufrufen zu müssen.

Dazu muss man das Paket

  • sysfsutils (universe, [2])

installieren. Anschließend bearbeitet oder ergänzt man in der Konfigurationsdatei /etc/sysfs.conf in einem Editor mit Root-Rechten [4]. Um z.B. den "Ondemand Governor" festzulegen und den minimalen CPU-Takt auf 1,0 Ghz, ergänzt man folgende Zeilen:

devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor = ondemand
devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_min_freq = 1000000

Hinweis:

Hat man einen Mehrkernprozessor, so müssen die entsprechenden Einträge natürlich auch für die weiteren CPUs vorgenommen werden.

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Kernel-Module

Die in diesem Artikel besprochenen Funktionen setzen voraus, dass ein entsprechendes Kernelmodul zur Taktfrequenzanpassung für den Prozessor geladen ist. Ob dies der Fall ist, lässt sich über den Befehl

lsmod |less 

feststellen (beenden mit q).

In der Übersicht sollte, je nach Prozessor, eines der folgenden Module auftauchen:

Prozessortyp Kernel-Modul
Intel Prozessoren neuerer Generation, bei korrekter ACPI-Implementierung acpi-cpufreq
Intel Centrino (Kompatibilitätsmodus) speedstep-centrino
Intel Pentium 4 (und teilweise neuere) p4-clockmod
Intel Pentium-III M speedstep-ich
AMD je nach Modellreihe powernow-k6, powernow-k7 oder powernow-k8
Mainboards mit Nforce2-Chipsatz cpufreq_nforce2

In manchen Fällen - gerade bei Notebooks - kann es vorkommen, dass das BIOS falsche ACPI-Tabellenwerte zurückliefert. Dann kann es sein, dass entweder kein Modul geladen wurde oder ein anderes nötig ist. Benutzer mit einem Intel Core Duo können bei Problemen unter Umständen Abhilfe schaffen, indem sie das Kernel-Modul p4-clockmod laden.

Ein Kernel-Modul wird mit

sudo modprobe -v modulname 

geladen. Näheres zum Umgang mit Modulen erfährt man unter Kernelmodule.

Nach dem Laden des richtigen Moduls sollte das Heruntertakten funktionieren. Wenn nicht, dann kann vielleicht noch ein BIOS-Update/-Downgrade (bekannte Bugs beim BIOS von Asus Mainboards; siehe Forum) oder der Artikel acpi-fix helfen.

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Weiterführende Informationen

Weitere Informationen zu den verschiedenen Governors, den Dateien im Verzeichnis /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq und manuellen Eingriffsmöglichkeiten enthält die Kernel-Dokumentation. Diese kann über folgendes Paket installiert werden [1]:

  • linux-doc

Die entsprechenden Dokumente befinden sich dann im Verzeichnis /usr/share/doc/linux-doc-KERNELVERSION/Documentation/cpu-freq, wobei die KERNELVERSION je nach System variiert.

Probleme und Lösungen

ab Ubuntu 9.04

Per Design - it's a feature, not a bug - wird der Rechner mit dem Governor performance gestartet. Nach kurzer Zeit (wenige Minuten) übernimmt dann der Dienst ondemand die Aufgabe, den Governor ondemand zu aktivieren. Damit ist Ubuntu in der Lage, den Systemstart zu beschleunigen, während der Prozessor im normalen Betrieb dynamisch geregelt wird. Allerdings können Probleme mit manchen CPUs auftreten, die auf performance bleiben (zur Ursache siehe /var/log/kern.log). Der Dienst ondemand kann auch Schuld sein, wenn eigene Einstellungen (z. B. über /etc/rc.local) wieder überschrieben bzw. zurückgesetzt werden.

ab Ubuntu 9.10

Speziell beim Pentium 4 kann der Einsatz eines userspace-Governors wie powernowd in Kombination mit dem Kernelmodul p4-clockmod helfen. Damit powernowd funktioniert, müssen noch die Start-/Stop-Level von ondemand angepasst werden:

sudo update-rc.d -f ondemand remove
sudo update-rc.d ondemand stop 20 2 3 4 5 . stop 20 0 1 6 . 

Das Panel-Applet cpufreq-selector unter GNOME sollte dann nur noch zur Kontrolle verwendet werden. Obwohl einzelne Taktstufen frei wählbar sind, bewirkt die Auswahl von "Conservative" und "Ondemand" einen Rückfall auf "Performance" ("Powersave" funktioniert). Dann muss powernowd neu gestartet werden:

sudo powernowd 

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Diese Revision wurde am 26. April 2010 10:10 von primus_pilus erstellt.
Die folgenden Schlagworte wurden dem Artikel zugewiesen: Hardware, System