装 Linux 的 Thinkpad X1C 在发高烧

前话

本着对小黑和 Linux 的喜欢，在去年年中买了 Thinkpad X1C 并装上了 Gentoo，然后，就很少再见它……因为我还有一本老 Thinkpad T440s + Gentoo 和一台性能强劲的 ITX + Gentoo，各种“派”小电脑。

今年因疫情原因，终于打开我的小宝贝，发现不该有的异常高温居然出现在小本本身上，待机 65 - 70 度，回顾了我 2010 年的 Thinkpad R400，调教完可是日常使用 30 度不到，14 年我一直抱怨烫手的 Thinkpad T440s 是 45 度，而今，这 Thinkpad X1C 就让人有点情绪了，高温伴随的可不只只是性能的下降，还有续航的短暂。我打开了我的 Thinkpad T440s，服役六年，大屁股（6 芯）电池现在使用 Gnome 3 和 默认系统配置（CPU 的 Governor 是 Conservative，没有使用 tlp 或 laptop mode tools 等）还剩 6 到 7 小时，而 X1C 使用 KDE 5 和默认系统配置居然有 1.5 小时那么长……和官方宣称的 10 多小时也差太多了吧。

发热问题

Linux 下大部分都是使用 lm-sensors 来检测温度的，详细的模块需要内核支持，不同笔记本的内核配置不同，针对自己的在 XXX Wiki 上找就行，而我去年就将匹配我电脑的内核 /usr/src/linux/.config 弄好，所以直接输入 sensors 来看看各个模块的温度。

解决问题

面对笔记本产生的热浪，一波接一波，我只能一步一步尝试能否解决，解决方向不外乎 ACPI。

从 BIOS 入手（失败）

基本所有的笔电都会可以设置 CPU 和 ACPI 的，看了下，默认的 ACPI 没得多余可以设置，肯定是用 AC 时候就性能，用 Battery 就节能。CPU 唯一能做的就是关闭多线程和虚拟化。结果关闭之后温度下降 2 度左右，这不知道是误差还是其他，算了，开启回来吧……

Cpupower 工具调节（失败）

依照我之前使用 AMD Ryzen 的经验，CPU 的发热在于他的 Turbo Boost，我使用 Cpupower 限制最高频率的时候，居然会把 Ryzen 的 Turbo Boost 搞没（意思就是你最高重设为多大都没有了）……但温度真的憨憨下降 10 多度……

我这里试下，发现怎么限制频率都没用，Governor 也没用，仿佛这个工具就是个玩具一样……

这里得说下 Ryzen 的 CPU Governor 是使用 Linux Kernel 的，但是到了 Intel Sandy Bridge 后的架构都是使用 intel_pstate 来搞事情，他自身也只有 Performance 和 Powersave 两种 Governor 而已，外部工具还对他没啥用。

使用 Intel 的私货调节（失败）

在 /sys/devices/system/cpu/intel_pstate 可以看到 intel_pstate 的信息，而 Governor 不管是 AC 还是 Battery，都是 Powersave：

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

所以用其方式来关闭 Turbo Boost：

echo 1 > /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo

发现确实温度确实低了，而且 CPU 没法跑到 3 GHz 以上了，性能砍一刀，温度总是能够看了吧。打开了我们熟悉的 B 站看弹幕视频，哇，温度一下子就 80 多度……

回归最开始的内核控制 CPU 频率（不妥）

上面那般折腾，我在想能不能使用之前内核调节那种，不就一切迎刃而解了吗。

直接在 grub 的内核配置 intel_pstate=disable 就可以禁用 intel_pstate，使用内核的管理了，果然 Conservative 的 Governor 回来了。

可是可是可是，新问题来了！禁用 intel_pstate 后，CPU 的频率可调节范围变了，从 400MHz - 3.9GHz 变成 800MHz - 1.6GHz 了，想砸键盘了没……

寻找外挂工具（失败）

外挂工具最出名的，当有 Laptop Mode Tools 的一个位置，而不知道是不是跟 intel_pstate 有冲突，CPU 和 GPU 控制不了，风扇差点搞坏，各种设备设置很多，确实可以省电，但是我这里的电老虎和大太阳并非它们……

寻找外挂工具二（勉强）

在 Gentoo Wiki 上有看到推荐的 Thermald，是 Intel 那帮人专门搞冷却 CPU 的。安装是特别简单，但是配置就头大了。基本网络上和官网都没有详细的参数说明，唯一给出的是帮助手册：

man thermal-conf.xml

但是可以发现里面参数说明缺失严重。

配置可以通过 dptfxtract 来自动检测生成，在 github 上拉下来就可以用了。

开启 Thermald 后，基本温度都是在机器自己风扇启动的阀值内，Thinkpad X1C 2019 是 63 度。没开启的续航是 1.5 小时不到，开启后则是 4 个多小时。

不过开启后，为了冷却，CPU 的频率经常是 1GHz 以下，越是占资源，频率越低，所以我打开个 Emacs + Java Lsp 卡得都写不了代码，频率经常是在 400MHz - 800MHz 之间跳。看电影有解码就很流畅，轻量办公的续航还是不错的。

但回归下，Battery 模式为了节能没毛病，AC 模式肯定不能有那么卡顿的体验，Thermald 的官网说开启和关闭是这么来的：

[root]: systemctl start thermald  # turn on
[root]: systemctl stop thermald   # turn off

但实际上，假如你开启了，关闭后怎么样也回不了性能状态了……

Thermald 其实还支持动态修改配置，通过 --enable-dbus 来开启对 dbus 消息的支持，那么这里是不是我们就可以不关闭，而直接动态设定一个温度墙来保证性能和节能呢？

很遗憾，不管在 thermal-conf.xml 还是 dbus 来通知 thermald 温度墙多少，他都不会变的，我的 Thinkpad X1C 永远就是 63 度……

在多种尝试后，我发现现在的 Thermald 是通过 PPCC 的电源表来控制的，假如 thermal-conf.xml 文件有 PPCC 配置，就会实现冷却功能，若无，就会回归原始状态，不知道是不是 bug，从 1.9.1 到 2.1 版本皆如此。

对于最后 Thermal 虽然有些不完美，但是我们可以去完善它。我的期望，简单如述：AC 下性能模式，Battery 下节能模式。

我们先创建一个目录，用来跑电源管理脚本的：

mkdir ~/.myacpi

然后呢，我们将之前自动生成的 /etc/thermald/thermal-conf.xml.auto 拷贝两份到该目录下：

cp /etc/thermald/thermal-conf.xml.auto ~/.myacpi/thermal-conf.xml.ac
cp /etc/thermald/thermal-conf.xml.auto ~/.myacpi/thermal-conf.xml.battery

紧接着，我们 battery 保留 PPCC 配置，ac 去掉：

<!--<PPCC>
    <PowerLimitIndex>0</PowerLimitIndex>
    <PowerLimitMinimum>5000</PowerLimitMinimum>
    <PowerLimitMaximum>5000</PowerLimitMaximum>
    <TimeWindowMinimum>28000</TimeWindowMinimum>
    <TimeWindowMaximum>32000</TimeWindowMaximum>
    <StepSize>500</StepSize>
</PPCC>-->

再者就是编写两个 Shell 脚本，ac 和 battery，而在这之前，需要我们的用户有 thermald 和 dbus-send 的 sudo nopasswd 权限，当然这是因为这里我使用的是 KDE 的电源管理，针对用户的。

#! /usr/bin/env bash
## file: ac
sudo thermald --dbus-enable --config-file ~/.myacpi/thermal-conf.xml.ac && sudo dbus-send --system --dest=org.freedesktop.thermald /org/freedesktop/thermald org.freedesktop.thermald.Terminate && echo "[`date +'%F %T'`] ac thermald" >> ~/.myacpi/log

#! /usr/bin/env bash
## file: battery
sudo thermald --dbus-enable --config-file ~/.myacpi/thermal-conf.xml.battery && sudo dbus-send --system --dest=org.freedesktop.thermald /org/freedesktop/thermald org.freedesktop.thermald.Terminate && echo "[`date +'%F %T'`] battery thermald" >> ~/.myacpi/log

最后，就是在 KDE 的电源管理的 AC 和 Battery 选项卡里面加入各自的运行脚本。

寻找外挂工具三（失败）

顺藤摸瓜，就 Thermald 摸到另一个 Intel 的官方工具 intel-undervolt。想着给电脑减减压，也许是他压力太大了！但更改电压着实是个冒险的做法，在尝试过程中，笔电各种崩溃，睡眠各种唤不醒……

调节出合适的电压，每一种电脑都是不太一样的，所以要小心尝试，别步伐迈得过大，我的 Thinkpad X1C Carbon 2019 这里可以达到 -120mV，这是个比较大胆的值，所以还是提醒下，要千万小心，修改 /etc/intel-undervolt.conf 配置：

undervolt 0 'CPU' -120
undervolt 1 'GPU' -120
undervolt 2 'CPU Cache' -120
undervolt 3 'System Agent' -120
undervolt 4 'Analog I/O' 0

这里的 I/O 我是没有更改，因为之前 USB 和 Type-C 因为各种电压不足没法连接外设。

intel-undervolt read  # 查看当前值
intel-undervolt apply # 更改为配置值

在观查功耗时，我能看到大概是下降了 2W 到 3W，那么我 51W 电池（实际可用感觉应该是 45W），大概也只能多出 30 分钟，但换来的可能是损坏硬件和系统不稳定。

尝试从功耗解决（还算 OK）

既然主要是关注续航，那么在 AC 下就让它继续发热，Battery 下就通过限制功耗来解决，这时性能低下，也就让它低下吧。这里刚好可以利用之前的 intel-undervolt 来检测功耗：

intel-undervolt measure

内核配置 powercap 后，是可以直接可以动态修改 /sys/class/powercap/intel-rapl/ 目录里面的配置来实现功耗限制。在该目录下面可能有类似 intel-rapl:0 或 intel-rapl:1 的目录，我们只能更改类型为 package0，不能是 psys 的，具体在这对应目录下的 name 可以分辨类型。功耗墙的设定是在 constraint_0_power_limit_uw 和 constraint_1_power_limit_uw 文件中，一个是 long term 一个是 short term。

为了方便，我随便写了一个简单脚本放到 /sbin 下，并且给 sudo 无密权限

#! /usr/bin/env bash
### file: my-acpi-mode
orginal_value=51000000
min_value=3500000
mid_value=5000000
value="$1"
if [ "$value" == "min" ]; then
  value=$min_value
fi
if [ "$value" == "max" ] || [ -z "$value" ]; then
  value=$orginal_value
fi
if [ "$value" == "mid" ]; then
  value=$mid_value
fi
if (( value >= min_value && value <= orginal_value )); then
  echo $value > /sys/class/powercap/intel-rapl/intel-rapl\:0/constraint_0_power_limit_uw
  echo $value > /sys/class/powercap/intel-rapl/intel-rapl\:0/constraint_1_power_limit_uw
else
  echo "Error Value"
fi

最后，将之前 KDE 触发的 ac 和 battery 脚本改成：

#! /usr/bin/env bash
## file: ac
sudo my-acpi-mode max &&  echo "[`date +'%F %T'`] ac mode" >> ~/.myacpi/log

#! /usr/bin/env bash
## file: battery
sudo my-acpi-mode mid &&  echo "[`date +'%F %T'`] battery mode" >> ~/.myacpi/log

在外出的时候，可能还会运行：

sudo my-acpi-mode min

来保证更长的续航。

后话

在使用 powertop 检测耗电的时候，发现发热和耗电的原因其实是 Intel kaby GPU在 Kernel 是 5.5 以下 RC6 是不起作用，而现在的 5.5 以上 GPU 是经常会 hang 的 bug，这种情况持续了 7 到 8 个月了，所以只能期待 5.6+ 以上的内核能够不 hang 让 GPU 的 RC6 生效。

但本子总要使用起来，Intel 的 GPU 是在 CPU 结构的 Package 里的，所以降压和降低功耗，是现在能够缓解下续航短的压力的，且等到 GPU RC6 解决了，减少功耗的脚本依然能够适用，将续航变得更长。