Linux CPU频率文件详解：cpuinfo__freq 与 scaling_cur_freq

Linux CPU频率文件详解：cpuinfo_*_freq 与 scaling_cur_freq

一、概述

在Linux系统中，/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/ 目录下提供了多个用于查看和管理CPU频率的文件。其中，cpuinfo_max_freq、cpuinfo_min_freq 和 scaling_cur_freq 是最常被查看和对比的几个文件，它们分别代表了CPU的硬件能力 和实时运行状态。

1. 核心概念

这三个文件可以清晰地分为两类：

1. 能力范围（静态信息） ：cpuinfo_max_freq 和 cpuinfo_min_freq
2. 当前状态（动态信息） ：scaling_cur_freq

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2. 能力范围文件（静态）

这两个文件描述了CPU硬件的固有属性，定义了频率调节的绝对边界。

1.cpuinfo_min_freq

• 路径 ：/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/cpuinfo_min_freq
• 含义 ：该CPU核心在硬件设计和固件支持下，能够稳定运行的最低频率。
• 特性 ：
  • 是一个静态的、不变的值。
  • 代表了CPU的"设计规格"下限。
  • 操作系统和调频策略不能将频率设置得比这个值更低。

2.cpuinfo_max_freq

• 路径 ：/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/cpuinfo_max_freq
• 含义 ：该CPU核心在硬件设计和固件支持下，能够稳定运行的最高频率（通常指基频或最大睿频频率）。
• 特性 ：
  • 是一个静态的、不变的值。
  • 代表了CPU的"设计规格"上限。
  • 操作系统和调频策略不能将频率设置得比这个值更高。

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三、当前状态文件（动态）

这个文件反映了CPU核心在运行时的实时状况。

scaling_cur_freq

• 路径 ：/sys/devices/system/cpu/cpuX/cpufreq/scaling_cur_freq
• 含义 ：显示该CPU核心此时此刻正在运行的实时频率。
• 特性 ：
  • 是一个动态的、实时变化的值。
  • 其变化范围被严格限制在 [cpuinfo_min_freq, cpuinfo_max_freq] 区间内。
  • 直接反映了当前CPU调频器（governor）的决策结果。
  • 会随着系统负载的变化而频繁波动。

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四、类比理解

为了更好地理解，可以用汽车仪表盘进行类比：

Linux CPUFreq 文件	汽车仪表盘类比	说明
cpuinfo_max_freq	转速表红区 或 车辆设计的最高时速	引擎能力的理论上限，不能也不应超过。
cpuinfo_min_freq	引擎能不熄火稳定运行的最低转速（怠速）	引擎能够稳定工作的下限。
scaling_cur_freq	当前时速表	显示了你此刻实际行驶的速度，会根据油门（负载）实时变化。

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五、典型工作场景示例

假设某CPU核心（cpu0）的参数如下：

• cpuinfo_min_freq = 800000 (800 MHz)
• cpuinfo_max_freq = 3600000 (3.6 GHz)

系统运行过程：

1. 系统启动后空闲时：

   • scaling_cur_freq 可能显示为 800000（800 MHz）或略高，系统为省电将频率降至最低附近。

2. 运行高负载任务时 （如编译软件 make -j4）：

   • scaling_cur_freq 会迅速攀升，最终达到 3600000（3.6 GHz），系统全力工作以追求性能。

3. 任务结束后：

   • 几秒钟内，scaling_cur_freq 会逐渐下降回 800000（800 MHz）附近。

观察命令 ：

你可以使用以下命令实时观察频率的动态变化：

# 每秒刷新一次 cpu0 的当前频率
watch -n 1 "cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_cur_freq"

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六、扩展知识：scaling_*_freq 文件

在同一目录下，还有两个重要的管理性文件：

scaling_min_freq 和 scaling_max_freq

• 含义 ：这是用户或系统策略允许 CPU调频器使用的软件频率范围。
• 特性 ：
  • 它们默认分别等于 cpuinfo_min_freq 和 cpuinfo_max_freq。
  • 用户可以手动修改 这两个文件，来人为地限制CPU的频率范围，以实现特定的省电或降温目的。
  • 例如，将 scaling_max_freq 设置为 2000000（2.0 GHz），那么即使CPU硬件支持3.6 GHz，其 scaling_cur_freq 最高也只能达到2.0 GHz。

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七、便捷脚本

#!/bin/bash

# CPU频率监控脚本 - 带超限检测
# 使用方法: ./cpu_freq_check.sh [刷新间隔(秒)]

INTERVAL=${1:-2}
CPU_COUNT=$(grep -c "^processor" /proc/cpuinfo)

# 获取终端行数
TERM_LINES=$(tput lines)

show_header() {
    # 使用转义序列清除屏幕并移动光标到左上角
    printf "\033[2J\033[H"
    echo "🔍 CPU频率监控 - 带超限检测"
    echo "=================================================================================="
    echo "时间: $(date "+%H:%M:%S") | 核心: ${CPU_COUNT} | 间隔: ${INTERVAL}s"
    echo "=================================================================================="
}

# 初始化：第一次显示完整界面
first_run=true

check_freq_limits() {
    local out_of_range_count=0
    local scaling_limit_count=0
    
    # 如果不是第一次运行，只移动光标到数据开始位置
    if [ "$first_run" = false ]; then
        # 移动到数据开始行（第6行）
        printf "\033[6H"
    else
        echo "核心    当前频率       硬件范围       scaling范围     状态"
        echo "------ ------------ -------------- -------------- ------------"
        first_run=false
    fi
    
    for ((cpu=0; cpu<CPU_COUNT; cpu++)); do
        cur_file="/sys/devices/system/cpu/cpu${cpu}/cpufreq/scaling_cur_freq"
        min_file="/sys/devices/system/cpu/cpu${cpu}/cpufreq/cpuinfo_min_freq"
        max_file="/sys/devices/system/cpu/cpu${cpu}/cpufreq/cpuinfo_max_freq"
        scaling_min_file="/sys/devices/system/cpu/cpu${cpu}/cpufreq/scaling_min_freq"
        scaling_max_file="/sys/devices/system/cpu/cpu${cpu}/cpufreq/scaling_max_freq"
        
        # 移动到该CPU行的开始位置
        printf "\033[%d;1H" $((8 + cpu))
        
        if [ -f "$cur_file" ]; then
            current=$(cat "$cur_file" 2>/dev/null)
            min_freq=$(cat "$min_file" 2>/dev/null)
            max_freq=$(cat "$max_file" 2>/dev/null)
            scaling_min=$(cat "$scaling_min_file" 2>/dev/null)
            scaling_max=$(cat "$scaling_max_file" 2>/dev/null)
            
            current_mhz=$((current/1000))
            min_mhz=$((min_freq/1000))
            max_mhz=$((max_freq/1000))
            scaling_min_mhz=$((scaling_min/1000))
            scaling_max_mhz=$((scaling_max/1000))
            
            # 检查状态
            status="✅ 正常"
            color="\033[32m"  # 绿色 - 正常
            
            # 检查是否超出硬件范围
            if [ $current -lt $min_freq ] || [ $current -gt $max_freq ]; then
                color="\033[31m"  # 红色 - 超出硬件范围
                status="⚠️  硬件超限"
                out_of_range_count=$((out_of_range_count + 1))
            # 检查是否超出scaling范围
            elif [ $current -lt $scaling_min ] || [ $current -gt $scaling_max ]; then
                color="\033[33m"  # 黄色 - 超出scaling范围
                status="⚠️  缩放超限"
                scaling_limit_count=$((scaling_limit_count + 1))
            fi
            
            # 清除当前行并输出新内容
            printf "\033[KCPU%-2d  ${color}%4d MHz\033[0m    %4d-%-4d MHz  %4d-%-4d MHz  ${status}\n" \
                   $cpu $current_mhz $min_mhz $max_mhz $scaling_min_mhz $scaling_max_mhz
        else
            # 清除当前行并输出离线状态
            printf "\033[KCPU%-2d    -- 离线 --     -- 离线 --     -- 离线 --     ⚫ 离线\n" $cpu
        fi
    done
    
    # 移动到统计信息行
    local stats_line=$((8 + CPU_COUNT))
    printf "\033[%d;1H" $stats_line
    printf "\033[K=================================================================================="
    
    local warning_count=$((out_of_range_count + scaling_limit_count))
    
    # 更新统计信息行
    printf "\033[%d;1H" $((stats_line + 1))
    printf "\033[K"  # 清除行
    
    if [ $warning_count -gt 0 ]; then
        if [ $out_of_range_count -gt 0 ]; then
            printf "\033[K🚨 严重: ${out_of_range_count}个核心频率超出硬件范围!\n"
        fi
        if [ $scaling_limit_count -gt 0 ]; then
            printf "\033[K⚠️  警告: ${scaling_limit_count}个核心频率超出scaling范围!\n"
        fi
    else
        printf "\033[K✅ 所有核心频率均在正常范围内\n"
    fi
    
    # 更新额外信息行
    local info_line=$((stats_line + 2))
    local current_line=$info_line
    
    # 检查Turbo Boost状态
    if [ -f "/sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo" ]; then
        turbo_status=$(cat /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/no_turbo)
        if [ "$turbo_status" = "0" ]; then
            printf "\033[%d;1H" $current_line
            printf "\033[K💡 提示: Intel Turbo Boost 已启用"
            current_line=$((current_line + 1))
        fi
    fi
    
    if [ -f "/sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost" ]; then
        boost_status=$(cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/boost)
        if [ "$boost_status" = "1" ]; then
            printf "\033[%d;1H" $current_line
            printf "\033[K💡 提示: CPU频率加速已启用"
            current_line=$((current_line + 1))
        fi
    fi
    
    # 显示scaling governor信息
    governor_file="/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor"
    if [ -f "$governor_file" ]; then
        governor=$(cat "$governor_file" 2>/dev/null)
        printf "\033[%d;1H" $current_line
        printf "\033[K🎛️  当前调频策略: ${governor}"
        current_line=$((current_line + 1))
    fi

    # 显示可用调频策略信息
    available_governors_file="/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors"
    if [ -f "$available_governors_file" ]; then
        available_governors=$(cat "$available_governors_file" 2>/dev/null)
        printf "\033[%d;1H" $current_line
        printf "\033[K📋 可用调频策略: ${available_governors}"
        current_line=$((current_line + 1))
    fi    

    # 显示系统负载
    if command -v uptime >/dev/null 2>&1; then
        load_avg=$(uptime | awk -F'load average:' '{print $2}')
        printf "\033[%d;1H" $current_line
        printf "\033[K📊 系统负载:${load_avg}"
        current_line=$((current_line + 1))
    fi
    
    # 清除剩余的可能旧内容
    for ((line=current_line; line<=TERM_LINES; line++)); do
        printf "\033[%d;1H" $line
        printf "\033[K"
    done
    
    # 移动光标到最后，避免闪烁
    printf "\033[%d;1H" $TERM_LINES
}

# 获取CPU型号
CPU_MODEL=$(grep "model name" /proc/cpuinfo | head -1 | cut -d: -f2 | sed 's/^ *//')

# 初始显示
show_header
echo "CPU: ${CPU_MODEL}"
echo "开始监控，按 Ctrl+C 停止..."
echo "核心    当前频率       硬件范围       scaling范围     状态"
echo "------ ------------ -------------- -------------- ------------"

trap 'printf "\033[?25h\033[%d;1H\n监控结束\n" $((8 + CPU_COUNT + 10)); exit 0' INT TERM

# 显示光标并设置退出时恢复
printf "\033[?25l"

while true; do
    check_freq_limits
    sleep $INTERVAL
done