Es ist also dringend an der Zeit sich um das Gerät zu kümmern: Mit einem neuen Lüfter ist endlich wieder Ruhe im Karton. Ein neuer Akku sorgt wieder für 2 Stunden Strom und mit den richtigen Settings hält der Akku sogar knapp an die 3:30 Stunden. Es lohnt sich also ein wenig Zeit in Intels Stromspar-Analyse-Tool Powertop zu investieren. Dabei müsst ihr nicht gleich den Akku tauschen, auch Nutzer eines neuen Laptops profitieren von den durch Powertop empfohlenen Stromsparmaßnahmen.

Generell möchte ich hier jetzt keine große Umbauanleitung geben, da ihr speziell beim Dell Vostro vor keinen großen Problemen steht. Neue zum Vostro V130 kompatible Lüfter gibt es bei Ebay für weniger als 17 Euro und auch neue Akkus kosten nur knapp um die 50 Euro. Für wenig mehr als 65 Euro lässt sich das Notebook somit fast komplett generalüberholen. Bei meinen Bestellungen kam der Lüfter per Luftpost direkt aus China — ohne dass der Zoll sich über die Sendung mokierte. Der Akku wurde dagegen direkt aus Deutschland ausgeliefert.

Neuer Lüfter und Akku

Der Aufwand beim Umbau hält sich beim Vostro V130 in Grenzen: Mit einem konventionellen kleinen Phillips-Schraubendreher aka Kreuzschlitzschraubenzieher lassen sich sämtliche Schrauben auf der Rückseite und die zwei auf der schwarzen Hinterseite herausdrehen. Danach gilt es nur noch die Blende für den SD-Kartenslot rauszunehmen und den Rückendeckel zur Vorderseite hin abzuziehen. Lüfter und Akku lassen sich dann ebenso problemlos austauschen wie das Gerät öffnen, es müssen wieder nur ein paar simple Schrauben gelöst werden.

Direkt nach dem Umbau läuft der Lüfter wieder seidenweich und auch die Akkulaufzeit kann sich mit 2 Stunden wieder sehen lassen. Allerdings sind diese zwei Stunden beileibe nicht das Ende der Fahnenstange. Mit den richtigen Werkzeugen kitzelt ihr locker 50 Prozent mehr Laufzeit aus eurem Linux-Laptop, ohne dass ihr dabei allzu viel Aufwand treiben oder auf Komfort verzichten müsst. Die Akkulaufzeit meines frisch renovierten Dell Vostro V130 ließ sich von den besagten 2 Stunden auf knapp 3:15 Stunden steigern — es lohnt sich also ein wenig in die Thematik einzusteigen.

Akkulaufzeit mir Powertop optimieren

Die 2 Stunden Akkulaufzeit sind im Gegensatz zu den anfänglichen 20 bis 30 Minuten zwar toll, doch nach wie vor nicht wirklich überragend. Von dem integrierten 30 Wh/2700 mAh großen Akku kann man zwar keine Wunder erwarten, doch Dell spricht von über 4 Stunden Laufzeit und der Test bei Notebookcheck berichtet von einer Laufzeit von etwa 2:30 beim Surfen über WLAN beziehungsweise knapp 4:30 im Leerlauf bei geringster Bildschirmhelligkeit. Von daher ist es an der Zeit sich auch etwas mit dem Optimieren der Akkulaufzeit zu beschäftigen.

Dabei hilft euch das von Intel entwickelte Analysewerkzeug Powertop. Es reduziert selber nicht den Stromverbrauch, stattdessen analysiert Powertop das System bis ins letzte Detail und verrät die größten Stromschlucker abseits des Displays und anderer essentieller Funktionen. Doch damit nicht genug: Powertop spuckt gleich die passenden Kommandos aus, mit denen sich die hungrige Hardware ohne großen Einbußen an Komfort und Leistung bändigen lässt. Mit ein bisschen Geduld, lässt sich so die Akkulaufzeit des Laptops daher unter Linux wesentlich verbessern.

HINWEIS: Als Arch-User habe ich die Aktion natürlich mit Arch Linux durchgeführt. Selbstverständlich funktioniert das Tutorial aber auch mit anderen Linux-Distributionen wie Debian oder Ubuntu — Der größte Unterschied liegt in der Installation der Pakete und der Ausführung des Powertop-Skripts während des Bootvorgangs. Für User mit den erwähnten Distributionen gibt es im Ubuntuusers-Wiki auch eine tolle Anleitung. Ich für meinen Teil konzentriere mich hier an dieser Stelle auf Arch Linux und lasse auch mal Beispiele für Ubuntu aus, da ich den Vorgang eben nur unter Arch getestet habe.

Powertop-Tipps unter Arch Linux umsetzen

Im ersten Schritt müsst ihr Powertop mitsamt dem Ethtool und dem Gnome Power Manger installieren. Der Power Manager ist nicht unbedingt von Nöten, allerdings zeigt er den Verlauf des Ladezustands schön übersichtlich als Graph an und liefert zudem zahlreiche andere Informationen zum Stromverbrauch des Systems unter Linux. Braucht ihr kein optisches Feedback eurer Aktion oder setzt ihr auf eine anderen Desktopumgebung als Gnome, dann lasst den Power Manager einfach weg und erspart euch so eventuell die Installation von zahlreichen Abhängigkeiten, die ihr sonst gar nicht braucht.

$ sudo pacman -S powertop ethtool
$ sudo pacman -S gnome-power-manager

Nun ruft ihr mit sudo powertop das Analysewerkzeug zum ersten mal aus einem Terminal heraus auf. In der Übersicht seht ihr ganz oben die aktuelle Entladungsrate in Watt und die von Powertop geschätzte restliche Akkulaufzeit. Merkt euch besonders die aktuelle Entladungsrate, denn die gilt es zum Verlängern der Akkulaufzeit abzusenken. Wichtig ist auch die Anzahl der Aufwachvorgänge/Sekunde. Je öfter der Prozessor aus dem Tiefschlaf geholt wird, desto weniger Zeit verbringt er im Stromsparmodus. Beobachtet beide Ausgaben mal eine Weile und notiert euch die Werte, ihr zieht sie am Ende der Aktion zum Vergleich heran.

### Powertop im Terminal aufrufen und testen
$ sudo powertop
### Powertop-Report erstellen und im Browser öffnen
$ sudo powertop --html=powertop-report.html
$ xdg-open powertop-report.html

Um im Inhalt der Ausgabe zu scrollen, drückt ihr einfach auf die Pfeiltasten eurer Tastatur. Per Tabulator-Taste wechselt ihr von der Übersicht, zum Leerlauf-Status, der Frequenz- und Gerät-Statistik sowie zu den Abstimmbaren Optionen. Hier ist besonders der letzte Punkt Abstimmbare Optionen von Interesse. Die Tabelle zeigt Rechts Systemeinstellungen, die sich auf den Stromverbrauch auswirken. Linksbündig sagt die Ausgabe „Gut“ oder „Schlecht“, ob der entsprechende Punkt bereits behoben ist. Wählt ihr mit den Pfeiltasten einen der schlechten Punkte an, könnt ihr mit oft mit [Eingabe] die entsprechenden Konfiguration optimieren. Die linke Spalte sollte dabei von Schlecht auf Gut wechseln.

Diese Änderung ist nun aber nicht permanent, sodass es sich an dieser Stelle gar nicht lohnt, weiter manuell einen Eintrag nach dem Anderen zu optimieren. Das ist aber auch gar nicht nötig, denn die Einstellungen lassen sich auch direkt im System vornehmen, sodass Powertop nichts mehr zu meckern hat. Erzeugt euch dazu wie im oberen Listing beschrieben einen Powertop-Report powertop-report.html und öffnet diesen im nächstbesten Browser. Auf der Powertop-Seite tippt ihr dann auf den Reiter Tuning. Er enthält gesammelt alle wichtigen Optionen die Akkulaufzeit zu verlängern.

Die Befehle aus dem PowerTop-Report müsstet ihr nun eigentlich direkt übernehmen können. Doch aber auch das macht einiges an Arbeit. Mit ein bisschen Shell-Magie lassen sich die Aufrufe zu wenigen Kommandos kombinieren, die ihr dann in ein extra Powertop-Skript packt, das ihr am Ende dann beim Start des Systems ausführen lässt. Erstellt dazu mit einem beliebigen Texteditor und Root-Rechten die Datei /usr/local/sbin/powertop.sh und fügt den Inhalt aus folgendem Listing ein.

#!/bin/bash
for i in /sys/class/scsi_host/host[012345]/link_power_management_policy; do echo min_power >$i; done
echo '1500' > '/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs';
echo '1' > '/sys/module/snd_hda_intel/parameters/power_save';
echo '0' > '/proc/sys/kernel/nmi_watchdog';

## Runtime PM for PCI Device
find /sys/bus/pci/devices/*/power -name control -exec echo auto >{} \;
for i in $(find /sys/devices/pci0000\:00/0* -maxdepth 3 -name control); do
    echo auto > $i;
done
find /sys/bus/pci/devices/*/power -name control -exec echo auto >{} \;
for i in $(find /sys/devices/pci0000\:ff/0* -maxdepth 3 -name control); do
    echo auto > $i;
done

Achtet bitte darauf, dass ihr das Skript mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit noch an euer System anpassen müsst. Orientiert euch dabei an den Ausgaben des Powertop-Reports oder an den Tipps des Ubuntuusers-Wiki. Meist werdet ihr in der ersten Zeile die Anzahl der SCSI-Hosts korrigieren („[012345]“), eventuell den Powersave-Modus des Intel-HDA-Soundchips rausnehmen oder auch die das Runtime Power Management anpassen müssen. Am Ende speichert ihr die Datei ab und beendet den Editor. Arbeitet ihr wie hier im Beispiel mit Nano, geschieht dies mit [Strg]+[O], [Eingabe] und [Strg]+[X]. Danach macht ihr das Skript noch mit chmod +x ausführbar, sonst fehlen Systemctl nachher die Rechte das Skript beim Booten zu starten.

$ sudo nano /usr/local/sbin/powertop.sh
$ sudo chmod +x /usr/local/sbin/powertop.sh

Wie schon erwähnt, benutzt Arch Linux Systemd als Init-System. Dieses sorgt unter anderem dafür, dass beim Booten die wichtigsten Prozesse in der richtigen Reihenfolge gestartet werden — an dieser Stelle unterscheidet sich der Vorgang noch von vielen Distributionen, die noch nicht auf Systemd aufbauen. Auch Powertop können wir in dieses System einklinken. Erstellt dafür wieder mit einem Editor und Root-Rechten die Datei /etc/systemd/system/powertop.service und fügt den folgenden Inhalt ein. Diesen müsst ihr dieses mal nicht anpassen. Die Datei sorgt dafür, Systemd das von euch erstellte Powertop-Skript beim Booten ausführen wird.

[Unit]
Description="PowerTop Tuning"
ConditionPathExists=/usr/local/sbin/powertop.sh

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=yes
KillMode=none
ExecStart=/usr/local/sbin/powertop.sh
ExecStop=exit

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Nun könnt ihr eure Powertop-Optimierungen testen… ob ihr wirklich richtig steht, seht ihr wenn das Licht angeht. Ruft dazu mit systemctl start den powertop.service auf, mit systemctl status prüft ihr danach den Erfolg der Aktion nach. Auch ein Blick auf sudo powertop lohnt sich. Dort sollte der Tab Abstimmbare Optionen deutlich weniger mit „Schlecht“ markierte Einträge aufführen. Bei mir bleibt eigentlich nur noch das AutoSuspend für die USB-Geräte und der Wake-On-LAN-Status des im Laptop verbauten Ethernet-Adapters zurück.

$ sudo systemctl start powertop.service
$ systemctl status powertop.service
● powertop.service - "PowerTop Tuning config"
Loaded: loaded (/etc/systemd/system/powertop.service; enabled; vendor preset: disabled)
Active: active (exited) since Di 2015-06-02 12:11:49 CEST; 10min ago
Process: 319 ExecStart=/usr/local/sbin/powertop.sh (code=exited, status=0/SUCCESS)
Main PID: 319 (code=exited, status=0/SUCCESS)
CGroup: /system.slice/powertop.service

Jun 02 12:11:49 estrellita systemd[1]: Starting "PowerTop Tuning"...
Jun 02 12:11:49 estrellita systemd[1]: Started "PowerTop Tuning".
$ sudo powertop

AutoSuspend für USB-Geräte solltet ihr generell vermeiden, da sonst Mäuse und andere USB-Geräte immer wieder aussetzen und um Wake-On-LAN kümmern wir uns im nächsten Schritt getrennt vom Powertop-Skript. Ein Laptop hängt selten per Kabel-Ethernet im Netzwerk und muss auch noch seltener per Wake-on-LAN über das Netzwerk geweckt bzw. gebootet werden. Es macht daher Sinn Wake-on-LAN zu deaktivieren, da die Funktion im Standby und Ruhezustand zusätzlichen Strom verbraucht. Unter Arch gibt es mehrere Wege Wake-on-LAN zu steuern, der einfachste geht über eine simple Udev-Regel, die ihr in Form der Datei /etc/udev/rules.d/70-disable_wol.rules mit folgendem Inhalt anlegt.

ACTION=="add", SUBSYSTEM=="net", KERNEL=="eth*", RUN+="/usr/bin/ethtool -s %k wol d"

Funktioniert alles wie gewünscht, dann aktiviert mittels systemctl enable den Powertop-Booteintrag powertop.service und startet euren Rechner anschließend noch einmal neu durch. Habt ihr sauber gearbeitet, dann sollte Powertop kaum mehr einen Task mit „Schlecht“ kennzeichnen. Perfekt läuft es, wenn wirklich nur noch AutoSuspend für eure USB-Geräte als Verbesserungspotential übrig bleibt — diesen Punkt würde ich allerdings wie schon beschrieben nicht korrigieren. Damit solltet ihr nun eurem Linux-Laptop eine deutlich verbesserte Akkulaufzeit verpasst haben.

$ sudo systemctl enable powertop.service
$ sudo reboot

Bei meinem Dell Vostro V130 geht die Entladungsrate im Leerlauf bei aktiviertem WLAN und gleicher Helligkeit des Displays auf 9.10 W bis 9.30 W zurück. Damit verlängert sich im selben Zug auch die Akkulaufzeit von knapp über 2 Stunden auf locker mehr als 3 Stunden — ohne dass ich dabei an Komfort verliere oder irgendwelche Hardware-Komponenten nicht mehr funktionieren. Würde ich WLAN und Bluetooth abschalten sowie die Helligkeit des Displays auf ein erträgliches Minimum reduzieren, wären locker 4 Stunden Akkulaufzeit drinnen. Mehr verspricht Dell für das Gerät auch nicht in den technischen Spezifikationen.

Torben hat den Stromverbrauch seines mit einer SSD ausgestatteten Lenovo Z370 mit ein paar Skripten analysiert und aus den Daten ein paar beeindruckende Graphen gewonnen. Am besten haben sich bei ihm die Bootparameter pcie_aspm=force acpi=noirq i915.i915_enable_rc6=1 i915.i915_enable_fbc=1 i915.lvds_downclock=1 bewährt. Diese senkten auf seinem Z370 den Stromverbrauch deutlich ab, und verlängerten so die Akkulaufzeit von etwa drei auf über fünf Stunden.

Das bisschen Arbeit lohnt sich daher also auf jeden Fall, die Graphen sprechen eigentlich für sich. Bislang hat sich auch noch niemand gemeldet, bei dem die Kernelparameter zu Problemen geführt haben, von daher gehe ich mal davon aus, dass die Parameter auch nicht zu Instabilitäten im System führen. Selber kann ich es leider nicht probieren, da ich keine Geräte mit dem passenden Chipsatz besitze.

Nun baut Ubuntu jedoch seit Jaunty die dafür nötigen Kernel-Module fest in den Kernel ein. Dadurch ist es nicht mehr möglich nur das eine Kernel-Module zu patchen, es muss leider der gesamte Kernel neu kompiliert werden… Vor einigen Monaten habe ich bereits über eine Paketquelle mit einem „PHC-Kernel“ geschrieben, in der Hoffnung dass mit der Quelle die Kernel-Kompiliererei ein Ende hat, doch bislang war ich vom linux-phc Team etwas enttäuscht. Das PPA hat meiner Erinnerung nach, während der bisherigen Lebenszeit von Jaunty gerade mal ein Update erfahren.

Mit Ubuntu Karmic ändert sich das Vorgehen mal wieder etwas. Das PPA enthält nun einen Kernel, der die SpeedStep-Module komplett fehlen, so kann man sich die Kernelmodule selber erzeugen…

PHC-Kernel installieren

Den Anfang macht die Installation des angepassten Kernels, man kann den Kernel sowie die nötigen Bibliotheken und Tools für das Kompilieren des Kernelmoduls via…

$ sudo add-apt-repository ppa:linux-phc/ppa
$ sudo apt-get install build-essential linux-generic-phc linux-headers-generic-phc

…herunterladen und installieren. Nach der Installation startet man am besten den Rechner neu. Beim Booten steht jetzt ein zusätzlicher Kernel, der mit -phc endet, zur Verfügung. Speed-Stepping sollte mit diesem Kernel erstmal nicht funktionieren, wundert Euch also nicht wenn die CPU vorerst immer mit maximaler Taktrate läuft.

Kernelmodule erzeugen

Nun könnt Ihr euch aus dem Forum von linux-phc.org bereits gepatchte Kernelmodule herunterladen. Es gibt zwei Varianten, einmal phc-k8*.tar.gz für AMD X2, AMD Turion64 und AMD Turion X2 Prozessoren und einmal phc-intel*.tar.gz für Intel Mobile Centrino, Atom (N2xx) und Intel Core/Core2 CPUs. Ihr müsst das passende Kernelmodul wählen.

Ich habe hier ein Gerät mit einem alten Intel Centrino, daher führe ich das am Beispiel des gerade aktuellen Moduls phc-intel-0.3.2-8.tar.gz durch… Habt Ihr das Modul heruntergeladen, so müsst Ihr es entpacken und in das entstandene Verzeichnis wechseln…

$ tar -xzf phc-intel*
$ cd phc-intel*

Nun könnt ihr das Modul erzeugen, kompilieren und installieren. Dies könnt Ihr via…

$ make prepare
$ make
$ sudo make install
$ sudo modprobe phc-intel

…durchführen. Solltet ihr Schwierigkeiten dabei haben, so liefert die im Archiv enthaltene README Datei weitere Informationen. Den Erfolg könnt Ihr wieder via…

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/phc_controls
16:33 14:33 12:20 10:14 8:6 6:4 

…ausprobieren. Ist das Modul erfolgreich gebaut worden und habt Ihr es via modprobe geladen, dann zeigt die Ausgabe von cat etwas an, falls die Ausgabe nichts bringt, dann hakt es irgendwo. Damit das Kernelmodul von nun an automatisch geladen wird, steckt ihr es in die Datei /etc/modules. Öffnet dazu die Datei in einen Editor mit Root-Rechten…

$ sudo gedit /etc/modules

und fügt die Zeile…

phc-intel

…ein. Speichert die Datei abschließend. Ihr seid damit noch nicht fertig… Ihr müsst noch passende Spannungswerte ermitteln und die Einstellungen permanent in Eurem System verankern. Seit Jaunty hat sich das Vorgehen nicht verändert. Informationen dazu findet Ihr im älteren Artikel PPA für Jaunty mit gepatchtem Kernel zum Undervolten.

Governor ohne PolicyKit-Abfrage ändern

Abschließend noch ein kleiner Tipp, der mit dem Thema hier nicht direkt etwas zu tun hat. In den Kommentaren zu Ubuntu Karmic Koala 9.10 aus meiner Sicht hat Christoph Wickert Hinweise gegeben, wie man auch mit PolicyKit-1 von GNOME aus Karmic die Taktrate bzw. den Governor ohne Passwortabfrage ändern kann. Ich füge dazu alle Benutzer, die den Governor ändern können sollen, in die Gruppe „users“ ein…

$ sudo adduser $USER users

(Kleiner Hinweis: Ihr müsst euch einmal aus und wieder einloggen. Erst dann werden die Gruppenzugehörigkeiten neu eingelesen) Danach könnt Ihr via…

$ sudo gedit /var/lib/polkit-1/localauthority/50-local.d/gnome-cpufreq.pkla

…die nötige Konfigurationsdatei erstellen. Als Inhalt fügt Ihr…

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

…ein. Danach könnt Ihr die Taktrate ohne die Eingabe eines Passwortes ändern.

Dies soll über Ultraschall-Signale geschehen, die über von einer Software generiert werden, über die Boxen des Computers abgespielt und von ein Mikrofon aufgenommen werden. Die Signale mit über 20kHz sollen vom menschlichen Ohr nicht wahrnehmbar sein. Für Windows gibt es fertige ausführbare Dateien des Sonar Power Managers, unter Linux muss man sich sonarPM selber kompilieren…

Den Quellcode könnt Ihr von der Homepage herunterladen und anschließend entpacken. In der README findet Ihr dann eigentlich alle nötigen Informationen um sonarPM zu installieren. Ich gebe Euch trotzdem alle Infos Schritt für Schritt, so könnt Ihr auch ohne große Basteleien sonarPM austesten…

$ tar -xzf SonarPM*.tar.gz
$ cd sonar_dist/

Um sonarPM nun kompilieren zu können, braucht ihr folgende Bibliotheken.So wie ich das sehe, müsste es diese Bibliotheken für alle Ubuntu-Versionen und Debian ab Lenny geben.

$ sudo apt-get install portaudio19-dev libxss-dev libwxgtk2.8-dev

Habt Ihr die Bibliotheken installiert, könnt Ihr Euch dran machen sonarPM zu kompilieren. Ihr könnt direkt make ausführen, ein configure-Skript wird nicht benutzt…

$ make sonar_gui
$ make sonar_tui

Da das Programm nicht in der Lage ist für seine Konfigurationsdateien im Home-Verzeichnis einen Ordner anzulegen, müsst Ihr das machen.

$ mkdir ~/.sonarPM

Nun seid Ihr fertig und könnt die GUI von sonarPM via…

$ ./sonar_gui

… starten. Bei diesem ersten Start müsst Ihr die passenden Audio-Geräte auswählen. Unter Ubuntu Karmic funktionierte PulseAudio recht gut. Das Mikrofon habe ich jedoch direkt ausgewählt.

Anschließend startet sonarPM und fängt an Signale auszugeben. Anfangs hört man noch deutlich Signale, die nach und nach verschwinden. Nach rund 30 Sekunden Kalibrierung blieb sonarPM für mein Höhrempfinden (fast) lautlos.

Bei mir klappte das Abschalten des Bildschirmes, allerdings nicht wirklich zuverlässig. Manchmal ging der Bildschirm aus, obwohl ich noch vor dem Rechner saß. Manchmal bleibt er an, obwohl ich nicht am Rechner sitze. Eventuell liegt das am Mikrofon meiner Webcam, das leider einen etwas zu dumpfen Klang liefert. Vielleicht entstehen die leisen Klicks, die ich ab und zu höre, auch durch das schlechte Mikrofon. Auch scheinen die Boxen mancher Laptops zu limitiert zu sein. Oft können die Brüllwürfel billiger Laptops die nötigen 20kHz nicht liefern. sonarPM eignet sich daher eher zum rumspielen und ausprobieren, am besten ist sowieso der schnelle Griff zum Ein-/Aus Schalter des Monitors.

$ xset dpms force off

Dazu legt man den Starter mittels Rechtsklick auf ein Panel und Zum Panel hinzufügen | Benutzerdefinierter Anwendungsstarter an, gibt als Befehl das Kommando von oben an und nutzt als Icon beispielsweise /usr/share/icons/gnome/32x32/apps/xscreensaver.png Von nun an kann man mit einem Klick den Bildschirm komplett abschalten.