在 GNU/Linux 里启用 Intel Rapid Start
tzuusca 2015-01-02
Intel Rapid Start 是 Intel 公司研发的一种帮助笔记本电脑节省电源和快速恢复的技术，与传统的睡眠（Sleep）和休眠（Hibernate）有一定的区别，相较而言，与混合睡眠（Hybrid Sleep）倒是有一些相似的地方。Intel 说，这技术首先要主板支持，其次要有 SSD，最后要有 Windows。但其实 SSD 和 Windows 都不是必须的。昨天，我就在 HDD + Linux 的组合里成功地使用了 Intel Rapid Start。
一、Intel Rapid Start 原理
其实 Intel Rapid Start 的原理很简单，就是让计算机在传统的睡眠（Sleep）的基础上有机会进入更深层的睡眠（Deep Sleep），用户可以通过 BIOS 设置一个超时，比如一分钟、十分钟、半个小时等（也可以设置「立即」），当计算机进入睡眠状态之后，计时开始，如果用户在计时到达之前唤醒了计算机，那就啥也没发生，如果预定时间达到，则计算机会被浅唤醒（wake up briefly），将内存中的数据写入硬盘（官方文档指 SSD）中的一个特定分区，然后彻底断电。在这之后，用户只能通过按电源键的方式开机，主板固件会把特定分区中的内容读回内存，然后计算机就可以继续使用了。
总结一下，Intel Rapid Start 技术（IRST）的前半段与普通的睡眠是一样的，而后半段则与休眠（Hibernate）类似，但是休眠是由操作系统完成的，而 IRST 则是由主板固件（BIOS 或 UEFI）去完成这一操作，也就是说，在加电自检（POST）之后，直接就是从硬盘中读取内容的过程了，根本没有引导器（Boot loader）和操作系统的加载过程，因此比操作系统级别的休眠要快不少，再加上 SSD 的应用，就更加快了，这就是 Intel 所宣称的「六秒恢复」。按照我的理解，就是恢复速度和睡眠一样快，但是耗电和休眠一样低（零耗电）。
Intel 的官方文档提到该技术需要 SSD + Windows，可是我没看出其中的必要性：SSD 是为了加速，如果用 HDD 代替的话除了慢点也没啥问题，而 Windows 呢？令人兴奋的是，2013年6月的时候，Linux 开发者 Matthew Garrett 就提交了一个内核补丁，实现了 Linux 内核对此的支持。该补丁已在 Linux 3.11 中得到了应用，而截至我写这篇文章时，最新的 Linux 内核版本已经是 3.12.6 了，显然可以使用。
二、调整分区
我的计算机是 ThinkPad X240s，该型号内部有一个 SATA 和两个 NGFF 接口，后者是 Intel 推的新接口，可以用来接蓝牙、3G 等模块，也可以用来接 NGFF 接口的 SSD。最理想的配置应该是 SATA 接口用来接 HDD 而 NGFF 用来接 SSD，这样的版本是已经配置好 Intel Rapid Start 的。我的这个版本 SATA 接口上接了一块 500GB 7200 转的机械硬盘，一个 NGFF 接了 WiFi + 蓝牙，另一个 NGFF 是空的。也就是说，没有 SSD，自然默认也没得用 Intel Rapid Start。但除了淘宝一块小而贵的 NGFF SSD 之外没有别的方法了吗？当然不是。仔细阅读 Intel Rapid Start 的用户手册就会发现，它提到主板固件是通过分区标识符来找寻 IRST 分区的，对于 GPT，是 D3BFE2DE-3DAF-11DF-BA-40-E3A556D89593，对于 MBR 则是 0x84。
调整前我的分区结构是这样的：
- NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
- sda 8:00465,8G0 disk
- ├─sda1 8:102M0 part
- ├─sda2 8:20200M0 part /boot
- ├─sda3 8:3050G0 part
- │└─crypt-sda3 254:0050G0 crypt /
- └──sda4 8:40415,6G0 part
- └─crypt-sda4 254:10415,6G0 crypt /home
整块硬盘 465 GiB 使用 GPT 分为四个区，开头 2 MiB 用来存放 GRUB，之后 200 MiB 是 /boot，然后是 50 GiB 和 /，最后剩下的 415.6 GiB 用作 /home。其中 sda3 和 sda4 都是 LUKS 容器。我的目的是要把 sda4 调整为 400 GiB，然后把剩下的 15.6 GiB 划为 sda5，作为 IRST 分区。
由于 sda4 是 GPT + LUKS + ext4 三层嵌套结构，所以需要一层一层地缩小它们，然后再一层一层地撑大它们到合适的位置。
- # 把 /home 卸载
- umount /home
- # 调整文件系统前必须要先检查文件系统
- e2fsck -f /dev/mapper/crypt-sda4
- # 缩小文件系统至 398 GiB
- resize2fs -p /dev/mapper/crypt-sda4 398G
- # 缩小 LUKS 容器至 399 GiB
- # 换算成 512 KiB 的区块是 399 * 1024 * 1024 * 2 = 836763648
- cryptsetup resize crypt-sda4 836763648
- # 将 sda4 分区调整为 400 GiB
- # 并用剩余的空间建立 sda5
- # 建立的时候分区标识符输入 8400
- gdisk /dev/sda
- # 重启计算机使内核使用新的分区表
- reboot
- # 再次卸载 /home
- umount /home
- # 放大 LUKS 容器撑满 sda4
- cryptsetup resize crypt-sda4
- # 检查文件系统
- e2fsck -f /dev/mapper/crypt-sda4
- # 放大文件系统至撑满 LUKS 容器
- resize2fs -p /dev/mapper/crypt-sda4
- # 挂载测试
- mount /dev/mapper/crypt-sda4 /home
调整完成后，就是这样的效果了：
- NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
- sda 8:00465,8G0 disk
- ├─sda1 8:102M0 part
- ├─sda2 8:20200M0 part /boot
- ├─sda3 8:3050G0 part
- │└─crypt-sda3 254:0050G0 crypt /
- ├─sda4 8:40400G0 part
- │└─crypt-sda4 254:10400G0 crypt /home
- └─sda5 8:5015,6G0 part
- NumberStart(sector)End(sector)SizeCodeName
- 1204861432.0MiB EF02 BIOS boot partition
- 26144415743200.0MiB8300Linux filesystem
- 341574410527334350.0GiB8300 LUKS partition
- 4105273344944134143400.0GiB8300 LUKS partition
- 594413414497677313415.6GiB8400IntelRapidStart
三、设置主板固件（BIOS/UEFI）
这一步视不同的制造商自有不同，但主旨就是找到 BIOS/UEFI 中有关 Intel Rapid Start 的设置，将之开启。在完成以上步骤之前，这一选项是不可开启的状态，会提示没有找到合适的存储设备，但是在完成了上述步骤之后，固件就会根据 GUID 找到 IRST 分区，从而允许开启这一功能。至于多久后启用，就是个人爱好了，我选择的是「立即」，也就是相当于用 IRST 代替了睡眠（Sleep）功能。
四、测试
为了测试效果明显，可以先用 dd_rescue 把 sda5 清空一下：dd_rescue /dev/zero /dev/sda5。可以用诸如 head -c 1G /dev/sda5 之类的命令检验一下。
准备完成之后开始测试：echo -n mem > /sys/power/state 将系统挂起至内存（S3，睡眠）→系统顺利睡眠→系统被短暂唤醒并将内存中的内容写入 IRST 分区，此时如果仔细听可以听到机械硬盘写入的声音→写入完成，系统断电停机。
断电停机之后，用户只能通过按电源键把计算机唤醒。按下电源键后可观察到 BIOS/UEFI 上显示类似 Resuming from deep sleep ... 字样，说明这一恢复过程是由固件完成的，与操作系统无关。恢复完成后，直接回复到进入睡眠之前的样子。此时使用 head /dev/sda5 可观察到大量输出，说明 sda5 的确被写入了。
至此 IRST 部署成功。
