把 Homelab 做得更省电（实测，而非猜测）

关于 Homelab 省电的建议，到处都是笃定的数字和稀缺的实测，所以我把自己的机器测了一遍。这是不带滤镜的版本：空闲功耗到底是多少，用 RAPL 在一台真实的 4 核 Intel 机器上实测；切换 CPU 调频策略到底改变了什么（比你预期的少）；以及如果你真的想要一台省电服务器而不是一个取暖器，电到底省在哪里。被测的机器是我的开发机：一台 ASUS VivoBook S14 X430UN 笔记本，Intel Core i7-8550U，跑着 Arch、浏览器、KDE 和 Docker。它从来都不是真正空闲的，所以下面每个数字都当作下限来看——而这本身就是第一课：你的机器没你以为的那么闲，只有测量能告诉你这一点。

为什么空闲功耗重要：24×7 的算术

Homelab 是一笔 recurring cost（持续性支出）：瓦数乘以小时数，常年不断。按国内居民电价约 ¥0.55/kWh 估算（电价因地而异，请换成你自己的）：

awk 'BEGIN{for(w=10;w<=60;w+=10){kwh=w*8760/1000; printf "%3dW  24x7 = %7.1f kWh/yr = %.0f CNY/yr\n", w, kwh, kwh*0.55}}'
#  10W  24x7 =    87.6 kWh/yr = 48 CNY/yr
#  20W  24x7 =   175.2 kWh/yr = 96 CNY/yr
#  30W  24x7 =   262.8 kWh/yr = 145 CNY/yr
#  40W  24x7 =   350.4 kWh/yr = 193 CNY/yr
#  50W  24x7 =   438.0 kWh/yr = 241 CNY/yr
#  60W  24x7 =   525.6 kWh/yr = 289 CNY/yr

10 W 到 40 W 的差距是每年 ¥145——不致命，但每多一台机器它就会叠加。空闲功耗的关键属性是它是结构性的：它由你买的硬件和你忘了关掉的服务决定，而不是由你实际使用多少决定。一台空闲 40 W 的机器，无论你摸不摸它，都在持续缴这笔税。

Homelab 里到底是什么在耗电

• 空闲时的 CPU 封装（package）。 一个停下来的核心只占零点几瓦，但整个封装——核心、uncore，以及在这颗 CPU 上还包括 DRAM——永远到不了零。封装空闲功耗就是整台机器的地板。
• 内存。 一两瓦，而且它从不休眠。这就是为什么 suspend-to-RAM（挂起）是正经选项而不是噱头。
• 机械盘。 按 datasheet，一块 2.5 寸 5400 转盘运行时通常是一两瓦，standby 时只有其中一小部分——这是规格数字，不是我测的，请看你自己盘的规格表。一块盘无所谓，四块盘就是一笔预算。SSD 空闲更低，而且没有什么可以停转。
• 什么都没干的独显。 这是笔记本的经典坑：我这台同时有 Intel 集显和一块 NVIDIA MX150（规格标称 25 W TDP），它们的运行时电源状态是：

$ lspci -nnk | grep -Ei 'vga|3d'
00:02.0 VGA compatible controller [0300]: Intel Corporation Kaby Lake-R GT2 [UHD Graphics 620] [8086:5917] (rev 07)
01:00.0 3D controller [0302]: NVIDIA Corporation GP108M [GeForce MX150] [10de:1d10] (rev a1)
$ # 每块 GPU 的 runtime PM 状态：
0000:00:02.0 class=0x030000 driver=i915   power_state=D3hot runtime=suspended control=auto
0000:01:00.0 class=0x030200 driver=nvidia power_state=D0    runtime=active    control=on

集显乖乖地睡在 D3hot 里。而 MX150 全功率供电、D0 状态、什么都不干，只因为闭源驱动让它保持 active。这就是「独显空转耗电」问题，在你读 sysfs 状态之前，它完全不可见。

• 电源。 一颗老旧的 ATX 电源在低负载下通常只有 80-85% 的效率（80 PLUS 曲线，规格范畴），于是 60 W 的负载会安静地向电网要 70 W。一颗好的现代电源，或者原生 12 V 的 DC 供电，对 Homelab 来说是正经升级。
• 网络设备。 一台网管交换机是 5-15 W；五台交换机就是 50 W，而你从来不会想起它。

我在这里是怎么测的——以及哪些测不了

我没有墙插功率计，所以下面的数字没有一个是墙上的瓦数：一只即插即用的功率计是唯一真实的总量，而且它能平息所有争论。这台机器有的是 RAPL——Intel 通过内核 powercap 接口导出的能量计数器。这里的 package 域包含 core、uncore 和 DRAM 子域；它对风扇、磁盘、屏幕和电源损耗一无所知。而且读它需要 root：

$ cat /sys/class/powercap/intel-rapl:0/energy_uj
cat: '/sys/class/powercap/intel-rapl:0/energy_uj': Permission denied

$ LC_ALL=C lscpu | grep -E 'Model name:|CPU\(s\):|Vendor ID:|Thread\(s\) per core:|Core\(s\) per socket:|CPU max MHz:|CPU min MHz:'
CPU(s):                                  8
Vendor ID:                               GenuineIntel
Model name:                              Intel(R) Core(TM) i7-8550U CPU @ 1.80GHz
Thread(s) per core:                      2
Core(s) per socket:                      4
CPU max MHz:                             4000.0000
CPU min MHz:                             400.0000

注意 lscpu 没说什么：TDP。Intel 的规格表把这颗 U 标成 15 W，但固件自己的功耗上限完全是另一回事：

$ sudo cat /sys/class/powercap/intel-rapl:0/constraint_0_power_limit_uw
44000000                      # µW → PL1 = 44 W sustained, from sysfs
$ for d in /sys/class/powercap/intel-rapl:0*; do echo "$d -> $(sudo cat $d/name)"; done
/sys/class/powercap/intel-rapl:0 -> package-0
/sys/class/powercap/intel-rapl:0:0 -> core
/sys/class/powercap/intel-rapl:0:1 -> uncore
/sys/class/powercap/intel-rapl:0:2 -> dram

这里有两个驱动共同导出这些计数器（走 MSR 的 intel-rapl 和一个 MMIO 变体），两个都读一遍是验证数字不是编造的好办法——它们在 5 秒窗口内的差距在 28 mJ 以内。不过，干这活的标准工具在这台机器上都没有：

$ which turbostat powertop cpupower rapl
turbostat not found
powertop not found
cpupower not found
rapl not found

所以下面的一切都是裸读 sysfs，而这有一个好处：原始计数器，中间没有任何工具。

空闲功耗 vs 满载功耗，实测

方法无聊得恰到好处：读计数器，睡一个已知时长，再读一次，相除。先在机器的正常桌面负载下取三个窗口，再上八个忙线程（openssl AES 能把八个超线程全占住）：

idle run 1 (8s window)  pkg=15.11W  core=13.32W  uncore=0.48W  dram=1.73W  (load 9.40 -> 9.13)
idle run 2 (8s window)  pkg=15.06W  core=13.28W  uncore=0.49W  dram=1.71W  (load 9.13 -> 8.64)
idle run 3 (8s window)  pkg=15.00W  core=13.47W  uncore=0.24W  dram=1.66W  (load 8.64 -> 8.46)

busy run 1 (8s window)  pkg=15.47W  core=14.24W  uncore=0.02W  dram=1.28W  (load 8.46 -> 9.78)
busy run 2 (8s window)  pkg=15.52W  core=14.17W  uncore=0.02W  dram=1.18W  (load 9.78 -> 10.81)
busy run 3 (8s window)  pkg=15.49W  core=14.44W  uncore=0.02W  dram=1.21W  (load 10.81 -> 11.14)

  <text x="0" y="60" font-size="12">desktop baseline</text>
  <text x="0" y="76" font-size="11" opacity="0.7">load ~8.5-9.4</text>
  <rect x="170" y="44" width="400" height="32" rx="5" fill="#0f766e" fill-opacity="0.55"/>
  <rect x="570" y="44" width="11" height="32" rx="5" fill="#0f766e" fill-opacity="0.35"/>
  <rect x="581" y="44" width="50" height="32" rx="5" fill="#0f766e" fill-opacity="0.18"/>
  <text x="636" y="65" font-size="12">15.0 W</text>

  <text x="0" y="124" font-size="12">8 busy threads</text>
  <text x="0" y="140" font-size="11" opacity="0.7">load ~9.8-11.1</text>
  <rect x="170" y="108" width="430" height="32" rx="5" fill="#0f766e" fill-opacity="0.62"/>
  <rect x="600" y="108" width="1" height="32" fill="#0f766e" fill-opacity="0.35"/>
  <rect x="601" y="108" width="37" height="32" rx="5" fill="#0f766e" fill-opacity="0.18"/>
  <text x="646" y="129" font-size="12">15.5 W</text>
  <text x="646" y="151" font-size="11" opacity="0.75">Δ ≈ +0.5 W</text>

  <rect x="170" y="176" width="12" height="12" rx="3" fill="#0f766e" fill-opacity="0.55"/><text x="188" y="186" font-size="11">core</text>
  <rect x="250" y="176" width="12" height="12" rx="3" fill="#0f766e" fill-opacity="0.35"/><text x="268" y="186" font-size="11">uncore</text>
  <rect x="340" y="176" width="12" height="12" rx="3" fill="#0f766e" fill-opacity="0.18"/><text x="358" y="186" font-size="11">DRAM</text>
  <text x="170" y="216" font-size="11" opacity="0.8">Both on a box that was already busy: the 8 threads displaced existing work,</text>
  <text x="170" y="232" font-size="11" opacity="0.8">so the delta is small. Package only — wall power is higher.</text>
</g>

两个事实浮现出来。第一，构成：基线时 15 W 封装里有 1.7 W 是 DRAM——空闲成本里超过十分之一是内存，而它从不睡觉。第二，差值：八个忙线程只增加了大约半瓦。这不是在说算力免费；这是一台已经在跑浏览器、KDE、Docker，外加一个忙个不停的 baloo_file 索引器和 swap 抖动的机器上，挤出效应本来的样子。在一台真正空闲的 Homelab 上，同样的实验会给出大得多的跃升——这正是要测你自己的机器、而不是信我的机器的原因。

这些数字背后的空闲状态计数器同样真实。在这台机器 2.6 天的运行时间里，把所有 C6 及更深的状态加起来是 228,281 秒中的 186,804 秒——大约 82% 的时间在深睡：

$ for s in /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state*; do
    echo "$(cat $s/name) usage=$(cat $s/usage) time_us=$(cat $s/time)"
  done | sort -t= -k3 -rn | head -5
C10 usage=41225632 time_us=115034975762   # 50% of uptime in the deepest state
C8  usage=63150197 time_us=52246759382    # 23%
C6  usage=37683402 time_us=18217611489    # 8%
C1E usage=14641675 time_us=1346476474
C3  usage=11324009 time_us=1312197733

机器搁在桌上时，C 状态干得不错。Homelab 的失效模式完全不同：一个每隔几秒唤醒一次 CPU 的服务，会把封装永久钉在深 C 状态之外。powertop 会把它显示成一张唤醒表；没有它，你就观察机器安静时 C10 的时间到底涨不涨。

CPU 调频策略的意外

传统观点说 powersave 省电、performance 费电。我翻转了调频策略（带自动恢复），两边各测了空闲和负载窗口：

PERF idle            pkg=14.82W core= 13.77W dram=1.29W | load 6.06->6.06
PERF idle            pkg=15.25W core= 14.22W dram=1.27W
PERF +4 threads      pkg=15.07W core= 14.17W dram=1.07W
PERF idle freq mix:  all 8 CPUs ~3.10 GHz

SAVE idle            pkg=15.16W core= 14.13W dram=1.23W | load 6.14->6.29
SAVE idle            pkg=14.96W core= 13.88W dram=1.39W
SAVE +4 threads      pkg=15.15W core= 14.12W dram=1.17W
SAVE idle freq mix:  all 8 CPUs ~3.20 GHz

测不出差别——而且在 powersave 下频率反而略高。原因在 sysfs 里：这颗 CPU 跑的是 intel_pstate，启用硬件 P 状态控制（HWP），energy performance preference 是 performance，无论软件里哪个 governor 在管事，硬件都已经把频率钉在高位。在 HWP 时代的 Intel 上，真正有用的旋钮是 EPP，而不是 governor 的名字；我没有动 EPP，因为这是一台为响应速度调好的工作机。温度随负载的变化符合预期：忙时 81-83 °C，基线 78-79 °C——在一个封装里，抬升瓦数的同一份功也抬升了温度。

省电手段，按「每份努力换来多少瓦」排序

1. 关掉你不用的东西。 把五个空转的容器并到一台机器上，让那台为一个每周两小时的活儿而 24 小时开机的实验 VM 退休，把轮询守护进程换成 systemd timer。每去掉一个服务，就是永久去掉它的空闲瓦数。
2. 修好停着的独显。 运行时电源管理，或者 bbswitch，能停掉你不需要的 GPU。我这里的单行修法是 echo auto > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/power/control——我没有执行它：一块能算活的 GPU 对我来说比那几瓦更值。你的机器，你的取舍。
3. 挂起，而不是空转。 这台机器有 s2idle 和 deep 可用：

$ cat /sys/power/state
freeze mem disk
$ cat /sys/power/mem_sleep
s2idle [deep]        # '[deep]' marks the default

一条 rtcwake -m mem -s 3600 定时器，能让 Homelab 睡到凌晨三点，跑完备份批次再睡回去。如果一台机器每天有十个小时没人用，挂起胜过一切微优化的总和。 4. 磁盘策略。 对机械盘来说停转是真实的省电——hdparm -B 设激进的电源管理，-S 设待机计时器。我这块盘目前设在最激进的不停转档位上，我只读了、没改它：

$ sudo hdparm -C /dev/sda
/dev/sda:
 drive state is:  active/idle      # NOT spun down
$ grep -H . /sys/block/sd{a,b}/queue/rotational
/sys/block/sda/queue/rotational:1
/sys/block/sdb/queue/rotational:0

5. 高效供电。 一颗好的 80 PLUS Gold/Platinum 电源，或者原生 12 V DC，能在低负载下把丢掉的百分点赢回来。按纸面算，60 W 负载按 85% 效率，墙上就是 71 W。
6. 常驻职责用低功耗板。 对 DNS、metrics 或文件同步节点来说，一块个位数瓦数的 ARM 板在设计上就碾压一台退役办公 PC。我没有测过具体型号——看 datasheet，然后用上面同一套方法自己测。
7. governor 和 EPP 排最后，不是排最先。 如上所示，governor 的名字可能什么都改变不了；试 EPP，测量，然后才信。

诚实的取舍

有两个手段会咬人。停转磁盘增加延迟——standby 之后的第一次访问要付几秒的起转时间——而对一块每几分钟就被摸一下的磁盘做 load/unload 循环是磨损，不是省电。深度电源状态增加退出延迟，这是对延迟敏感的服务（VPN 端点、上报代理）能感觉到的，而过于激进的 EPP 会把调度器的延迟预算削薄。定时睡眠打破了「服务总在」这个假设：备份、监控和 DNS 必须容忍一台凌晨四点是关着的机器。每一项改动都要复测：为了省 5 W 而在面向用户的东西上多出一秒尾延迟，这是取舍，不是胜利。

清单：先测量，再压最大的功耗项

1. 给机器插上墙插功率计，跑一周，记下空闲地板。
2. 读 RAPL：在一个已知窗口内 sudo cat /sys/class/powercap/intel-rapl:0/energy_uj 两次；把封装空闲功耗和上面的表对照。
3. 审计停着的硬件：lspci -nnk，然后看每个设备的 power/runtime_status。停掉那些供电着却没用上的东西。
4. 找出根本不该跑的：systemctl list-timers、被遗忘的容器、那台实验 VM。
5. 最后才动 governor、EPP、磁盘停转和挂起定时器——并且每改一项就复测一次。

这就是全部的纪律。Homelab 功耗不是什么玄学；它是一个测量问题，末尾附一张小小的算术表。同一个问题的机群视角，我写在监控一个小机群；至于虚拟化那一层本身会不会花你的电，见Proxmox 与纯 Linux。