为什么OS设计能够降低功耗？

我已经读到，像Android和iOS这样的操作系统在某种程度上已经过优化，可以延长电池寿命。

我的理解是，CPU在一定时间内执行一定数量的操作，因此我认为您可以通过减少所需的操作数量来加快应用程序的速度，但是由于CPU仍会在y时间内执行x次操作，因此不应影响力量？

另外，如果一个进程占用更多RAM，是否会消耗更多功率？

智能手机，笔记本电脑甚至台式机中使用的常见CPU的时钟频率是可变的。当调度程序检测到有空闲时间时，它可以降低时钟速率，如果有更多进程争用CPU时间，可以再次提高时钟速率。

针对电池供电设备进行了优化的CPU往往由许多功能组件组成，每个组件都有自己的时钟（例如：ARM Cortex A8）。当一个组件处于空闲状态时，操作系统可以将其关闭（或减少其时钟），从而节省了电能。例如，在许多多核CPU（例如高端移动设备中的CPU）上，每个核都可以分别打开或关闭。ARM特别擅长于此游戏，这是大多数智能手机都具有ARM CPU的原因之一。

改变时钟速率或关闭电子组件的时钟称为电源管理。它往往是编写和优化电池供电设备的操作系统的复杂部分，并且对精确的硬件模型有很多依赖性。

CPU所需的东西也适用于外围设备。例如，背光显示器是智能手机上主要的电能消耗者，其次是收音机。CPU操作系统可能在外围设备的电源管理中发挥作用。辅助芯片也运行自己的固件，该固件也执行电源管理。

应用程序在降低功耗方面起着自己的作用：它们必须允许操作系统执行其任务。应用程序最糟糕的事情是轮询-运行类似的循环while (not_ready()) {}。即使引入一个很小的延迟while (not_ready()) {usleep(100);}也无济于事，因为它没有足够的时间让处理器进入低功耗模式，否则，每次无效的唤醒都将浪费能源。因此，必须对操作系统API进行设计，以使应用程序不再需要轮询，而可以订阅某种事件机制并保持空闲状态，直到它们被通知相关事件为止。应用程序又需要利用这种机制，因此整个软件堆栈的设计都会对功耗产生影响。

您可以通过Intel的Powertop实用程序获得有关造成PC功耗原因的信息。智能手机通常还可以查看应用程序消耗了多少电量。精确地按应用程序来计算功耗是很困难的：如果一个组件为两个应用程序唤醒，则​​唤醒时间可能会任意考虑其中一个，或者两者都不计。外设的功耗也不总是很容易跟踪到负责的应用程序。

RAM芯片不知道哪个位存储活动进程的数据，因此无法以这种方式有选择地将其关闭。进程的功耗与它使用的内存量无关（除非RAM访问消耗功耗，但重新使用相同的内存或使用不同的RAM区域在功耗方面没有区别）。

就处理器能力而言，操作系统可以做的主要事情就是提供阻止应用程序轮询的API。（并且还消除了内核和设备驱动程序中的所有轮询，如果有的话。）然后，只要无事可做，处理器就可以进入低功耗睡眠状态。

对于每个设备，都需要有一种方法让用户应用程序在请求后进入睡眠状态，然后仅在结果准备好后才再次唤醒。

显然，紧密的轮询循环是一场灾难（因为它们使处理器完全处于唤醒状态并执行无用的noop和跳转。）但是，在更微妙的情况下，但几乎同样糟糕的情况是，用户应用程序正在设置计时器，唤醒计时器警报，检查在某些情况下，重置计时器并重新进入睡眠状态。

我对这部分的了解不多，但我认为可能还有一些新颖的方法可以使用DMA（直接内存访问）控制器来处理较长的重复中断字符串，而无需唤醒处理器内核本身。

OS的主要作用是提供尽可能独立于硬件的运行时环境。它知道谁在使用什么硬件，何时以及如何使用硬件。这使OS可以在不使用时减少硬件功耗。

现代硬件提供了许多降低功耗的方法，例如

• 关闭未使用的外围设备和处理器的一部分（浮点运算单元，处理器内核等）
• 减少使用较少的零件（包括处理器内核）的时钟
• 调整电源以适应当前的时钟频率（您可以动态修改处理器的工作电压，有时可以调整数百mA）

如果一个进程占用更多RAM，是否会消耗更多功率？

并不是的。但是，如果您的系统具有1GB的DRAM，但仅使用512MB，并且带有某些内存控制器，则可以停止刷新DRAM的一部分，从而降低功耗。LPDDR支持部分区域自刷新，以便在自刷新时（处理器停止时，这在大多数情况下是正确的）。

您可能会看到，有很多方法可以减少现代体系结构上的功耗，但是这需要操作系统来处理。某些功能（例如PASR）使用起来非常棘手，这需要OS上进行大量工作以适应内存管理，实现挂起/恢复过程，...

毫无疑问，操作系统维护各种列表。这些列表中的两个是就绪列表和计时器列表。准备列表标识了哪些任务/线程已准备好运行。计时器列表标识处于超时的阻塞状态的任务/线程。

想象一下，操作系统有一个空的就绪列表。也就是说，它用完了准备运行的任务（处于空闲状态）。某些处理器（例如x86）具有暂停指令，操作系统可以调用该指令使处理器停止运行，直到被外部中断（例如滴答中断）唤醒为止。在这段时间内，它消耗的功率更少。通过查看计时器列表可以进一步改进此技术。如果您空闲了，并且知道从计时器滴答声中唤醒任务的最快时间是100滴答声，则滴答声速率可能会暂时修改为慢100倍。这样，处理器就可以在更长的时间内消耗更少的能量，因为它不必处理多达100个滴答中断。

一旦外部中断到达，滴答率就必须重新计算。如果外部中断使任务准备就绪，则滴答速度恢复正常。如果不是，必须重新计算睡眠的tick的数量以及新的（减慢的）tick速率。

希望这可以帮助。

要添加其他答案：
您的问题将iOS和Android视为操作系统，但“操作系统”只是其中的一部分。
Android和iOS都是框架，并且包含许多部分，这些部分不属于实际OS的一部分，但可以有效地降低功耗。
例如，通过设计，Android允许应用程序开发人员在隐藏状态下保存其状态，因此可以在不活跃使用进程时将其终止，从而减少就绪线程的数量，并允许核心关闭和时钟速率降低。
“ OS”中的功能可设置自适应亮度，Wi-Fi睡眠状态，清理线程，调度池，LED指示灯，蜂窝待机行为以及其他会严重影响功耗的方面。
此外，一些移动平台一直在努力优化其CPU / GPU的使用率，因为GPU更适合图形，并且它是移动领域的一个相对较新的功能，因此越来越多的与图形相关的OS部件正在向GPU清除了CPU的工作，并允许使用CPU电源优化功能（在许多情况下，还可以提高整个系统的速度）。