Open Source im professionellen Einsatz
Linux-Magazin 03/2012

Tipps, Tricks und Tools, mit denen Notebooks länger laufen

Stromfresser entlarven

, ,

Unterwegs ist die Laufzeit die wichtigste Eigenschaft des Notebooks. Die Wahl eines schlanken Desktops und das Optimieren der letzten Details, die Tools wie Powertop empfehlen, gelten gängigen Mythen zufolge als wesentliche Kriterien. Das Linux-Magazin hält mit Tests und Know-how dagegen.

1480

Wer regelmäßig mit seinem Notebook unterwegs ist und fernab jeder Steckdose arbeiten muss, hat Motive genug, sein Gerät für eine längere Akkulaufzeit zu tunen. Das fängt beim Benutzerverhalten an und reicht bis in große Tiefen der Kernelkonfiguration. Doch was davon wirklich nennenswerte Erfolge bringt, ist selbst unter Experten umstritten. Für diesen Artikel nahmen drei Autoren des Linux-Magazins drei identische Fujtsu-Notebooks (Tabelle 1), drei Distributionen und Desktops sowie gängige Tipps und Tricks unter die Lupe und testeten den Erfolg in mehreren Benchmarks.

Tabelle 1: Fujitsus Lifebook e751 vPro

Gerätewahl

Die erste Entscheidung trifft der Anwender schon beim Kauf: Welches Gerät das richtige ist, mit welcher Software und für welchen Zweck er es nutzen will und wie hoch seine Ansprüche an die Laufzeit sind, geben den Ausschlag. Der Markt der mobilen PCs bietet reiche Auswahl: Wer nur lesen, spielen oder Filme anschauen will, dem reicht sicher eines der Tablets, die längst die 10-Stunden-Marke knacken. E-Book-Reader schaffen mit elektronischer Tinte gar Lesevergnügen für Tage.

Doch ernsthaftes Arbeiten, vor allem mit häufigen, längeren Tastatureingaben erfordert jedoch in der Regel einen tragbaren PC. Für das mobile Büro stellen neben der Netbook-Sparte für den Profi immer noch die klassischen Laptops die erste Wahl dar. Aber auch da hat der Kunde die Wahl: Will er einen vollständigen Desktop-Ersatz, mit dem er mal ein, zwei Stunden zwischen den Steckdosen überbrücken muss, oder braucht er eine längere Laufzeit?

Spätestens im Flugzeug bleibt die 230-Volt-Stromversorgung ein Ausstattungsmerkmal der gehobenen Klassen. Für den Überseeflug haben alle Hersteller vermeintliche Laufzeitwunder im Angebot, die mit 8 oder mehr Stunden Laufzeit mehr als ausreichend dimensioniert scheinen. Allerdings muss der Benutzer dann Abstriche machen, leistungsfähige Nvidia- oder ATI-Grafik ist da eher selten an Bord, und auch sonst sind die Geräte eher auf Sparsamkeit denn auf Leistung getrimmt.

Die zurzeit in fast allen Geräten verbauten 6-Zellen-Lithium-Ionen-Akkus (Kasten "Notebook-Akkus") haben typischerweise eine Kapazität von 60 bis 67 Wattstunden, mit neun Zellen um die 90 Wh. Die Rechnung ist leicht: Wer mit dem Standardakku die ganzen 8 Stunden Flug nach Amerika durcharbeiten möchte, braucht eine Kombination aus Hardware, Betriebssystem, Software und Benutzerverhalten, die mit durchschnittlich 8 Watt auskommt.

Notebook-Akkus

Nach Forschungsarbeiten in den 1970er Jahren an der TU München mit reversible Alkalimetall-Ionen-Interkalation und Lithium-Batterien ist seit 1989 der Lithium-Ionen-Akkumulator patentiert. Erstmals setzte Sony ihn 1991 in einer Videokamera ein. Chemisch betrachtet wandern Lithium-Ionen durch den Elektrolyten zwischen zwei Elektroden hin und her.

Memory und Tiefentladung

Li-Ionen-Akkus entladen sich kaum selbst und weisen keinen Memory-Effekt auf. Dafür reagieren sie empfindlich auf Tiefentladung, Kurzschlüsse und zu warme Lagerung. Beim Laden müssen die Ströme stimmen – Schnellladung ist nicht die Stärke von Li-Ionen –, auch eine Überwachung der Temperatur ist vonnöten. Für einen gefahr- und störungslosen Betrieb in der Praxis, beispielsweise in Notebooks wie dem Fujitsu-Testgerät für diesen Artikel, integrieren fast alle Batteriehersteller die Lade- und Überwachungselektronik direkt in die Gehäuse.

Deshalb müssen Notebookbesitzer keine Angst haben, ihren Akku falsch zu behandeln – sie können ihn weder überladen noch tiefentladen. Wer etwas für die Lebensdauer seiner Zellen etwas tun möchte, kann bei einer nötigen längeren Lagerung als Einziges das Modul gemäßigt kühl aufbewahren. Hersteller Fujitsu rät auf Nachfrage dazu, "mehrmonatiges Lagern nach vollständigem Entleeren des Akkus" zu vermeiden. Zeiträume von mehreren Tagen oder zwei Wochen seien kein Problem. Auch könne die Ladeelektronik tiefentladene Batterien selbstständig wieder nutzbar machen.

Die controllergestützte Elektronik in Notebook-Batterien zeigt sich zudem angenehm auskunftsfreudig, indem sie Kommandos entgegen nimmt und Daten über den Ladezustand und die Kapazität der Akkus liefert. Der Linux-Kernel spiegelt diese Daten in sein Proc-Filesystem (Abbildung 1). Das Powermanagement von Linux interpretiert diese, um den Benutzer über geschätzte Laufzeiten zu informieren.

Abbildung 1: Neben Powertop existieren zahlreiche weitere Tools zum Auslesen des /proc-Dateisystems.

Kreative Datenblätter

Die Fujitsu-Lifebooks im Test haben mit Intel-i7-Quadcore-CPUs ordentlich Power unter der Haube, versprechen dem potenziellen Kunden aber laut Datenblatt [1] gleichzeitig eine stattliche Laufzeit von bis zu 10 Stunden für einen Preis von um 1100 Euro. Rein rechnerisch dürfte die Hardware folglich im Schnitt zwischen 6 und 7 Watt verbrauchen. Doch sind die Herstellerangaben bei allen Produzenten mit großer Vorsicht zu genießen. In den Benchmarks des Linux-Magazins erwiesen sich alle getesteten Linux-Distributionen weit davon entfernt und landeten in der Regel eher beim dreifachen Wert, zwischen 12 und 18 Watt, gemessen mit dem Standard-Tool Powertop ([2], Abbildung 2).

Abbildung 2: Der Stromverbrauch des Fujitsu-Lifebooks mit verschiedenen Distributionen. Open Suse schnitt auf Anhieb am besten ab und musste sich daher noch weiteren Tests der Autoren stellen. Auffällig dabei ist vor allem der niedrigere Stromverbrauch des Default-Kernels im Vergleich zum Desktop-Kernel.

Diese Leistungsaufnahme reduziert die zu erwartende Laufzeit des Notebooks auf drei bis vier Stunden, was Laufzeitbenchmarks mit simulierter Tasteneingabe und Webseitenaufrufen bestätigten (Abbildung 3, Kasten "Laufzeitbenchmark").

Abbildung 3: Eine halbe Stunde länger läuft Windows im Laufzeitbenchmark auf dem Fujitsu-Notebook. Ubuntu mit Unity saugt den Akku innerhalb von 3 Stunden leer, Suse mit KDE und Mint mit LXDE laufen immerhin knapp 3,5.

Laufzeitbenchmark

Wie im Artikel dargestellt, liefert Powertop offenbar brauchbare Werte für die elektrische Leistung, die Linux-Notebooks zum Zeitpunkt der Messung verbrauchen. Das ist eine gute Grundlage für Optimierungen. Allerdings muss man erwarten, dass der Mobil-PC bei normaler Nutzung dem Akku unterschiedlich viel Leistung entzieht. Da die verbrauchte elektrische Energie das Integral von Spannung und Strom über die Zeit ist, liegt es nahe, mit Hilfe eines Laufzeit-Benchmarks, der bis zur Erschöpfung des Akkus definiert arbeitet, die wichtigen per Powertop erlangten Ergebnisse zu verifizieren – die Praxis ist bekanntlich das Kriterium für die Wahrheit.

Java-Mechanik

Das Testlabor des Linux-Magazins hat früher für solche Laufzeittests eine mechanisch-elektrische Vorrichtung betrieben, die das Tippen eines Officeprogramm-Benutzers auf der Tastatur simulierte. Viele Redaktionen von Computerzeitschriten benutzen solche selbstgebauten intervallgesteuerten Tipper, Tacker oder Pümpelatoren noch heute, um in Notebook-Vergleichstests die Akkulaufzeit der Geräte realistisch vergleichen zu können.

Die Linux-Magazin-Redaktion hat in Vorbereitung zu diesem Schwerpunkt einen Schluck aus der Innovationspulle genommen und simuliert die Tastaturanschläge nun mit einem kleinen Java-Programm (Listing 1) auf Basis der Klasse »java.awt.Robot« aus [8]. Das Besondere an der Klasse ist, dass sie vorbei an großen Teilen des Betriebssystems direkt in den Tastaturpuffer des Rechners schreibt, was funktional identisch zum Tippen auf der Tastatur ist. Das Programm funktionierte im Test darum auf allen Linux-Distributionen und unter Windows. Die Tester schalteten während des Benchmarklaufs ein Libre-Office-Writer-Fenster in den Vordergrund (Abbildung 4), sodass die »Tipper« -Programm-Anschläge dort landeten.

Abbildung 4: Der Laufzeittest in Aktion: Das Java-Programm tippt in ein Office-Dokument (rechts), der Browser lädt alle 10 Minuten eine Seite von Wikimedia Commons.

Empfehlungen der Arbeitsmedizin

Das Tool (auf dem Listing-Server des Linux-Magazins) tippt rund 200 Anschläge pro Minute, macht dabei kurze Pausen und legt nach 30 Minuten eine längere Ruhezeit von 10 Minuten ein. Damit bildet die Software einen Benutzer ab, der zwar routiniert tippt, aber kein gelernter Schreibmaschinensportler ist. Zudem beachtet der Arbeitnehmer-Roboter die Empfehlungen der Arbeitsmedizin, (auch wenn die sich in der Regel um genaue Zahlen drückt). Alle 10 Minuten macht das freie Office ein Autosave der Backupdatei, um die Festplatte zu beschäftigen.

Als zweite Komponente simuliert eine HTML-Seite mit Javascript, dass der "Anwender" alle 10 Minuten übers WLAN etwas im Web nachsieht. Eine zufällige Ressource aus den Wikimedia Commons dient hierbei als zu ladender Inhalt. Zudem ruft das Javascript minütlich eine PHP-Seite auf einem Redaktions-Webserver auf, der als externe und unabhängige Instanz in seinem Access-Log speichert, dass das Testgerät ein Lebenszeichen von sich gegeben hat. Anhand der Timestamps im Protokoll konnte die Redaktion die Laufzeit der Tests minutengenau ermitteln.

Identische Konfiguration

Vor den Benchmarks versuchten die Tester die verwendeten Betriebssysteme und Oberflächen möglichst identisch zu konfigurieren, indem sie Auto-Suspend und Bildschirmsperren ausschalteten, den Screensaver auf »Blank« stellten und das normale Stromsparen ab 10 Minuten erlaubten. Die Displayhelligkeit stellten sie aufs Maximum, unterbanden aber das automatische Dimmen des jeweiligen Powermanagement nicht. [UCC:x00-fake-italic](Mathias Huber, Jan Kleinert)

Listing 1

Tipper.java

01 // Programm drückt immer wieder eine Taste
02 // mit konfigurierbarer Pause (Millisekunden)
03 // Anleitung:
04 // javac Tipper.java
05 // java Tipper &
06 // Mauscursor z.B. in Libre-Office-Dokument setzen
07 // mhuber@linux-magazin.de 2011-12-22
08
09 import java.awt.AWTException;
10 import java.awt.Robot;
11 import java.awt.event.KeyEvent;
12
13
14 class Tipper
15 {
16 public static void main( String[] args )
17 {
18 // Start des Programms
19
20 try {
21 do {
22 Robot robot = new Robot();
23 int i = 0;
24 do {
25 // 30 Sekunden Pause (Anwender setzt Cursor)
26 robot.delay(30000);
27 int j = 0;
28 // 100 Zeichen tippen
29 do {
30 robot.keyPress(KeyEvent.VK_B);
31 robot.keyRelease(KeyEvent.VK_B);
32 j++;
33 } while (j < 100);
34 // Leerzeichen
35 robot.keyPress(KeyEvent.VK_SPACE);
36 robot.keyRelease(KeyEvent.VK_SPACE);
37 i++;
38 } while (i < 60);
39 // 60 mal 30 Sekunden getippt = 30 Min.
40 // 10 Minuten Tipppause
41 robot.delay(60000);
42 } while (true);
43
44 } catch (AWTException e) {
45 e.printStackTrace();
46 }
47
48 // Ende des Programms
49 }
50 }

Diesen Artikel als PDF kaufen

Express-Kauf als PDF

Umfang: 9 Heftseiten

Preis € 0,99
(inkl. 19% MwSt.)

Linux-Magazin kaufen

Einzelne Ausgabe
 
Abonnements
 
TABLET & SMARTPHONE APPS
Bald erhältlich
Get it on Google Play

Deutschland

Ähnliche Artikel

  • Strom abwärts

    Power off! Große Displays und schnelle Prozessoren konterkarieren jeden Fortschritt in der Akkutechnologie. Um Notebooks zu längerem Mobilbetrieb zu zwingen, hilft der treffsichere Stromfresser-Jäger Powertop.

  • Powertop 1.10 listet C-States auf

    Powertop, ein freies Tool, das stromfressende Prozesse auf Linux-Rechnern aufspürt, ist in Version 1.10 erschienen.

  • Less Watts: Intels Energiespar-Initiative für Linux

    Auf seiner Hausmesse Intel Developer Forum (IDF) hat der Halbleiterhersteller eine Energiespar-Initiative vorgestellt. Unter dem Namen Less Watts sind einige Open-Source-Projekte versammelt, die den Energieverbrauch von Linux-Systemen senken sollen.

  • Weitere Tools und Tipps zur Überwachung des Energieverbrauchs

    Der Artikel "Stromfresser entlarven" im aktuellen Linux-Magazin zeigt anhand von Benchmarks den Einfluss verschiedener Optimierungsversuche, unterschiedlicher Distributionen und OSS-Desktops auf den Energieverbrauch eines Linux-Notebooks. Einige Tools und Tricks, die im Artikel keinen Platz fanden, sind hier zusammengefasst.

  • Tooltipps
comments powered by Disqus

Ausgabe 08/2016

Artikelserien und interessante Workshops aus dem Magazin können Sie hier als Bundle erwerben.