Ruhezustand

Grundprinzip und Bedeutung

Der Ruhezustand, auch Hibernation oder „Suspend to Disk“ genannt, ist eine Energiesparfunktion moderner PCs. Zusammen mit dem Bereitschaftsbetrieb („Suspend to RAM“) wird er besonders bei Notebooks eingesetzt, um im Akkubetrieb elektrische Energie zu sparen. Sein Zweck besteht darin, den Rechner in einen weitgehend stromlosen Zustand zu versetzen und die Arbeit später genau an der vorherigen Stelle fortzusetzen.

Beim Ruhezustand wird der Inhalt des Arbeitsspeichers als Abbild auf die Festplatte geschrieben. Danach werden fast alle Systemkomponenten elektronisch ausgeschaltet. Beim Reaktivieren lädt das System das gespeicherte Abbild wieder in den Arbeitsspeicher (RAM) und stellt gegebenenfalls auch die internen Zustände angeschlossener Geräte wieder her. Bei üblichen x86-PCs entspricht dies dem ACPI-Zustand S4.

Das Aufwecken aus dem Ruhezustand ist kein Neustart. Ein echter Neustart kann beispielsweise nach Software- oder Systemaktualisierungen weiterhin erforderlich sein.

Abgrenzung der Energiesparmodi

Beim Bereitschaftsbetrieb beziehungsweise Standby werden nicht benötigte Komponenten wie die Festplatte möglichst weit deaktiviert. Der Arbeitsspeicher bleibt jedoch mit Energie versorgt. Bei üblichen PCs entspricht dies meist dem ACPI-Zustand S3 („Suspend to RAM“). Dadurch kann der Rechner besonders schnell wieder aktiviert werden, verbraucht aber weiterhin Strom.

Der Ruhezustand S4 speichert den RAM-Inhalt auf einem Datenträger und schaltet fast alle Komponenten ab. Laut Artikel ist der Rechner dabei dennoch nicht vollständig abgeschaltet und toleriert keine fehlerfreie vollständige Trennung vom Stromnetz. Soll eine schaltbare Steckerleiste verwendet und der Rechner danach vollständig vom Netz getrennt werden, muss das System zuvor in den ACPI-Zustand S5 („Soft Off“) versetzt werden.

Ein hybrider Modus verbindet Suspend to RAM und Suspend to Disk: Der aktuelle Zustand befindet sich gleichzeitig im Arbeitsspeicher und als Kopie auf dem Datenträger. Bleibt die Stromversorgung erhalten, wacht der Rechner schnell aus dem RAM auf. Fällt sie aus, kann die gespeicherte Kopie verwendet werden. Die Bezeichnungen unterscheiden sich je nach Betriebssystem: Ein technisch gleicher oder ähnlicher Zustand kann etwa „Ruhezustand“, „Standby“, „Tiefschlaf“, „Sleep“, „Hibernate“, „Safe Sleep“ oder „Energie sparen“ heißen. Insbesondere kann „Ruhezustand“ unter macOS etwas anderes bedeuten als unter Windows.

Umsetzung unter Windows

Windows Vista und neuere Systeme zeigen zunächst hauptsächlich den Modus „Energie sparen“. Dieser ist standardmäßig als hybrider Modus ausgelegt: Das System wechselt gewöhnlich in S3 („Suspend to RAM“) und schreibt zusätzlich den Arbeitsspeicherinhalt auf die Festplatte oder in stationären ReadyDrive- beziehungsweise ReadyBoost-Flashspeicher. Ohne Netztrennung erfolgt die schnelle Reaktivierung aus dem Standby. Nach einer Trennung vom Stromnetz startet der PC dagegen so, als sei er in den Ruhezustand versetzt worden.

Unter Windows Vista und Windows 7 lässt sich auch der herkömmliche Ruhezustand aktivieren. Bei manchen Geräten, beispielsweise PCs mit InstantGo, ist dies jedoch nicht möglich.

Seit Windows ME beziehungsweise Windows 2000 wird das Speicherabbild standardmäßig in der Datei hiberfil.sys im Wurzelverzeichnis der Systempartition abgelegt. Diese Datei hat die gleiche Größe wie der Hauptspeicher. Unter 32-Bit-Betriebssystemen wird der Ruhezustand nur bis zu einer Hauptspeichergröße von maximal 4 GB unterstützt.

Ablauf unter Linux

Für Linux entwickelten Gabor Kuti und Pavel Machek Ende der 1990er-Jahre eine erste Hibernation-Implementierung für die Kernel-Version 2.2. Daraus entstand in Version 2.4 das teilweise noch verwendete Kernelmodul swsusp. Später wurden suspend2, pmdisk und uswsusp davon abgeleitet. Laut Artikel wird heute von den Kernelentwicklern nur noch uswsusp gepflegt, obwohl manche Distributionen weiterhin andere Module verwenden.

Der grundlegende Ablauf ist bei diesen Modulen gleich:

• Ein Benutzer oder ein Skript ruft den Hibernation-Befehl über die Kommandozeile oder eine grafische Oberfläche auf.
• Alle laufenden Prozesse erhalten ein Suspend-Signal und halten ihre Arbeit kontrolliert an.
• Die Geräteschnittstellen werden eingefroren, damit sie den Systemzustand nicht mehr verändern.
• Ein Abbild des gesamten Arbeitsspeichers wird auf die Swap-Partition geschrieben. Swap ist ein Bereich auf dem Datenträger, der normalerweise als Erweiterung des Arbeitsspeichers dient. Ist die Partition zu klein, bricht die Vorbereitung mit einer Fehlermeldung ab.
• Die Geräteschnittstellen werden wieder aktiviert.
• Das System fährt normal herunter und schaltet sich aus.

Beim nächsten Hochfahren wird zunächst der vollständige Kernel geladen. Bevor er die Swap-Partition einbindet, prüft er, ob dort ein Hibernation-Abbild liegt. Falls ja, schreibt er dieses zurück in den Arbeitsspeicher, anstatt die Systemdienste, auch Daemons genannt, neu zu initialisieren.

Ruhezustand bei Macs

Macs ab Baujahr Mitte 1999 schalten im Ruhezustand unter anderem Lüfter, externe Geräte und PCI-Karten ab. Dieser Zustand wird als „Deep Sleep“ oder Tiefschlaf bezeichnet.

„Safe Sleep“ ist bei den letzten PowerPC-Macs und bei Intel-Macs möglich. Bei PowerPC-Modellen kann er in der Open Firmware anstelle des normalen „Sleep“ aktiviert werden. Die Auswahl zwischen „Sleep“ und „Safe Sleep“ lässt sich nicht über die Systemeinstellungen vornehmen, sondern ist abhängig von Gerätetyp und Baujahr voreingestellt. Sie kann jedoch mit einem Terminal-Befehl geändert werden.

Bei Safe Sleep wird der Inhalt des RAM zusätzlich in einer Datei gespeichert. Wird die Stromversorgung unterbrochen oder der Laptop-Akku leer, kann die vorherige Arbeitssitzung nach einem Neustart automatisch wiederhergestellt werden. Bleibt die Stromversorgung bestehen, wacht der Mac ebenso schnell auf wie aus einem einfachen Sleep.