เอกสารนี้ให้คำแนะนำแก่พันธมิตรในการปรับปรุงเวลาบูตสำหรับอุปกรณ์ Android ที่เฉพาะเจาะจง เวลาบูตเป็นองค์ประกอบสำคัญของประสิทธิภาพของระบบ เนื่องจากผู้ใช้ต้องรอให้บูตเสร็จก่อนจึงจะสามารถใช้อุปกรณ์ได้ สำหรับอุปกรณ์เช่นรถยนต์ที่มีการบูตเครื่องขณะเย็นบ่อยกว่า การมีเวลาบูตอย่างรวดเร็วถือเป็นสิ่งสำคัญ (ไม่มีใครชอบการรอหลายสิบวินาทีเพื่อป้อนปลายทางการนำทาง)
Android 8.0 ช่วยลดเวลาในการบูตโดยรองรับการปรับปรุงหลายประการในส่วนประกอบต่างๆ ตารางต่อไปนี้สรุปการปรับปรุงประสิทธิภาพเหล่านี้ (วัดจากอุปกรณ์ Google Pixel และ Pixel XL)
| ส่วนประกอบ | การปรับปรุง |
|---|---|
| บูตโหลดเดอร์ |
|
| เคอร์เนลของอุปกรณ์ |
|
| การปรับ I/O |
|
| init.*.rc |
|
| แอนิเมชั่นการบูต |
|
| นโยบายของ SELinux | บันทึก 0.2 วินาทีโดย genfscon |
การเพิ่มประสิทธิภาพ Bootloader
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ bootloader เพื่อปรับปรุงเวลาการบูต:
- สำหรับการบันทึก:
- ปิดใช้งานการเขียนบันทึกไปยัง UART เนื่องจากอาจใช้เวลานานและมีการบันทึกจำนวนมาก (บนอุปกรณ์ Google Pixel เราพบว่ามันทำให้ bootloader ช้าลง 1.5 วินาที)
- บันทึกเฉพาะสถานการณ์ข้อผิดพลาด และพิจารณาจัดเก็บข้อมูลอื่นๆ ลงในหน่วยความจำด้วยกลไกที่แยกต่างหากเพื่อดึงข้อมูล
- สำหรับการบีบอัดเคอร์เนล ให้พิจารณาใช้ LZ4 สำหรับฮาร์ดแวร์ร่วมสมัยแทน GZIP ( แพทช์ ตัวอย่าง) โปรดทราบว่าตัวเลือกการบีบอัดเคอร์เนลที่แตกต่างกันอาจมีเวลาในการโหลดและคลายการบีบอัดที่แตกต่างกัน และบางตัวเลือกอาจทำงานได้ดีกว่าตัวเลือกอื่นๆ สำหรับฮาร์ดแวร์เฉพาะของคุณ
- ตรวจสอบเวลารอที่ไม่จำเป็นสำหรับการดีเด้ง/เข้าสู่โหมดพิเศษและย่อให้เล็กสุด
- ส่งผ่านเวลาบูตที่ใช้ใน bootloader ไปยังเคอร์เนลเป็น cmdline
- ตรวจสอบนาฬิกา CPU และพิจารณาการทำงานแบบขนาน (ต้องรองรับมัลติคอร์) สำหรับการโหลดเคอร์เนลและการเริ่มต้น I/O
การเพิ่มประสิทธิภาพ I/O ให้เหมาะสม
การปรับปรุงประสิทธิภาพ I/O เป็นสิ่งสำคัญในการทำให้เวลาบูตเร็วขึ้น และการอ่านสิ่งที่ไม่จำเป็นควรเลื่อนออกไปจนกว่าจะทำการบู๊ต (บน Google Pixel ข้อมูลประมาณ 1.2GB จะถูกอ่านขณะบู๊ต)
การปรับแต่งระบบไฟล์
เคอร์เนล Linux จะอ่านล่วงหน้าเมื่อไฟล์ถูกอ่านตั้งแต่เริ่มต้นหรือเมื่อบล็อกถูกอ่านตามลำดับ ทำให้จำเป็นต้องปรับแต่งพารามิเตอร์ตัวกำหนดตารางเวลา I/O สำหรับการบูตโดยเฉพาะ (ซึ่งมีการกำหนดลักษณะของเวิร์กโหลดที่แตกต่างจากแอปพลิเคชันปกติ)
อุปกรณ์ที่รองรับการอัปเดตแบบราบรื่น (A/B) จะได้รับประโยชน์อย่างมากจากการปรับแต่งระบบไฟล์ในการบูตครั้งแรก (เช่น 20 วินาทีบน Google Pixel) ตัวอย่าง เราได้ปรับแต่งพารามิเตอร์ต่อไปนี้สำหรับ Google Pixel:
on late-fs
# boot time fs tune
# boot time fs tune
write /sys/block/sda/queue/iostats 0
write /sys/block/sda/queue/scheduler cfq
write /sys/block/sda/queue/iosched/slice_idle 0
write /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb 2048
write /sys/block/sda/queue/nr_requests 256
write /sys/block/dm-0/queue/read_ahead_kb 2048
write /sys/block/dm-1/queue/read_ahead_kb 2048
on property:sys.boot_completed=1
# end boot time fs tune
write /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb 512
...
เบ็ดเตล็ด
- เปิดขนาดการดึงข้อมูลแฮชล่วงหน้า dm-verity โดยใช้การกำหนดค่าเคอร์เนล DM_VERITY_HASH_PREFETCH_MIN_SIZE (ขนาดเริ่มต้นคือ 128)
- เพื่อความเสถียรของระบบไฟล์ที่ดีขึ้นและการตรวจสอบบังคับที่ลดลงซึ่งเกิดขึ้นในการบู๊ตทุกครั้ง ให้ใช้เครื่องมือการสร้าง ext4 ใหม่โดยตั้งค่า TARGET_USES_MKE2FS ใน BoardConfig.mk
กำลังวิเคราะห์ I/O
เพื่อทำความเข้าใจกิจกรรม I/O ระหว่างการบู๊ต ให้ใช้ข้อมูล kernel ftrace (ใช้โดย systrace ด้วย):
trace_event=block,ext4 in BOARD_KERNEL_CMDLINE
หากต้องการแยกย่อยการเข้าถึงไฟล์สำหรับแต่ละไฟล์ ให้ทำการเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้กับเคอร์เนล (เคอร์เนลการพัฒนาเท่านั้น ห้ามใช้ในเคอร์เนลที่ใช้งานจริง):
diff --git a/fs/open.c b/fs/open.c
index 1651f35..a808093 100644
--- a/fs/open.c
+++ b/fs/open.c
@@ -981,6 +981,25 @@
}
EXPORT_SYMBOL(file_open_root);
+static void _trace_do_sys_open(struct file *filp, int flags, int mode, long fd)
+{
+ char *buf;
+ char *fname;
+
+ buf = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
+ if (!buf)
+ return;
+ fname = d_path(&filp-<f_path, buf, PAGE_SIZE);
+
+ if (IS_ERR(fname))
+ goto out;
+
+ trace_printk("%s: open(\"%s\", %d, %d) fd = %ld, inode = %ld\n",
+ current-<comm, fname, flags, mode, fd, filp-<f_inode-<i_ino);
+out:
+ kfree(buf);
+}
+
long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, umode_t mode)
{
struct open_flags op;
@@ -1003,6 +1022,7 @@
} else {
fsnotify_open(f);
fd_install(fd, f);
+ _trace_do_sys_open(f, flags, mode, fd);
ใช้สคริปต์ต่อไปนี้เพื่อช่วยในการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการบูต
-
system/extras/boottime_tools/bootanalyze/bootanalyze.pyวัดเวลาบูตพร้อมรายละเอียดขั้นตอนสำคัญในกระบวนการบู๊ต -
system/extras/boottime_tools/io_analysis/check_file_read.py boot_traceให้ข้อมูลการเข้าถึงสำหรับแต่ละไฟล์ -
system/extras/boottime_tools/io_analysis/check_io_trace_all.py boot_traceให้รายละเอียดระดับระบบ
การเพิ่มประสิทธิภาพ init.*.rc
Init เป็นสะพานเชื่อมจากเคอร์เนลจนถึงเฟรมเวิร์กที่ถูกสร้างขึ้น และอุปกรณ์มักจะใช้เวลาสองสามวินาทีในระยะเริ่มต้นที่แตกต่างกัน
ดำเนินภารกิจไปพร้อมๆ กัน
แม้ว่า init ของ Android ในปัจจุบันจะเป็นกระบวนการแบบเธรดเดียวไม่มากก็น้อย แต่คุณยังคงสามารถทำงานบางอย่างควบคู่กันไปได้
- ดำเนินการคำสั่งที่ช้าในบริการเชลล์สคริปต์และเข้าร่วมในภายหลังโดยรอคุณสมบัติเฉพาะ Android 8.0 รองรับกรณีการใช้งานนี้ด้วยคำสั่ง
wait_for_propertyใหม่ - ระบุการดำเนินการที่ช้าใน init ระบบจะบันทึกคำสั่ง init exec/wait_for_prop หรือการดำเนินการใดๆ ที่ใช้เวลานาน (ใน Android 8.0 คำสั่งใดๆ ที่ใช้เวลานานกว่า 50 ms) ตัวอย่างเช่น:
init: Command 'wait_for_coldboot_done' action=wait_for_coldboot_done returned 0 took 585.012ms
การตรวจสอบบันทึกนี้อาจบ่งบอกถึงโอกาสในการปรับปรุง
- เริ่มบริการและเปิดใช้งานอุปกรณ์ต่อพ่วงในเส้นทางวิกฤติตั้งแต่เนิ่นๆ ตัวอย่างเช่น SOC บางตัวจำเป็นต้องเริ่มบริการที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยก่อนที่จะเริ่ม SurfaceFlinger ตรวจสอบบันทึกของระบบเมื่อ ServiceManager ส่งคืน "wait for service" ซึ่งโดยปกติจะเป็นสัญญาณบ่งชี้ว่าบริการที่ต้องพึ่งพาต้องเริ่มต้นก่อน
- ลบบริการและคำสั่งที่ไม่ได้ใช้ใน init.*.rc สิ่งใดก็ตามที่ไม่ได้ใช้ในช่วงเริ่มต้นควรถูกเลื่อนออกไปเพื่อให้การบูตเสร็จสมบูรณ์
หมายเหตุ: บริการคุณสมบัติเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการ init ดังนั้นการเรียก setproperty ระหว่างการบู๊ตอาจทำให้เกิดความล่าช้าเป็นเวลานานหาก init ไม่ว่างในคำสั่งในตัว
การใช้การปรับกำหนดการ
ใช้การปรับแต่งตัวกำหนดเวลาสำหรับการบูตก่อนเวลา ตัวอย่างจาก Google Pixel:
on init
# boottime stune
write /dev/stune/schedtune.prefer_idle 1
write /dev/stune/schedtune.boost 100
on property:sys.boot_completed=1
# reset stune
write /dev/stune/schedtune.prefer_idle 0
write /dev/stune/schedtune.boost 0
# or just disable EAS during boot
on init
write /sys/kernel/debug/sched_features NO_ENERGY_AWARE
on property:sys.boot_completed=1
write /sys/kernel/debug/sched_features ENERGY_AWAREบริการบางอย่างอาจต้องมีการเพิ่มลำดับความสำคัญระหว่างการบู๊ต ตัวอย่าง:
init.zygote64.rc:
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
priority -20
user root
...การเริ่มไซโกตตั้งแต่เนิ่นๆ
อุปกรณ์ที่มีการเข้ารหัสแบบไฟล์สามารถเริ่มไซโกตได้เร็วกว่าที่ทริกเกอร์ไซโกต-สตาร์ท (โดยค่าเริ่มต้น ไซโกตจะถูกเปิดใช้งานที่คลาสหลัก ซึ่งช้ากว่าไซโกเท-สตาร์ทมาก) เมื่อทำเช่นนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้อนุญาตให้ไซโกตทำงานใน CPU ทั้งหมด (เนื่องจากการตั้งค่า cpuset ที่ไม่ถูกต้องอาจบังคับให้ไซโกตทำงานใน CPU ที่ระบุ)
ปิดการใช้งานการประหยัดพลังงาน
ในระหว่างการบูทอุปกรณ์ การตั้งค่าการประหยัดพลังงานสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น UFS และ/หรือตัวควบคุม CPU สามารถปิดใช้งานได้
ข้อควรระวัง: ควรเปิดใช้งานการประหยัดพลังงานในโหมดเครื่องชาร์จเพื่อประสิทธิภาพ
on init
# Disable UFS powersaving
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/clkscale_enable 0
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/clkgate_enable 0
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/hibern8_on_idle_enable 0
write /sys/module/lpm_levels/parameters/sleep_disabled Y
on property:sys.boot_completed=1
# Enable UFS powersaving
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/clkscale_enable 1
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/clkgate_enable 1
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/hibern8_on_idle_enable 1
write /sys/module/lpm_levels/parameters/sleep_disabled N
on charger
# Enable UFS powersaving
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/clkscale_enable 1
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/clkgate_enable 1
write /sys/devices/soc/${ro.boot.bootdevice}/hibern8_on_idle_enable 1
write /sys/class/typec/port0/port_type sink
write /sys/module/lpm_levels/parameters/sleep_disabled Nเลื่อนการเริ่มต้นที่ไม่สำคัญ
การเริ่มต้นที่ไม่สำคัญ เช่น ZRAM สามารถเลื่อนออกไปเป็น boot_complete ได้
on property:sys.boot_completed=1
# Enable ZRAM on boot_complete
swapon_all /vendor/etc/fstab.${ro.hardware}การเพิ่มประสิทธิภาพแอนิเมชั่นการบูต
ใช้เคล็ดลับต่อไปนี้เพื่อปรับภาพเคลื่อนไหวขณะบูตให้เหมาะสม
การกำหนดค่าการเริ่มต้นตั้งแต่เนิ่นๆ
Android 8.0 เปิดใช้งานแอนิเมชั่นการบูตก่อนกำหนดก่อนที่จะติดตั้งพาร์ติชันข้อมูลผู้ใช้ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะใช้กลุ่มเครื่องมือ ext4 ใหม่ใน Android 8.0 fsck ยังคงถูกทริกเกอร์เป็นระยะเนื่องจากเหตุผลด้านความปลอดภัย ทำให้เกิดความล่าช้าในการเริ่มบริการ bootanimation
หากต้องการให้ bootanimation เริ่มต้นเร็ว ให้แบ่ง fstab mount ออกเป็นสองเฟส:
- ในช่วงเริ่มต้น ให้เมาต์เฉพาะพาร์ติชัน (เช่น
system/และvendor/) ที่ไม่ต้องการการตรวจสอบการรัน จากนั้นเริ่มบริการแอนิเมชั่นสำหรับบูตและการขึ้นต่อกัน (เช่น servicemanager และ surfaceflinger) - ในระยะที่สอง ติดตั้งพาร์ติชัน (เช่น
data/) ที่ต้องมีการตรวจสอบการรัน
แอนิเมชั่นการบูตจะเริ่มเร็วขึ้นมาก (และในเวลาคงที่) โดยไม่คำนึงถึง fsck
จบสะอาด
หลังจากรับสัญญาณทางออกแล้ว ภาพเคลื่อนไหวการบูตจะเล่นส่วนสุดท้าย ซึ่งอาจทำให้เวลาบูตช้าลงได้ ระบบที่บู๊ตได้เร็วไม่จำเป็นต้องมีแอนิเมชั่นยาวๆ ซึ่งสามารถซ่อนการปรับปรุงใดๆ ที่เกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ เราขอแนะนำให้ทำทั้งการวนซ้ำและตอนจบให้สั้น
การเพิ่มประสิทธิภาพ SELinux
ใช้เคล็ดลับต่อไปนี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ SELinux เพื่อปรับปรุงเวลาบูตให้ดีขึ้น
- ใช้นิพจน์ทั่วไปที่สะอาด (regex) regex ที่มีรูปแบบไม่ดีอาจทำให้เกิดค่าใช้จ่ายจำนวนมากเมื่อจับคู่นโยบาย SELinux สำหรับ
sys/devicesในfile_contextsตัวอย่างเช่น regex/sys/devices/.*abc.*(/.*)?บังคับให้สแกนไดเรกทอรีย่อย/sys/devicesทั้งหมดที่มี "abc" โดยไม่ได้ตั้งใจ ทำให้สามารถจับคู่ทั้ง/sys/devices/abcและ/sys/devices/xyz/abcได้ ปรับปรุง regex นี้เป็น/sys/devices/[^/]*abc[^/]*(/.*)?จะเปิดใช้งานการจับคู่สำหรับ/sys/devices/abcเท่านั้น - ย้ายป้ายกำกับไปที่ genfscon คุณสมบัติ SELinux ที่มีอยู่นี้ส่งผ่านคำนำหน้าการจับคู่ไฟล์ไปยังเคอร์เนลในไบนารี SELinux โดยที่เคอร์เนลนำไปใช้กับระบบไฟล์ที่สร้างโดยเคอร์เนล นอกจากนี้ยังช่วยแก้ไขไฟล์ที่สร้างเคอร์เนลที่มีป้ายกำกับไม่ถูกต้อง ป้องกันสภาวะการแข่งขันที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการ userspace ที่พยายามเข้าถึงไฟล์เหล่านี้ก่อนที่จะเกิดการติดป้ายกำกับใหม่
เครื่องมือและวิธีการ
ใช้เครื่องมือต่อไปนี้เพื่อช่วยคุณรวบรวมข้อมูลสำหรับเป้าหมายการเพิ่มประสิทธิภาพ
แผนภูมิบูต
Bootchart ให้รายละเอียดโหลด CPU และ I/O ของกระบวนการทั้งหมดสำหรับทั้งระบบ ไม่จำเป็นต้องสร้างอิมเมจระบบขึ้นใหม่ และสามารถใช้เป็นการตรวจสอบสุขภาพอย่างรวดเร็วก่อนที่จะเข้าสู่ระบบซิสเต็มเทรซ
หากต้องการเปิดใช้งาน Bootchart:
adb shell 'touch /data/bootchart/enabled'adb reboot
หลังจากบูตเครื่องแล้ว ให้ดึงข้อมูลแผนภูมิการบูต:
$ANDROID_BUILD_TOP/system/core/init/grab-bootchart.sh
เมื่อเสร็จแล้ว ให้ลบ /data/bootchart/enabled เพื่อป้องกันการรวบรวมข้อมูลทุกครั้ง
bootchart.png ให้ดำเนินการดังต่อไปนี้:- รันคำสั่งต่อไปนี้:
sudo apt install python-is-python3cd ~/Documentsgit clone https://github.com/xrmx/bootchart.gitcd bootchart/pybootchartguimv main.py.in main.py - อัปเดต
$ANDROID_BUILD_TOP/system/core/init/grab-bootchart.shให้ชี้ไปที่สำเนาในเครื่องของpybootchartgui(อยู่ที่~/Documents/bootchart/pybootchartgui.py)
ซิสเทรซ
Systrace อนุญาตให้รวบรวมทั้งการติดตามเคอร์เนลและ Android ระหว่างการบู๊ตเครื่อง การแสดงภาพระบบสามารถช่วยในการวิเคราะห์ปัญหาเฉพาะระหว่างการบู๊ตเครื่อง (อย่างไรก็ตาม หากต้องการตรวจสอบจำนวนเฉลี่ยหรือจำนวนสะสมระหว่างการบู๊ตทั้งหมด จะง่ายกว่าในการดูการติดตามเคอร์เนลโดยตรง)
หากต้องการเปิดใช้งาน systrace ระหว่างการบู๊ตเครื่อง:
- ใน
frameworks/native/cmds/atrace/atrace.rcให้เปลี่ยน:write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0 write /sys/kernel/tracing/tracing_on 0
ถึง:
# write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0 # write /sys/kernel/tracing/tracing_on 0
- ในไฟล์
device.mkให้เพิ่มบรรทัดต่อไปนี้:PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += debug.atrace.tags.enableflags=802922 PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += persist.traced.enable=0
- ในไฟล์
BoardConfig.mkของอุปกรณ์ ให้เพิ่มข้อมูลต่อไปนี้:BOARD_KERNEL_CMDLINE := ... trace_buf_size=64M trace_event=sched_wakeup,sched_switch,sched_blocked_reason,sched_cpu_hotplug
- ในไฟล์
init.rcเฉพาะอุปกรณ์ ให้เพิ่มข้อมูลต่อไปนี้:on property:sys.boot_completed=1 // This stops tracing on boot complete write /d/tracing/tracing_on 0 write /d/tracing/events/ext4/enable 0 write /d/tracing/events/f2fs/enable 0 write /d/tracing/events/block/enable 0
หลังจากบู๊ตเครื่อง ให้ดึงข้อมูลการติดตาม:
adb root && adb shell atrace --async_stop -z -c -o /data/local/tmp/boot_traceadb pull /data/local/tmp/boot_trace$ANDROID_BUILD_TOP/external/chromium-trace/systrace.py --from-file=boot_trace
สิ่งนี้จะเปิดใช้งานการติดตาม (ซึ่งถูกปิดใช้งานโดยค่าเริ่มต้น)
สำหรับการวิเคราะห์ I/O โดยละเอียด ให้เพิ่มบล็อกและ ext4 และ f2fs ด้วย