縮短啟動時間

透過集合功能整理內容 你可以依據偏好儲存及分類內容。

本文件提供合作夥伴指南，說明如何改善特定 Android 裝置的啟動時間。啟動時間是系統效能的關鍵要素，因為使用者必須等待啟動程序完成，才能使用裝置。對於車輛等經常發生冷開機的裝置而言，快速開機時間至關重要 (沒有人喜歡為了輸入導航目的地而等待數十秒)。

Android 8.0 支援多項元件的多項改善功能，可縮短啟動時間。下表列出這些效能改善項目 (根據 Google Pixel 和 Pixel XL 裝置的測量結果)。

最佳化系統啟動載入程式

如要改善啟動時間，請最佳化啟動載入器：

• 如要記錄：
  • 請停用寫入 UART 的記錄功能，因為大量記錄可能會耗費很長的時間。(在 Google Pixel 裝置上，我們發現這會讓引導程式速度變慢 1.5 秒)。
  • 請只記錄錯誤情況，並考慮使用其他機制將其他資訊儲存在記憶體中，以便擷取。
• 針對核心解壓縮作業，請考慮使用 LZ4 來支援當代硬體，而非 GZIP (例如修補程式)。請注意，不同的核心壓縮選項可能有不同的載入和解壓縮時間，且某些選項可能比其他選項更適合您的特定硬體。
• 檢查去抖動/特殊模式輸入的不必要等待時間，並將其降至最低。
• 將啟動載入程式中耗費的啟動時間，以 cmdline 的形式傳遞至核心。
• 檢查 CPU 時鐘，並考慮使用平行處理 (需要多核心支援) 來載入核心並初始化 I/O。

提升 I/O 效率

改善 I/O 效率對於縮短開機時間至關重要，因此請在開機後再讀取任何非必要的資料 (在 Google Pixel 上，開機時會讀取約 1.2 GB 的資料)。

調整檔案系統

當檔案從開頭讀取，或區塊依序讀取時，Linux 核心會啟動預讀功能，因此必須特別調整啟動作業的 I/O 調度器參數 (與一般應用程式的工作負載特徵不同)。

支援無縫 (A/B) 更新的裝置，在首次啟動時 (例如 Google Pixel 的 20 秒) 進行檔案系統調整，可帶來極大助益。舉例來說，我們為 Google Pixel 調整了下列參數：

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
    ...

其他

• 使用核心設定 DM_VERITY_HASH_PREFETCH_MIN_SIZE (預設大小為 128) 開啟 dm-verity 雜湊預先擷取大小。
• 為提升檔案系統穩定性，並避免每次開機時發生的強制檢查作業，請在 BoardConfig.mk 中設定 TARGET_USES_MKE2FS，以便使用新的 ext4 產生工具。

分析 I/O

如要瞭解啟動期間的 I/O 活動，請使用核心 ftrace 資料 (systrace 也會使用)：

trace_event=block,ext4 in BOARD_KERNEL_CMDLINE

如要細分每個檔案的檔案存取權，請對核心進行下列變更 (僅限開發核心，請勿在正式版核心中使用)：

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);

請使用下列指令碼，協助分析啟動效能。

• system/extras/boottime_tools/bootanalyze/bootanalyze.py 透過細分啟動程序中的重點步驟，測量啟動時間。
• system/extras/boottime_tools/io_analysis/check_file_read.py boot_trace 提供每個檔案的存取權資訊。
• system/extras/boottime_tools/io_analysis/check_io_trace_all.py boot_trace 提供系統層級的細目資料。

最佳化 init.*.rc

初始化是從核心到架構建立的橋樑，裝置通常會在不同的初始化階段花費幾秒鐘的時間。

並行執行工作

雖然目前的 Android 初始化程序或多或少是單執行緒程序，但您還是可以並行執行某些工作。

• 在殼層指令碼服務中執行緩慢的指令，並稍後等待特定屬性加入。Android 8.0 使用新的 wait_for_property 指令支援此用途。
• 找出初始化作業中速度緩慢的作業。系統會記錄初始化指令 exec/wait_for_prop 或任何耗時的動作 (在 Android 8.0 中，任何指令耗時超過 50 毫秒)。例如：

  init: Command 'wait_for_coldboot_done' action=wait_for_coldboot_done returned 0 took 585.012ms

  查看這份記錄檔，或許能發現可改善之處。

• 提早在關鍵路徑中啟動服務並啟用周邊裝置。舉例來說，某些 SOC 需要先啟動安全性相關服務，才能啟動 SurfaceFlinger。當 ServiceManager 傳回「等待服務」時，請查看系統記錄，這通常表示必須先啟動依附的服務。
• 移除 init.*.rc 中所有未使用的服務和指令。在初始階段初始化中未使用的任何項目，都應延後至啟動完成時再執行。

注意：屬性服務是初始化程序的一部分，因此如果初始化程序在內建指令中忙碌，在啟動期間呼叫 setproperty 可能會導致長時間延遲。

使用排程器調整

使用排程器調整功能進行早期啟動。以 Google Pixel 為例：

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_AWARE

某些服務可能需要在啟動期間提高優先順序。範例如下：

init.zygote64.rc:
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    priority -20
    user root
...

提早啟動 Zygote

採用檔案式加密的裝置可以在 zygote-start 觸發事件中提早啟動 zygote (預設情況下，zygote 會在類別 main 中啟動，這比 zygote-start 晚得多)。執行此操作時，請務必允許 zygote 在所有 CPU 上執行 (因為錯誤的 cpuset 設定可能會強制 zygote 在特定 CPU 上執行)。

停用省電模式

在裝置啟動期間，可停用 UFS 和/或 CPU 節流器等元件的省電設定。

注意：為提高效率，請在充電器模式下啟用省電功能。

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 N

延後非關鍵初始化

非關鍵初始化作業 (例如 ZRAM) 可延後至 boot_complete。

on property:sys.boot_completed=1
   # Enable ZRAM on boot_complete
   swapon_all /vendor/etc/fstab.${ro.hardware}

最佳化啟動動畫

請參考下列提示，改善開機動畫。

設定提早開始

Android 8.0 可在掛載使用者資料區隔之前，提早啟動啟動動畫。不過，即使在 Android 8.0 中使用新的 ext4 工具鍊，基於安全考量，fsck 仍會定期觸發，導致啟動 bootanimation 服務的時間延遲。

如要提早啟動 bootanimation，請將 fstab 掛載分為兩個階段：

• 在早期階段，請只掛載不需要執行檢查的區段 (例如 system/ 和 vendor/)，然後啟動啟動動畫服務及其依附元件 (例如 servicemanager 和 surfaceflinger)。
• 在第二階段，掛載需要執行檢查的分區 (例如 data/)。

無論是否使用 fsck，啟動動畫都會以更快的速度 (且在固定時間內) 開始。

完成清潔

收到退出信號後，開機動畫會播放最後一部分，這部分的長度可能會延長開機時間。快速啟動的系統不需要長時間的動畫，因為這可能會有效隱藏任何改善項目。建議您縮短重複迴圈和結尾。

最佳化 SELinux

請參考下列提示，將 SELinux 最佳化，以縮短啟動時間。

• 使用簡潔的規則運算式。在 file_contexts 中比對 sys/devices 的 SELinux 政策時，不當格式的規則運算式可能會造成大量額外負擔。舉例來說，正規表示式 /sys/devices/.*abc.*(/.*)? 會誤將所有包含「abc」的 /sys/devices 子目錄強制掃描，因此會同時比對 /sys/devices/abc 和 /sys/devices/xyz/abc。將這個規則運算式改為 /sys/devices/[^/]*abc[^/]*(/.*)? 後，系統只會比對 /sys/devices/abc。
• 將標籤移至 genfscon。這項現有的 SELinux 功能會將檔案比對前置字串傳遞至 SELinux 二進位檔中的核心，核心會將這些字串套用至核心產生的檔案系統。這也能協助修正標示錯誤的核心建立檔案，避免在重新標示發生之前，使用者空間程序嘗試存取這些檔案時發生競爭條件。

工具和方法

使用下列工具，協助您收集最佳化目標的資料。

Bootchart

Bootchart 會提供整個系統所有程序的 CPU 和 I/O 負載細目。這項工具不需要重建系統映像檔，而且可用於快速進行健全性檢查，再深入瞭解 systrace。

如要啟用 bootchart：

adb shell 'touch /data/bootchart/enabled'
adb reboot

開機後，擷取啟動圖表：

$ANDROID_BUILD_TOP/system/core/init/grab-bootchart.sh

完成後，請刪除 /data/bootchart/enabled，以免每次都收集資料。

1. 執行下列指令：

         sudo apt install python-is-python3
         cd ~/Documents
         git clone https://github.com/xrmx/bootchart.git
         cd bootchart/pybootchartgui
         mv main.py.in main.py
       

2. 更新 $ANDROID_BUILD_TOP/system/core/init/grab-bootchart.sh，指向 pybootchartgui 的本機副本 (位於 ~/Documents/bootchart/pybootchartgui.py)

Systrace

Systrace 可在開機期間收集核心和 Android 追蹤記錄。透過 systrace 視覺化資訊，您可以分析啟動期間的特定問題。(不過，如要檢查整個啟動期間的平均數量或累積數量，直接查看核心追蹤記錄會比較容易)。

如何在啟動期間啟用 systrace：

• 在 frameworks/native/cmds/atrace/atrace.rc 中變更：

    write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0
    write /sys/kernel/tracing/tracing_on 0

  到：

    #    write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0
    #    write /sys/kernel/tracing/tracing_on 0

這樣一來即可啟用追蹤功能 (預設為停用)。

• 在 device.mk 檔案中，新增下列行：

  PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES +=    debug.atrace.tags.enableflags=802922
  PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES +=    persist.traced.enable=0

• 在裝置 BoardConfig.mk 檔案中，新增下列內容：

  BOARD_KERNEL_CMDLINE := ... trace_buf_size=64M trace_event=sched_wakeup,sched_switch,sched_blocked_reason,sched_cpu_hotplug

如要進行詳細的 I/O 分析，請一併新增 block、ext4 和 f2fs。

• 在特定裝置的 init.rc 檔案中，新增下列內容：

  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

• 開機後，擷取追蹤記錄：

  adb root && adb shell atrace --async_stop -z -c -o /data/local/tmp/boot_trace
  adb pull /data/local/tmp/boot_trace
  $ANDROID_BUILD_TOP/external/chromium-trace/systrace.py --from-file=boot_trace