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最佳化開機時間

本文件將為 Android 裝置。開機時間是系統效能的重要元素使用者必須等到啟動作業完成後才能使用裝置。裝置例如較常啟動冷啟動的車輛、時間至關重要 (沒有人喜歡等候數十秒以輸入導航目的地)。

Android 8.0 支援多項改善措施，縮短啟動時間方便您快速進行擴充下表摘要列出這些成效 (評估依據為 Google Pixel 和 Pixel XL 裝置)。

元件	提升幅度
系統啟動載入程式	透過移除 UART 記錄儲存 1.6 秒從 GZIP 變更為 LZ4 即可省下 0.4 秒
裝置核心	移除未使用的核心設定並縮減驅動程式大小，因此節省了 0.3 秒透過 dmverity 預先擷取最佳化功能節省了 0.3 秒儲存 0.15 秒，以便在驅動程式中移除不必要的等待/測試已儲存 0.12 秒，移除 CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE
I/O 調整	一般開機已儲存 2 秒首次開機時節省 25 秒
init.*.rc	平行處理 init 指令節省了 1.5 秒及早啟動 zygote，省下 0.25 秒由 cpuset 調整儲存 0.22 秒
開機動畫	啟動 2 秒，在未觸發任何網站的情況下啟動，且在開機時未觸發的啟動程序在 Pixel XL 上儲存 5 秒，同時播放開機動畫立即關閉
SELinux 政策	genfscon 節省了 0.2 秒

最佳化系統啟動載入程式

如要改善系統啟動載入程式以縮短啟動時間，請按照下列步驟操作：

記錄功能：
- 停用將記錄寫入 UART 的功能，因為可能需要大量時間。(我們發現 Google Pixel 裝置的系統啟動載入程式 1.5s 變慢)。
- 僅記錄錯誤情況，並考慮將其他資訊儲存至記憶體並使用不同的擷取機制
針對核心解壓縮，請考慮將 LZ4 用於現代硬體 (範例：patch)，而非 GZIP。注意事項不同的核心壓縮選項可以有不同的載入方式某些選項的效果可能會比其他選項來得好特定硬體
檢查去彈跳/特殊模式進入不必要的等待時間，並盡可能減少具體做法是指示 Kubernetes 建立並維護一或多個代表這些 Pod 的物件
將系統啟動載入程式的啟動時間，以 cmdline 的形式傳遞到核心。
檢查 CPU 時脈並考慮採用平行處理功能 (需要多核心支援) 用於核心載入和初始化 I/O。

最佳化 I/O 效率

如要加快啟動時間及讀取資料，關鍵在於改善 I/O 效率所有非必要的資產都應延後到啟動 (在 Google Pixel 上啟動時讀取約 1.2GB 的資料)。

調整檔案系統

開始讀取檔案或檔案開始讀取時，Linux kernel 讀取作業會開始執行系統會依序讀取區塊，因此必須調整 I/O 排程器參數，專供啟動程序使用而非一般應用程式) 的特性

支援流暢 (A/B) 更新功能的裝置可從檔案系統中大獲益在首次啟動時調整 (例如 Google Pixel 上的 20 秒)舉例來說下列 Google Pixel 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

使用核心設定開啟 dm-verity 雜湊預先擷取大小 DM_VERITY_HASH_PREFETCH_MIN_SIZE (預設大小為 128)。
為提高檔案系統的穩定性，並降低以下裝置的強制檢查機制：每次啟動時，您都必須將 TARGET_USES_MKE2FS BoardConfig.mk。

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)：

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；不適用於實際工作環境核心)：

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);

使用下列指令碼有助於分析啟動效能。

system/extras/boottime_tools/bootanalyze/bootanalyze.py 依據啟動程序中的重要步驟細分測量啟動時間。
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 提供系統層級的詳細資料。

最佳化 init.*.rc

Init 是從核心之間到建立架構為止的橋樑裝置在不同初始階段花費幾秒鐘的時間。

平行執行工作

雖然目前的 Android init 採用了較新的執行緒程序仍可同時執行某些工作

在 Shell 指令碼服務中執行慢指令，之後再依據等待特定資源Android 8.0 支援這個使用情境，並搭配 wait_for_property 指令。
找出 init 中的緩慢作業。系統會記錄 init 指令 exec/wait_for_prop 或任何花費較長時間的動作 (在 Android 8.0 中，任何指令需要超過 50 毫秒的時間)。例如：
```
init: Command 'wait_for_coldboot_done' action=wait_for_coldboot_done returned 0 took 585.012ms
```
查看這份記錄也許能找出改善方向。
盡早啟動服務並啟用周邊裝置。適用對象例如，有些 SOC 要求先啟動安全相關服務，才能啟動 SurfaceFlinger。在 ServiceManager 傳回「wait for」動作時，查看系統記錄。「服務」：通常代表必須啟動相依服務首先。
移除 init.*.rc 中所有未使用的服務和指令。未使用早期階段 init 應延遲以完成啟動。

注意：屬性服務屬於 init 程序的一部分，因此，請呼叫如果 init 處於忙碌狀態，setproperty 可能會長時間延遲內建的指令

使用排程器調整功能

使用排程器調整功能進行早期啟動。Google Pixel 示例：

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
...

盡早啟動 zygote

採用檔案型加密功能的裝置可在 zygote-start 時自動啟動 zygote 觸發 (預設情況下，zygote 會在類別主要系統啟動， zygote-start)。如要執行這項操作，請務必允許 zygote 在所有 CPU 中執行 (即錯誤的 cpuset 設定可能會強制在特定 CPU 執行 zygote)。

停用省電功能

在裝置啟動時，UFS 和/或 CPU 等元件的省電設定您可以停用主機端。

注意：省電模式的啟用時間應為以提升效率

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

一般初始化作業 (例如 ZRAM) 可推遲至 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

請按照下列提示改善啟動動畫的成效。

設定提早開始

Android 8.0 可在掛接使用者資料之前，提早啟動啟動動畫不過，即使在 Android 8.0 中使用新的 ext4 工具鍊但因安全原因而會定期觸發，導致啟動啟動服務

若要提早啟動啟動程序，請將 fstab 掛接分為兩個階段：

在早期階段，只掛接分區 (例如 system/ 和 vendor/)，不需要執行然後啟動啟動動畫服務及其依附元件 (例如 servicemanager 和 Surfaceflinger)。
在第二階段中，掛接該分區 (例如 data/) 的分區執行檢查

無論如何指怪

完成清潔

收到離開信號後，啟動動作會播放最後一個部分，導致啟動時間變慢無須長時間即可開機的系統可以有效隱藏任何改善效果的動畫建議做法同時盡量減少重複循環和結尾

最佳化 SELinux

請使用下列提示將 SELinux 最佳化，以縮短啟動時間。

使用簡潔的規則運算式 (regex)。規則運算式的格式有誤比對 SELinux 政策 sys/devices 於 file_contexts。例如 /sys/devices/.*abc.*(/.*)? 不小心強制掃描全部有 /sys/devices 個包含「abc」的子目錄，可供比對 /sys/devices/abc 和 /sys/devices/xyz/abc 兩者皆是如此。如果將這個規則運算式提升為 /sys/devices/[^/]*abc[^/]*(/.*)?，只啟用 /sys/devices/abc 的比對。
將標籤移至 genfscon。這個現有的 SELinux 功能會將檔案比對前置字串傳遞至核心： SELinux 二進位檔，其中核心會將其套用至由核心產生的檔案系統這也有助於修正標記核心建立錯誤的檔案嘗試存取的使用者空間程序之間發生的競爭狀況才會重新加上標籤。

工具和方法

請使用下列工具收集要最佳化目標的資料。

開機圖

Bootchart 會針對整個程序提供全部的 CPU 和 I/O 負載細目有些人會將 Cloud Storage 視為檔案系統但實際上不是無須重新建構系統映像檔，只要快速套用即可執行例行性檢查

如何啟用 bootchart：

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

啟動後，擷取開機圖表：

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

完成後，請刪除 /data/bootchart/enabled，以免收集到因此資料的規模

如果 bootchart 無法運作，且您收到指出 bootchart.png 不存在的錯誤訊息，請執行包括：

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

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 允許在啟動期間收集核心和 Android 追蹤記錄。以視覺化方式呈現 Systrace 有助於分析開機。(不過，如要檢視反而會更容易直接查看核心追蹤記錄)。

如何在開機時啟用 systrace：

在 frameworks/native/cmds/atrace/atrace.rc 中，將：

  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

這項操作會啟用追蹤 (預設為停用)。

在 device.mk 檔案中，新增以下這行內容：

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

在裝置的 BoardConfig.mk 檔案中新增以下內容：

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

如需詳細的 I/O 分析，請同時加入區塊和 ext4 與 f2fs。

在裝置專屬的 init.rc 檔案中，新增以下內容：

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

啟動後，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

，瞭解如何調查及移除這項存取權。

注意：Chrome 無法處理過大的檔案。您可以考慮使用使用 tail 剪下 boot_trace 檔案， head 或 grep。I/O 分析通常需要直接分析擷取的 boot_trace，因為事件過多