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嵌入式產(chǎn)品中，系統(tǒng)啟動速度是很關鍵的指標，對系統(tǒng)啟動速度的優(yōu)化，通常我們稱之為“快啟”。

要對系統(tǒng)啟動速度進行優(yōu)化，首先要知道如何統(tǒng)計系統(tǒng)啟動的時間。

下面介紹幾種統(tǒng)計內(nèi)核啟動耗時的方法，以及對內(nèi)核啟動速度優(yōu)化的幾個方法。

一、啟動耗時統(tǒng)計

printk time

打開kernel配置：

kernel hacking --->
[*] Show timing information on printks

登錄后復制

打開后，每個printk的前面都會顯示時間戳

主要用來測量內(nèi)核啟動過程各個階段的耗時

initcall_debug

眾所周知，kernel啟動時會執(zhí)行不同等級的initcall，而每個initcall的耗時也是可以統(tǒng)計的。

在kernel的cmdline中加入?yún)?shù)initcall_debug=1：

initcall_debug=1
setargs_nand=setenv bootargs console=${console} earlyprintk=${earlyprintk} root=${nand_root} initcall_debug=${initcall_debug} init=${init}

登錄后復制

開啟后，就能打印每個initcall函數(shù)調(diào)用及耗時。

bootgraph

內(nèi)核自帶了一個工具用于統(tǒng)計啟動時間：scripts/bootgraph.pl

使用該工具需要打開內(nèi)核配置CONFIG_PRINTK_TIME=y，并且在cmdline中加上"initcall_debug=1"

系統(tǒng)啟動之后，執(zhí)行命令：

dmesg|perl $(kernel_dir)/script/bootgraph.pl > out.svg

登錄后復制

用瀏覽器查看out.svg文件，可以看到內(nèi)核啟動過程中各個階段的耗時。

這個工具有點類似于perf的火焰圖，可以統(tǒng)計啟動各階段的耗時。

bootchart

除了內(nèi)核自帶的工具，也有開源的工具可用：bootchart。

bootchart是一個用于linux啟動過程性能分析的開源軟件工具，在系統(tǒng)啟動過程自動收集CPU占用率、進程等信息，并以圖形方式顯示分析結果，可用作指導優(yōu)化系統(tǒng)啟動過程。

修改kernel cmdline。將其中的init修改為“init=/sbin/bootchartd”。
收集信息。bootchartd會從/proc/stat，/proc/diskstat，/proc/[pid]/stat中采集信息，經(jīng)過處理后保存為bootchart.tgz文件
轉換圖片。在pc上通過pybootchartgui.py工具將bootchart.tgz轉換為bootchart.png，方便分析

最后也會成圖片供做分析，例如：

bootchar主要用來測量掛載文件系統(tǒng)到主應用程序啟動過程中的耗時

gpio+示波器

可以找一個在系統(tǒng)啟動過程中空閑的GPIO，在適當位置設置GPIO電平。

通過示波器抓取波形可以得到各階段耗時。

通常該方法被用來測量整個啟動的耗時，或者各階段的耗時，該方法也是用的比較多的。

二、內(nèi)核優(yōu)化方法

kernel壓縮方式

kernel有不同的壓縮格式，常見的如gz、xz、lzma等。

不同的壓縮格式，解壓速度就不同，通過比較不同壓縮方式的啟動時間和flash占用情況，選擇一種符合實際情況的，以此進行優(yōu)化。

加載位置

內(nèi)核鏡像可以由kernel自解壓，也可以由uboot進行解壓。

對于kernel自解壓的情況，如果壓縮過的kernel與解壓后的kernel地址沖突，則會先把自己復制到安全的地方，然后再解壓，防止自我覆蓋。這就需要耗費復制的時間。

即把加載地址和運行地址設置為不同地址，可以減少耗時。

內(nèi)核裁剪

裁剪內(nèi)核是必要的，如果內(nèi)核鏡像太大，那么解壓內(nèi)核就需要很長時間，所以內(nèi)核要盡量裁剪。

裁剪內(nèi)核，可以減少解壓耗時。初始化內(nèi)容少了，也會減少耗時。

因此裁剪內(nèi)核時，要考慮將不需要的功能都去掉。

預設置lpj數(shù)值

LPJ也就是loops_per_jiffy，每次啟動都會計算一次，但如果沒有做修改的話，這個值每次啟動算出來都是一樣的，可以直接提供數(shù)值跳過計算。

如下log所示，有skipped，lpj由timer計算得來，不需要再校準calibrate了。

[ 0.019918] Calibrating delay loop (skipped), value calculated using timer frequency.. 48.00 BogoMIPS (lpj=240000)

登錄后復制

如果沒有skipped，則可以在cmdline中添加lpj=xxx進行預設

initcall優(yōu)化

如前面提到,initcall耗時是可以打印出來的，在cmdline中設置initcall_debug=1，即可打印跟蹤所有內(nèi)核初始化過程中調(diào)用的順序以及耗時。

[ 0.021772] initcall sunxi_pinctrl_init+0x0/0x44 returned 0 after 9765 usecs
[ 0.067694] initcall param_sysfs_init+0x0/0x198 returned 0 after 29296 usecs
[ 0.070240] initcall genhd_device_init+0x0/0x88 returned 0 after 9765 usecs
[ 0.080405] initcall init_scsi+0x0/0x90 returned 0 after 9765 usecs
[ 0.090384] initcall mmc_init+0x0/0x84 returned 0 after 9765 usecs

登錄后復制

根據(jù)打印信息，可以對耗時較多的initcall進行優(yōu)化。

內(nèi)核initcall_module并行

initcall有很多等級，但比較耗時的是module。

如果是多核，可以考慮將module_initcall并行執(zhí)行來節(jié)省時間。

目前內(nèi)核do_initcalls是一個一個按照順序來執(zhí)行，可以修改成新建內(nèi)核線程來執(zhí)行

減少pty/tty個數(shù)

加入initcall打印之后，發(fā)現(xiàn)pty/tty init耗時很多，可減少個數(shù)來縮短init時間。

initcall pty_init+0x0/0x3c4 returned 0 after 239627 usecs
initcall chr_dev_init+0x0/0xdc returned 0 after 36581 usecs

登錄后復制

內(nèi)核module

只把必須要加進內(nèi)核的才編譯進內(nèi)核，其他的編譯成模塊。

例如將必要的clock、tty、pinctrl等編譯進內(nèi)核

三、其他優(yōu)化

uboot

如果是RISC-V架構，可以考慮去掉uboot。

XIP

xip：eXecute In Place。即芯片內(nèi)執(zhí)行，是指CPU直接從存儲器中讀取程序代碼執(zhí)行，而不用再讀到內(nèi)存中。

一般我們的程序都是放到flash中，系統(tǒng)啟動時，把程序從flash拷貝到ddr中執(zhí)行，而xip技術則不需要拷貝程序到ddr，所以速度會很快。

這項技術是必須要芯片支持才行，可以看看芯片手冊中對SPI的描述是否支持XIP功能。

四、總結

以上對系統(tǒng)啟動速度的優(yōu)化，歸根結底是提供一些思路、一些方法。

要優(yōu)化啟動速度，通常來說需要對整個系統(tǒng)的啟動有比較深入的了解。

優(yōu)化無止境，需要根據(jù)目標來進行優(yōu)化，綜合考慮啟動速度和效果。