android系统优化启动时间（Google官方推荐）
原文链接：https://source.android.com/devices/tech/perf/boot-times
本文档提供了有关改进特定 Android 设备的启动时间的合作伙伴指南。启动时间是系统性能的重要组成部分，因为用户必须等待启动完成后才能使用设备。对于较常进行冷启动的汽车等设备而言，较短的启动时间至关重要（没有人喜欢在等待几十秒后才能输入导航目的地）。
Android 8.0 支持一系列组件的多项改进，因而可以缩短启动时间。下表对这些性能改进（在 Google Pixel 和 Pixel XL 设备上测得）进行了总结。
| 组件 | 改进 |
|---|---|
| 引导加载程序 |
|
| 设备内核 |
|
| I/O 调整 |
|
| init.*.rc |
|
| 启动动画 |
|
| SELinux 政策 | 通过 genfscon 节省了 0.2 秒 |
优化引导加载程序
请遵循以下做法优化引导加载程序以缩短启动时间：
- 对于日志记录：
- 停止向 UART 写入日志，因为如果日志记录很多，可能需要很长时间来处理。（在 Google Pixel 设备上，我们发现这会使引导加载程序的速度减慢 1.5 秒）。
- 仅记录错误情况，并考虑将其他信息存储到具有单独检索机制的内存中。
- 对于内核解压缩，请考虑为当代硬件使用 LZ4 而非 GZIP（例如补丁程序）。请注意，不同的内核压缩选项具有不同的加载和解压缩时间，对于特定硬件，某些选项可能比其他选项更适合。
- 检查进入去抖动/特殊模式过程中是否有不必要的等待时间，并最大限度地减少此类时间。
- 将在引导加载程序中花费的启动时间以命令行的形式传递到内核。
- 检查 CPU 时钟并考虑内核加载和初始化 I/O 并行进行（需要多核支持）。
优化内核
请按照以下提示优化内核以缩短启动时间。
最大限度地减少设备 defconfig
最大限度地减少内核配置可以减小内核大小，从而更快速地进行加载、解压缩、初始化并缩小受攻击面。如需优化设备 defconfig，请执行以下操作：
- 识别未使用的驱动程序。查看
/dev和/sys目录，并查找带有常规 SELinux 标签的节点（这种标签表示相应节点未配置为可由用户空间访问）。如果找到此类节点，请将其移除。 - 取消设置未使用的配置。查看由内核版本生成的 .config 文件，以明确取消设置所有已默认启用但并未使用的配置。例如，我们从 Google Pixel 中移除了以下未使用的配置：
CONFIG_ANDROID_LOGGER=y CONFIG_IMX134=y CONFIG_IMX132=y CONFIG_OV9724=y CONFIG_OV5648=y CONFIG_GC0339=y CONFIG_OV8825=y CONFIG_OV8865=y CONFIG_s5k4e1=y CONFIG_OV12830=y CONFIG_USB_EHCI_HCD=y CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_FAST_SELFTEST=y CONFIG_IKCONFIG=y CONFIG_RD_BZIP2=y CONFIG_RD_LZMA=y CONFIG_TI_DRV2667=y CONFIG_CHR_DEV_SCH=y CONFIG_MMC=y CONFIG_MMC_PERF_PROFILING=y CONFIG_MMC_CLKGATE=y CONFIG_MMC_PARANOID_SD_INIT=y CONFIG_MMC_BLOCK_MINORS=32 CONFIG_MMC_TEST=y CONFIG_MMC_SDHCI=y CONFIG_MMC_SDHCI_PLTFM=y CONFIG_MMC_SDHCI_MSM=y CONFIG_MMC_SDHCI_MSM_ICE=y CONFIG_MMC_CQ_HCI=y CONFIG_MSDOS_FS=y # CONFIG_SYSFS_SYSCALL is not set CONFIG_EEPROM_AT24=y # CONFIG_INPUT_MOUSEDEV_PSAUX is not set CONFIG_INPUT_HBTP_INPUT=y # CONFIG_VGA_ARB is not set CONFIG_USB_MON=y CONFIG_USB_STORAGE_DATAFAB=y CONFIG_USB_STORAGE_FREECOM=y CONFIG_USB_STORAGE_ISD200=y CONFIG_USB_STORAGE_USBAT=y CONFIG_USB_STORAGE_SDDR09=y CONFIG_USB_STORAGE_SDDR55=y CONFIG_USB_STORAGE_JUMPSHOT=y CONFIG_USB_STORAGE_ALAUDA=y CONFIG_USB_STORAGE_KARMA=y CONFIG_USB_STORAGE_CYPRESS_ATACB=y CONFIG_SW_SYNC_USER=y CONFIG_SEEMP_CORE=y CONFIG_MSM_SMEM_LOGGING=y CONFIG_IOMMU_DEBUG=y CONFIG_IOMMU_DEBUG_TRACKING=y CONFIG_IOMMU_TESTS=y CONFIG_MOBICORE_DRIVER=y # CONFIG_DEBUG_PREEMPT is not set
- 移除导致每次启动时运行不必要测试的配置。虽然此类配置（即 CONFIG_IOMMU_IO_PGTABLE_FAST_SELFTEST）在开发过程中很有用，但应从正式版内核中移除。
最大限度地减小驱动程序大小
如果未使用相应功能，可以移除设备内核中的某些驱动程序，以便进一步减小内核大小。例如，如果 WLAN 通过 PCIe 连接，则不会用到 SDIO 支持，因此应在编译时将其移除。如需了解详情，请参阅 Google Pixel 内核：网络：无线：CNSS：添加选项以停用 SDIO 支持。
移除针对大小的编译器优化
移除 CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE 的内核配置。此标志是在最初假设较小的代码大小会产生热缓存命中（因此速度更快）时引入的。然而，随着现代移动 SoC 变得更加强大，这一假设不再成立。
此外，移除此标志可以使编译器针对未初始化的变量发出警告，当存在 CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE 标志时，这一功能在 Linux 内核中是停用的（仅这一项变更就已帮助我们在某些 Android 设备驱动程序中发现了很多有意义的错误）。
延迟初始化
很多进程都在设备启动期间启动，但只有关键路径 (bootloader > kernel > init > file system mount > zygote > system server) 中的组件才会直接影响启动时间。通过在内核启动期间剖析 initcall 来识别启动速度缓慢且对启动 init 进程不重要的外设/组件，然后通过将这些外设/组件移入可加载的内核模块将其延迟到启动过程的后期来启动。移入异步设备/驱动程序探测还有助于并行启动内核 > init 重要路径中启动速度缓慢的组件。
BoardConfig-common.mk: BOARD_KERNEL_CMDLINE += initcall_debug ignore_loglevel driver: .probe_type = PROBE_PREFER_ASYNCHRONOUS,
注意：必须添加 EPROBEDEFER 支持来妥善解决驱动程序依赖问题。
优化 I/O 效率
提高 I/O 效率对缩短启动时间来说至关重要，对任何不必要内容的读取都应推迟到启动之后再进行（在 Google Pixel 上，启动时大约要读取 1.2GB 的数据）。
调整文件系统
当从头开始读取某个文件或依序读取块时，预读的 Linux 内核便会启动，这就需要调整专门用于启动的 I/O 调度程序参数（与普通应用的工作负载特性不同）。
支持无缝 (A/B) 更新的设备在首次启动时会极大地受益于文件系统调整（例如，Google Pixel 的启动时间缩短了 20 秒）。例如，我们为 Google Pixel 调整了以下参数：
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
- 使用内核配置 DM_VERITY_HASH_PREFETCH_MIN_SIZE（默认大小为 128）来启用 dm-verity 哈希预提取大小。
- 为了提升文件系统稳定性及取消每次启动时的强制检查，请在 BoardConfig.mk 中设置 TARGET_USES_MKE2FS，以使用新的 ext4 生成工具。
分析 I/O
如需了解启动过程中的 I/O 活动，请使用内核 ftrace 数据（systrace 也使用这些数据）：
trace_event=block,ext4 in BOARD_KERNEL_CMDLINE
如需针对每个文件细分文件访问权限，请对内核进行以下更改（仅限开发版内核；请勿在正式版内核中应用这些更改）：
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-
使用以下脚本来帮助分析启动性能。
system/extras/boottime_tools/bootanalyze/bootanalyze.py：负责衡量启动时间，并详细分析启动过程中的重要步骤。system/extras/boottime_tools/io_analysis/check_file_read.py boot_trace：提供每个文件的访问信息。system/extras/boottime_tools/io_analysis/check_io_trace_all.py boot_trace 提供系统级细分信息。
优化 init.*.rc
Init 是从内核到框架建立之前的衔接过程，设备通常会在不同的 init 阶段花费几秒钟时间。
并行运行任务
虽然当前的 Android init 差不多算是一种单线程进程，但您仍然可以并行执行一些任务。
- 在 Shell 脚本服务中执行缓慢命令，然后通过等待特定属性，在稍后加入。Android 8.0 通过新的
wait_for_property 命令支持该用例。
- 识别 init 中的缓慢操作。系统会记录 init 命令 exec/wait_for_prop 或任何所需时间较长的操作（在 Android 8.0 中，指所需时间超过 50 毫秒的任何命令）。例如：
init: Command 'wait_for_coldboot_done' action=wait_for_coldboot_done returned 0 took 585.012ms
查看此日志可能会发现可以改进的机会。
- 启动服务并及早启用关键路径中的外围设备。例如，有些 SOC 需要先启动安全相关服务，然后再启动 SurfaceFlinger。在 ServiceManager 返回“wait for service”（等待服务）时查看系统日志 - 这通常表明必须先启动依赖服务。
- 移除 init.*.rc 中所有未使用的服务和命令。只要是早期阶段的 init 中没有使用的服务和命令，都应推迟到启动完成后再使用。
注意：“属性”服务是 init 进程的一部分，因此，在启动期间调用 setproperty 可能会导致较长时间的延迟（如果 init 忙于执行内置命令）。
使用调度程序调整
使用调度程序调整，以便及早启动设备。以下是取自 Google Pixel 的示例：
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
部分服务在启动过程中可能需要进行优先级提升。例如：
init.zygote64.rc:
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
priority -20
user root
...
及早启动 zygote
采用文件级加密的设备可以在 zygote-start 触发器的早期阶段启动 zygote（默认情况下，zygote 会在 main 类中启动，比 zygote-start 晚得多）。这样做时，请确保允许 zygote 在所有 CPU 中运行（因为错误的 cpuset 设置可能会强制 zygote 在特定 CPU 中运行）。
停用节电设置
在设备启动期间，可以停用 UFS 和/或 CPU 调节器等组件的节电设置。
请注意：为了提高效率，应在充电器模式下启用节电设置。
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/${ro.boot.bootdevice}/hibern8_on_idle_enable 1
write /sys/class/typec/port0/port_type sink
write /sys/module/lpm_levels/parameters/sleep_disabled N
推迟非关键初始化
非关键初始化（如 ZRAM）可以推迟到 boot_complete。
on property:sys.boot_completed=1
# Enable ZRAM on boot_complete
swapon_all /vendor/etc/fstab.${ro.hardware}
优化启动动画
请按照以下提示来优化启动动画。
配置为及早启动
Android 8.0 支持在装载 userdata 分区之前及早启动动画。然而，即使 Android 8.0 中使用了新的 ext4 工具链，系统也会出于安全原因定期触发 fsck，导致启动 bootanimation 服务时出现延迟。
为了使 bootanimation 及早启动，请将 fstab 装载分为以下两个阶段：
- 在早期阶段，仅装载不需要运行检查的分区（例如
system/ 和 vendor/），然后启动启动动画服务及其依赖项（例如 servicemanager 和 surfaceflinger）。
- 在第二个阶段，装载需要运行检查的分区（例如
data/）。
启动动画将会更快速地启动（且启动时间恒定），不受 fsck 影响。
干净利落地结束
在收到退出信号后，bootanimation 会播放最后一部分，而这一部分的长度会延长启动时间。快速启动的系统不需要很长的动画，如果启动动画很长，在很大程度上就体现不出所做的任何改进。我们建议缩短循环播放和结尾的时间。
优化 SELinux
请按照以下提示优化 SELinux 以缩短启动时间。
- 使用简洁的正则表达式 (regex)。在为
file_contexts 中的 sys/devices 匹配 SELinux 政策时，格式糟糕的正则表达式可能会导致大量开销。例如，正则表达式 /sys/devices/.*abc.*(/.*)? 错误地强制扫描包含“abc”的所有 /sys/devices 子目录，导致 /sys/devices/abc 和 /sys/devices/xyz/abc 都成为匹配项。如果将此正则表达式修正为 /sys/devices/[^/]*abc[^/]*(/.*)?，只有 /sys/devices/abc 会成为匹配项。
- 将标签移动到 genfscon。这一现有的 SELinux 功能会将文件匹配前缀传递到 SELinux 二进制文件的内核中，而内核会将这些前缀应用于内核生成的文件系统。这也有助于修复错误标记的内核创建的文件，从而防止用户空间进程之间可能出现的争用情况（试图在重新标记之前访问这些文件）。
工具和方法
请使用以下工具来帮助您收集用于优化目标的数据。
bootchart
bootchart 可为整个系统提供所有进程的 CPU 和 I/O 负载细分。该工具不需要重建系统映像，可以用作进入 systrace 之前的快速健全性检查。
如需启用 bootchart，请运行以下命令：
adb shell 'touch /data/bootchart/enabled'
adb reboot
在设备启动后，提取启动图表：
$ANDROID_BUILD_TOP/system/core/init/grab-bootchart.sh
完成后，请删除 /data/bootchart/enabled 以防止每次都收集日期数据。
Systrace
systrace 允许在启动期间收集内核和 Android 跟踪记录。systrace 的可视化可以帮助分析启动过程中的具体问题。（不过，如果要查看整个启动过程中的平均数量或累计数量，直接查看内核跟踪记录更为方便）。
如需在启动过程中启用 systrace，请执行以下操作：
这将启用跟踪功能（默认处于停用状态）。
如果是详细的 I/O 分析，还要添加块以及 ext4 和 f2fs。
- 在
frameworks/native/atrace/atrace.rc 中，将
write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0
更改为：
#write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0
- 在
device.mk 文件中，添加以下行：
PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += debug.atrace.tags.enableflags=802922
PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += persist.traced.enable=0
- 在设备
BoardConfig.mk 文件中，添加以下行：
BOARD_KERNEL_CMDLINE := ... trace_buf_size=64M trace_event=sched_wakeup,sched_switch,sched_blocked_reason,sched_cpu_hotplug
- 在设备专用的
init.rc 文件中，进行以下更改：
on property:sys.boot_completed=1（这会在启动完成后停止跟踪）write /d/tracing/tracing_on 0write /d/tracing/events/ext4/enable 0write /d/tracing/events/f2fs/enable 0write /d/tracing/events/block/enable 0
在设备启动后，提取跟踪记录：
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
注意：Chrome 无法处理过大的文件。请考虑使用 tail、head 或 grep 分割 boot_trace 文件，以获得必要的部分。由于事件过多，I/O 分析通常需要直接分析获取的 boot_trace。