Linux启动时间优化实战，2。41秒启动应用

　　劳动节，更个文吧，祝大家都劳有所获。
　　今天看了一个关于启动优化的讲座，简单总结一下。
　　本文的目标是尝试一些比较简单有效的方法，并不会覆盖所有的优化技巧。感兴趣的伙伴可以关注我视频号，后面准备用直播的方式和大家交流。
　　目标系统
　　硬件：
　　BeagleBoneBlack（CortexA8）
　　USB摄像头LCD
　　软件：
　　Linux5。1Buildrootrootfs
　　FFmpeg，用于采集视频并解码到LCD。
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　　当前启动时间：
　　从上电到LCD显示第一帧图像：9。45秒
　　1、优化编译器
　　ARMvsThumb2
　　比较基于ARM或者Thumb2指令集编译出来的系统和应用。
　　ARM：rootfs为3。79MB，ffmpeg为227KB。
　　Thumb2：3。10MB（18），183KB（19）。
　　性能方面：Thumb2的性能明显略有提升（约小于5）。
　　虽然性能有所提升，但是我个人还是会选择ARM指令集。
　　muslvsuClibc
　　Buildroot里有3种C库可以选择：glibc、musl、uClibc，这里我们只比较后面2种比较小巧的库。
　　musl：680KB（统计lib目录）。
　　uClibc：570KB（16）。
　　uClibc节省了110KB，我们选择uClibc。
　　2、优化应用程序
　　我们可以通过。configure对FFmpeg的功能组件进行选择。
　　另外，还可以用strace和perf命令调试以优化FFmpeg的内部d代码。
　　优化后的结果：
　　文件系统：从16。11MB缩小到3。54MB（78）。
　　程序的加载和运行时间：缩短150ms。
　　整体启动时间：缩短350ms。
　　在空间的优化很大，但是在启动时间上的优化很小，这是因为Linux运行程序时只加载程序的必要部分。
　　3、优化Init和根文件系统
　　思路：
　　使用bootchartd分析系统启动并裁剪不必要的服务。
　　将etcinit。d下的启动脚本合并为一个。
　　不挂载proc和sys。
　　裁剪BusyBox，文件系统越小，内核挂载可能会越快。
　　将Init程序替换成我们的应用程序。
　　静态编译应用程序。
　　裁剪掉不常用的文件，找出长时间不访问的文件：findatime1000typef
　　优化后的结果：
　　文件系统：裁剪Busybox后，从3。54MB缩小到2。33MB（34）。
　　启动时间：基本没改变，大概是因为文件系统本身就足够小了。
　　使用initramfs作为rootfs：
　　一般情况下，Linux系统会先挂载initramfs，initramfs很小且位于内存中，再由initramfs负责负载根文件系统。
　　当我们将Buildrootrootfs裁剪得很小时，就可以考虑直接将其作为initramfs使用。
　　这样有什么好处呢？
　　initramfs可以和Kernel拼接在一起，Bootloader负责将Kernelinitramfs加载到内存中，内核不再需要访问磁盘。
　　内核不再需要blockstorage和filesystem相关的功能，体积会变得更小，加载时间和初始化时间都会变小。
　　注意，需要关闭initramfs的压缩（CONFIGINITRAMFSCOMPRESSIONNONE）。
　　优化后的结果：
　　即便禁用了CONFIGBLOCK和CONFIGMMC后，总启动时间仍多了20ms。这可能是因为Kernelinitramfs拼在一起之后，内核变大了许多，而内核镜像是需要解压，解压的时间增多了。
　　4、优化内核
　　评估方法：
　　在启动参数里添加initcalldebug，能得到更多内核log：〔3。750000〕callingov2640i2cdriverinit0x00x101
　　〔3。760000〕initcallov2640i2cdriverinit0x00x10returned0after544usecs
　　〔3。760000〕callingat91sam9x5videoinit0x00x141
　　〔3。760000〕at91sam9x5videof0030340。lcdheo1：videodeviceregistered0xe0d3e340，irq24
　　〔3。770000〕initcallat91sam9x5videoinit0x00x14returned0after10388usecs
　　〔3。770000〕callinggspcainit0x00x181
　　〔3。770000〕gspcamain：v2。14。0registered
　　〔3。770000〕initcallgspcainit0x00x18returned0after3966usecs
　　。。。
　　另外，可以用scriptsbootgraph。pl将dmesg的信息转换成图片：scriptsbootgraph。plboot。logboot。svg
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　　接下来，找出消耗时间最多的环节，进行优化。
　　裁掉tracing
　　在Kernelhacking里关闭Tracers相关的功能。
　　启动时间：缩短550ms。
　　内核大小：缩小217KB。
　　裁掉一些用不上的硬件功能omap8250platformdriverinit（660ms）
　　cpswdriverinit（112ms）
　　am335xchildinit（82ms）
　　。。。
　　预设loopsperjiffy
　　在每次启动时，内核都会校准delayloop的值，用于udelay函数。
　　这会测量loopsperjiffy（lpj）的值。我们只需要启动一次内核，在log查找lpj值：Calibratingdelayloop。。。996。14BogoMIPS（lpj4980736）
　　然后将lpj4980736填写到启动参数中，即可：Calibratingdelayloop（skipped）presetvalue。。996。14BogoMIPS（lpj4980736）
　　大约缩短了82ms。
　　禁用CONFIGSMP
　　SMP的初始化很慢。它通常在默认配置中是启用的，即使是一个单核CPU。
　　如果我们的平台是单核的，可以禁用SMP。
　　关闭后，内核缩小：188KB（4。6），启动时间缩短126ms。
　　禁用log
　　启动参数里添加quiet，启动时间缩短577ms。
　　禁用CONFIGPRINTK和CONFIGBUG后，内核缩小118KB（5。8）。
　　禁用CONFIGKALLSYMS后，内核缩小107KB（5。7）。
　　合计，启动时间缩短767ms。
　　开启CONFIGEMBEDDED和CONFIGEXPERT
　　这会让系统调用变得更精简，内核会变得没那么通用，但是能保持你的应用程序能运行就足够了。
　　内核缩小51KB。
　　启动时间缩短34ms。
　　选择SLABmemoryallocators
　　一般是SLAB、SLOB、SLUB三选一。
　　SLAB：默认选择，最通用、最传统、最可靠。
　　SLOB：更简洁，代码量更少，更节省空间，适合嵌入式系统，使能后，内核缩小5KB，但是启动时间增加1。43S！
　　SLUB：更合适大型系统，使能后，启动时间增加2ms。
　　因此，我们仍使用SLAB。
　　内核压缩方式
　　不同压缩方式的特点如下：
　　实测效果：
　　看起来，gzip和lzo表现更好。测试的效果应该是和CPU磁盘的性能相关的。
　　内核编译参数
　　使能CONFIGCCOPTIMIZEFORSIZE，该选项可能是用gccOs代替gccO2。
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　　注意，这只是在BeagleBoneBlackLinux5。1上的测试结果，不同平台之间有差异。
　　禁用proc等伪文件系统
　　要考虑应用的兼容性。
　　ffmpeg依赖proc，所以只能关闭一些proc相关的选项：CONFIGPROCSYSCTL、CONFIGPROCPAGEMONITORCONFIGCONFIGFSFS，启动时间没有变化。
　　关闭sysfs，启动时间缩短35ms。
　　拼接DTB
　　启用CONFIGARMAPPENDEDDTB：catarcharmbootzImagearcharmbootdtsam335xboneblacklcd4。dtbzImage
　　setenvbootcmdfatloadmmc0：181000000zImage；bootz81000000
　　启动时间缩短26ms。
　　5、优化Bootloader
　　这里我们采用最好的方案：使用UbootFalconmode。
　　Falconmode只执行Uboot的第一阶段：SPL，然后跳过Stage2，执行加载Kernel。
　　启动时间缩短250ms。
　　总结
　　到此，启动优化基本完成，最终效果如下：〔0。0000000。000000〕
　　〔0。0007850。000785〕UBootSPL2019。01（Oct27201908：04：060100）
　　〔0。0578220。057822〕TryingtobootfromMMC1
　　〔0。3788780。321056〕fdtroot：FDTERRBADMAGIC
　　〔0。7753060。396428〕Waitingfordevvideo0tobeready。。。
　　〔1。9663671。191061〕Startingffmpeg
　　。。。
　　〔2。4122840。004277〕Firstframedecoded
　　从上电到LCD显示第一帧图像，总时间为2。41秒。
　　最有效果的步骤如下：
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　　仍值得优化的空间：
　　系统花了1。2秒等待USB摄像头的枚举，这里是否有办法加速？
　　是否可以关闭tty和终端登录？
　　最后，关于优化启动时间，有一些原则可以遵循：
　　请不要过早地进行优化。
　　从一些影响面最小的点开始优化。
　　从rootfs、kernel、bootloader自上而下进行优化。
　　重点关注短板。
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