Linux启动速度优化方法总结

news2024/12/22 15:59:24

文章目录

    • 一、启动耗时统计
      • printk time
      • initcall_debug
      • bootgraph
      • bootchart
      • gpio+示波器
    • 二、内核优化方法
      • kernel压缩方式
      • 加载位置
      • 内核裁剪
      • 预设置lpj数值
      • initcall优化
      • 内核initcall_module并行
      • 减少pty/tty个数
      • 内核module
    • 三、其他优化
      • uboot
      • XIP
    • 四、总结

要对Linux系统启动速度进行优化,首先要知道如何统计系统启动的时间。

下面介绍几种统计内核启动耗时的方法,以及对内核启动速度优化的几个方法。

一、启动耗时统计


printk time

打开kernel配置:

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

打开后,每个printk的前面都会显示时间戳

主要用来测量内核启动过程各个阶段的耗时

initcall_debug

众所周知,kernel启动时会执行不同等级的initcall,而每个initcall的耗时也是可以统计的。

kernelcmdline中加入参数initcall_debug=1

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

开启后,就能打印每个initcall函数调用及耗时。

bootgraph

内核自带了一个工具用于统计启动时间:scripts/bootgraph.pl

使用该工具需要打开内核配置CONFIG_PRINTK_TIME=y,并且在cmdline中加上"initcall_debug=1"

系统启动之后,执行命令:

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

用浏览器查看out.svg文件,可以看到内核启动过程中各个阶段的耗时。

这个工具有点类似于perf的火焰图,可以统计启动各阶段的耗时。

bootchart

除了内核自带的工具,也有开源的工具可用:bootchart

bootchart是一个用于linux启动过程性能分析的开源软件工具,在系统启动过程自动收集CPU占用率、进程等信息,并以图形方式显示分析结果,可用作指导优化系统启动过程。

  • 修改kernel cmdline。将其中的init修改为“init=/sbin/bootchartd”。
  • 收集信息。bootchartd会从/proc/stat/proc/diskstat/proc/[pid]/stat中采集信息,经过处理后保存为bootchart.tgz文件
  • 转换图片。在pc上通过pybootchartgui.py工具将bootchart.tgz转换为bootchart.png,方便分析

最后也会成图片供做分析,例如:

在这里插入图片描述

bootchar主要用来测量挂载文件系统到主应用程序启动过程中的耗时

gpio+示波器

可以找一个在系统启动过程中空闲的GPIO,在适当位置设置GPIO电平。

通过示波器抓取波形可以得到各阶段耗时。

通常该方法被用来测量整个启动的耗时,或者各阶段的耗时,该方法也是用的比较多的。

二、内核优化方法


kernel压缩方式

kernel有不同的压缩格式,常见的如gzxzlzma等。

不同的压缩格式,解压速度就不同,通过比较不同压缩方式的启动时间和flash占用情况,选择一种符合实际情况的,以此进行优化。

加载位置

内核镜像可以由kernel自解压,也可以由uboot进行解压。

对于kernel自解压的情况,如果压缩过的kernel与解压后的kernel地址冲突,则会先把自己复制到安全的地方,然后再解压,防止自我覆盖。这就需要耗费复制的时间。

即把加载地址运行地址设置为不同地址,可以减少耗时。

内核裁剪

裁剪内核是必要的,如果内核镜像太大,那么解压内核就需要很长时间,所以内核要尽量裁剪。

裁剪内核,可以减少解压耗时。初始化内容少了,也会减少耗时。

因此裁剪内核时,要考虑将不需要的功能都去掉。

预设置lpj数值

LPJ也就是loops_per_jiffy,每次启动都会计算一次,但如果没有做修改的话,这个值每次启动算出来都是一样的,可以直接提供数值跳过计算。

如下log所示,有skippedlpjtimer计算得来,不需要再校准calibrate了。

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

如果没有skipped,则可以在cmdline中添加lpj=xxx进行预设

initcall优化

如前面提到initcall耗时是可以打印出来的,在cmdline中设置initcall_debug=1,即可打印跟踪所有内核初始化过程中调用的顺序以及耗时。

[ 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

根据打印信息,可以对耗时较多的initcall进行优化。

内核initcall_module并行

initcall有很多等级,但比较耗时的是module

如果是多核,可以考虑将module_initcall并行执行来节省时间。

目前内核do_initcalls是一个一个按照顺序来执行,可以修改成新建内核线程来执行

减少pty/tty个数

加入initcall打印之后,发现pty/tty init耗时很多,可减少个数来缩短init时间。

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

内核module

只把必须要加进内核的才编译进内核,其他的编译成模块。

例如将必要的clockttypinctrl等编译进内核

三、其他优化


uboot

如果是RISC-V架构,可以考虑去掉uboot

XIP

xip:eXecute In Place。即芯片内执行,是指CPU直接从存储器中读取程序代码执行,而不用再读到内存中。

一般我们的程序都是放到flash中,系统启动时,把程序从flash拷贝到ddr中执行,而xip技术则不需要拷贝程序到ddr,所以速度会很快。这项技术是必须要芯片支持才行,可以看看芯片手册中对SPI的描述是否支持XIP功能。

四、总结


以上对系统启动速度的优化,归根结底是提供一些思路、一些方法。

要优化启动速度,通常来说需要对整个系统的启动有比较深入的了解

优化无止境,需要根据目标来进行优化,综合考虑启动速度和效果。

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