Android启动时间优化大全

1 修改Android mksh默认的列长度

不修改这个参数，adb shell后，输入超过80个字符，就不能看到完整的命令行。

external/mksh/src/sh.h

EXTERN mksh_ari_t x_cols E_INIT(80);

EXTERN mksh_ari_t x_lins E_INIT(24);

2 Kernel优化

2.1 内核驱动模块化

将内核中尽可能多的驱动模块化，写一个负责insmod的shell脚本，开机时作为服务运行，可以大大减少内核启动的时间。同时由于init后是多任务运行，脚本服务对init启动其它服务的延时可以忽略不计。

注意insmod是阻塞调用，所以直接在init.rc脚本中调用，还是会加长启动时间，所以需要insmod的模块统一放到一个脚本服务中。

BoardConfig.mk

BOARD_VENDOR_KERNEL_MODULES

BOARD_RECOVERY_KERNEL_MODULES

2.2 提升console串口的波特率

2.3 printk

2.3.1 实现原理

printk的实现原理很简单，在有了日志消息后，首先申请控制台的信号量，如果申请到，则调用控制台写方法，写控制台。

在内核源码树的kernel/printk.c中，使用宏DECLARE_MUTEX声明了一个互斥锁console_sem，他用于保护console驱动列表console_drivers及同步对整个console驱动系统的访问。其中定义了函数acquire_console_sem来获得互斥锁console_sem，定义了release_console_sem来释放互斥锁console_sem，定义了函数try_acquire_console_sem来尽力得到互斥锁console_sem。这三个函数实际上是分别对函数down，up和down_trylock的简单包装。需要访问console_drivers驱动列表时就需要使用acquire_console_sem来保护console_drivers列表，当访问完该列表后，就调用release_console_sem释放信号量console_sem。函数console_unblank，console_device，console_stop，console_start，register_console 和unregister_console都需要访问console_drivers，因此他们都使用函数对acquire_console_sem和release_console_sem来对console_drivers进行保护。

调试console_sem时，需要打开宏CONFIG_DEBUG_SPINLOCK以跟踪owner字段。

关闭Kernel Log，通过bootchart.png可以看到启动init进程的时间明显提前，可以加快启动速度。

kernel/printk.c

int console_printk[4] = {

DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,

DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL,

MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL,

DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,

};

改为

int console_printk[4] = {

0, //DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,

0, //DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL,

0, //MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL,

0, //DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,

};

这四个值对应到路径proc/sys/kernel/printk，当printk()没有指定消息级别时，就采用DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL（对应到KERN_WARNING = 4）。

echo "8 8 8 8" > /proc/sys/kernel/printk

• 第一个"8"表示内核打印函数printk的打印级别

2.3.2 pr_debug动态log

CONFIG_DEBUG_FS=y

CONFIG_DYNAMIC_DEBUG=y

echo "file my_drv.c +p" > \

/sys/kernel/debug/dynamic_debug/control

2.3.3 kernel调试时打开所有log

BOARD_KERNEL_CMDLINE += ignore_loglevel

动态修改：

echo 0 > \

/sys/module/printk/parameters/ignore_loglevel

echo 1 > \

/sys/module/printk/parameters/ignore_loglevel

2.4 调试驱动probe耗时

BoardConfig.mk

BOARD_KERNEL_CMDLINE += \

initcall_debug ignore_loglevel

3 Android init进程

3.1 init

stage1: device tree

stage2: fstab

3.2 Sections Loading Sequence

on early-init

wait_for_coldboot_done()

on init

on early-fs

on fs

on post-fs

on post-fs-data

on early-boot

on boot

3.3 init Log机制

无论init代码架构如何变化，init进程的log始终是通过/dev/kmsg输出。

android::base::InitLogging(argv,

&android::base::KernelLogger);

LOG：普通的流式

PLOG：普通的流式，但是可以打印错误，类似于Linux的perror()

3.4 自定义kmsg函数

#include <sys/stat.h>

#include <sys/types.h>

#include <stdarg.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

static void kmsg(const char *fmt, ...)

{

char buf[512] = {0};

va_list ap;

int n, flags;

static int fd = 0;

va_start(ap,fmt);

n = vsnprintf(buf, 511, fmt, ap);

va_end(ap);

if (fd <= 0) {

fd = open("/dev/kmsg", O_RDWR);

if (fd > 0) {

// 必须加，否则init fork zygote后，

// 该描述符会被zygote继承，

// 导致zygote异常，不断重启

flags = fcntl(fd, F_GETFD);

flags |= FD_CLOEXEC;

fcntl(fd, F_SETFD, flags);

}

}

if ((fd > 0) && (n > 0)) {

write(fd, buf, n);

}

}

如果往/dev/kmsg中写log，通过dmesg几乎看不到log，加上如下的配置可以解决该问题。

BoardConfig.mk

BOARD_KERNEL_CMDLINE += \

printk.devkmsg=on

该配置用在如下的代码中：

kernel/printk/printk.c

devkmsg_write()

4 IO

4.1 CPU手动调频

/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

Foreground：Tasks run all cores

Background：Tasks run little cores

System-background：Tasks run all little cores for system processes that shouldn't run on big cores

TOP-APP：Tasks run all cores big cores

​

4.2 eMMC5.1速度调试

Read my blog "Flash闪存技术"。

4.3 IO调度Tunning

IO调度算法种类：cfq、deadline、noop（No Operation，电梯调度算法）

4.3.1 方法1

@ init.rc

on late-fs

boot time fs tune for UFS, change sda for eMMC

write /sys/block/sda/queue/iostats 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

write /sys/block/dm-0/queue/read_ahead_kb 512

write /sys/block/dm-1/queue/read_ahead_kb 512

write /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb 128

write /sys/block/sda/queue/nr_requests 128

更好的方法是用（与上面的方法互斥）：ioprio rt <value>

添加方法如下：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

...

nice的取值范围从-20到+19，-20优先级最高，+19最低

priority -20

范围从0到7，数字越小ioprio real-time优先级越高

ioprio rt 2

...

Read my blog "Linux Containers知识点"。

4.3.2 方法2

ionice可以用来调整特定进程的ioprio。

0 - none, 1 - Realtime, 2 - Best-effort, 3 - idle

SYS_ioprio_get

SYS_ioprio_set

5 Framework优化

5.1 设置log等级

/data/local.prop

setprop log.tag.<tagname> VERBOSE

setprop persist.log.tag.<tagname> VERBOSE

5.2 Android虚拟按键编码头文件

frameworks/native/include/android/keycodes.h

5.3 Zygote

5.3.1 Preface

frameworks/base/cmds/app_process

frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp - LOG_BOOT_PROGRESS_START

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

当64位zygote启动时，它会从/data/dalvik-cache/arm64/system@framework@boot*.{art,oat,vdex}加载代码，这些被加载的jar包由环境变量BOOTCLASSPATH指定。

测试zygote c++时间：

#include<utils/SystemClock.h>

uptimeMillis()

5.3.2 preloaded-classes

frameworks/base/preloaded-classes

frameworks/base/tools/preload/WritePreloadedClassFile.java

frameworks/base/tools/preload/Compile.java

以上2个文件的修改，需要重新生成preload.jar

mmm frameworks/base/tools/preload/

产生文件out/host/linux-x86/framework/preload.jar

重新生成preloaded-classes文件

rm frameworks/base/preloaded-classes

rm out/target/product/<ppp>/system/etc/preloaded-classes

java -Xss512M -cp out/host/linux-x86/framework/preload.jar WritePreloadedClassFile frameworks/base/tools/preload/20100223.compiled

make systemimage -j8

5.3.3 framework-res.apk

on post-fs-data

exec [ <seclabel> [ <user> [ <group> ]* ]] -- <command> [ <argument> ]*

exec u:r:init:s0 -- /system/bin/cat /system/framework/framework-res.apk > /dev/null

or

service preload_res /system/bin/cat /system/framework/framework-res.apk > /dev/null

class core

user root

加seclabel是为了避免写cat.te文件，可以快速测试，最终提交版本是需要写cat.te的

seclabel u:r:init:s0

oneshot

disabled

on post-fs-data

start preload_res

5.3.4 多线程做preload优化

new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

// TODO, call preload();

}

}).start();

5.4 system_server

5.4.1 PMS包扫描

scanDirLI() ：scanDir Lock mInstallLock

/system/app

/system/framework

/data/app

/data/app-private

Android 8.0后存储管理类是StorageManagerService.java

5.4.2 Pre-optimization

Android第一次开机后会进行dex2oat操作。

5.4.3 enableScreenAfterBoot

@ ActivityManagerService.java

enableScreenAfterBoot()

• >

@ WindowManagerService.java

enableScreenAfterBoot()

• >

mPolicy.systemBooted() - 在PhoneWindowManager.java（PWM）中

->

performEnableScreen()

• >

checkWaitingForWindows() - 系统将检查目前所有的window是否画完，如果所有的window（包括keyguard、wallpaper和launcher等）都已经画好，系统会设置属性service.bootanim.exit值为1，退出动画。

查看当前top窗口：

findFocusedWindow()

adb shell dumpsys window windows | grep mCurrent

adb shell pm path <package name>

5.5 查看系统安装的所有APK

pm list packages

5.6 settings数据库读写

settings list system

settings put system screen_brightness 50

6 进程调试

6.1 Android性能分析工具汇总

top

free -m

procrank

vmstat 1

pidstat -w 1

mpstat -P ALL 3

iostat

logcat -b events | grep am_crash

logcat | grep died

https://github.com/zhenggaobing/pidstat

6.2 busybox

https://busybox.net/downloads/binaries/1.28.1-defconfig-multiarch/

查看进程树

busybox pstree

show threads

busybox ps -T

busybox top -H

6.3 Linux signal

查看Linux支持的signal：kill -l

6.4 Linux swap分区的使用

/dev/block/zram0

procrank

free -m

6.5 strace zygote

修改init进程

@ system/core/init/service.cpp

static void trace_zygote64(pid_t pid)

{

char pid_str[16] = {0};

if (fork() == 0) {

snprintf(pid_str, 15, "%d", pid);

execl("/system/xbin/strace",

"strace",

"-p", pid_str,

/*"-e", "trace=open,read,write,ioctl",*/

"-o", "/dev/z_tr.log",

"-s", "128",

"-tt", "-T", "-x", NULL);

}

}

将该函数放在创建zygote的地方。

z_tr.log中有具体时间，与logcat -b events | grep boot_progress抓取的log的关键事件时间戳进行对比，找出问题。

6.6 strace监视文件读写

抓取unix domain socket数据的读写 - 类似于tcpdump抓取网络数据包

strace -e read=7 -e write=7 -p 1

PID为1的进程中，dump出所有对fd = 7的读写数据

7 时间测量方法

7.1 bootchart源码下载编译

http://www.bootchart.org/download.html

在Linux桌面机器上：

apt-get install ant

解压下载的bootchart源代码，在bootchart源代码目录下执行ant，结束后，产生bootchart.jar，可以在Linux上分析，也可以将该jar包拷贝到Windows上。

7.2 如何使用bootchart

Android的bootchart时间轴是从kernel启动的时间点开始计算的，这个可以根据生成的bootchart.png和kernel msg得出结论。

echo 1 > /data/bootchart/enabled

重启手机

logs under /data/bootchart

cd /data/bootchart

busybox tar zcvf bootchart.tgz header kernel_pacct proc_diskstats.log proc_ps.log proc_stat.log

adb pull /data/bootchart/bootchart.tgz .

java -jar bootchart.jar .\bootchart.tgz

7.3 比较修改

system/core/init/compare-bootcharts.py

将2次生成的bootchart.tgz分别放到old_dir和new_dir中：

python compare-bootcharts.py old_dir new_dir

7.4 perfboot

system/core/init/perfboot.py

将system/core/init/perfboot.py和development/python-packages/adb文件夹拷贝到同一个目录下。需要注意的是，拷贝的是adb文件夹，不然perfboot.py中的import adb会报错。生成的.tsv文件使用excel打开。

python perfboot.py \

--iterations=2 \

--interval=30 -v \

--output=D:\data.tsv

等价于如下的命令：

adb logcat -b events | grep boot_progress

7.5 kernel启动时间分析

packages/services/Car/tools/bootanalyze/bootanalyze.py

packages/services/Car/tools/bootanalyze/config.yaml

7.6 获取Android各阶段的时间消耗

getprop | grep -i boottime

logcat | grep -i Timing

7.7 Android systrace使用

1. atrace.rc

打开默认关闭的trace开关

in frameworks/native/cmds/atrace/atrace.rc

• write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0

• #write /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 0

2. 附加配置

in device/<OEM>/common/common.mk

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \

debug.atrace.tags.enableflags=802922

in BoardConfig.mk

BOARD_KERNEL_CMDLINE += \

trace_buf_size=64M \

trace_event=sched_wakeup,\

sched_switch,sched_blocked_reason,\

sched_cpu_hotplug,block,ext4

3. 开机完成后结束纪录

项目的init.<PRODUCT>.rc文件加入如下修改，目的是结束trace记录。

on property:sys.boot_completed=1

write /d/tracing/tracing_on 0

write /d/tracing/events/ext4/enable 0

write /d/tracing/events/block/enable 0

4. 抓取log并分析

做完上述修改后编译烧录镜像文件，待开机结束后执行：

adb root

adb shell "cat /d/tracing/trace" > boot_trace

然后执行

python external/chromium-trace/systrace.py \

--from-file=boot_trace \

-o boot_trace.html

上述命令可以将trace log转成html文件，用浏览器打开即可。

8 Abbreviations

bzImage：big zImage

vmlinuz：virtual memory

ABS_MT_POSITION_X：Multi Touch

Android PMS LI、LIF、LPw、LPr：要想弄明白方法名中的LI、LIF、LPw、LPr的含义，需要先了解PackageManagerService内部使用的两个锁。因为LI、LIF、LPw、LPr中的L，指的是Lock，而后面跟的I和P指的是两个锁，I表示mInstallLock同步锁；P表示mPackages同步锁。LPw、LPr中的w表示writing，r表示reading。LIF中的F表示Freeze。

avb：Android Verified Boot，用dm-verify验证system分区的完整性，用在Android 8.0之后的fstab文件中

scanDirLI() ：scanDir Lock mInstallLock

APUE：əˈpju，Advanced Programming in the UNIX Environment

AT_FDCWD：File Descriptor Current Working Directory

bail out：跳伞

BLCR：BerkeleyLab Checkpoint/Restart

FRP：Factory Reset Protection

Intercept：API拦截，通信拦截

Linux dd命令：if表示input file，of表示output file，bs表示block size

Linux EPROTO：表示USB bitstuff出现了错误，眼图有问题

lmkd：Low Memory Killer Daemon

lsof：list open files

MIDR：ARM Main ID Register

MPIDR：ARM MultiProcessor ID Register

PPID：Parent Process ID（Linux ps命令可以看到），MFi：Product Plan ID

PuTTY：ˈpʌti

RA：Linux blockdev read ahead

Slog.wtf：what a terrible failure