Android Bootloader：如何提高系统启动速度

一、优化启动时间

启动时间是影响用户体验的重要指标之一，优化启动时间可以让用户更快地进入操作系统。对于Android系统而言，他的启动顺序是：bootloader -> kernel -> init -> zygote -> launcher。

提升Android系统启动速度，我们可以从以下几个方面入手：

1、优化bootloader的启动时间

if (mode != fastboot) {
    avb_result_t load_result = avb_slot_verify(slot, AVB_SLOT_VERIFY_FLAGS_NONE, &loaded_partitions);
    if (load_result != AVB_SLOT_VERIFY_RESULT_OK) {
        bootloader_error("Public key for verifying %s did not validate images!\n",
                         slot_suffix);
        continue;
    }
}

bootloader阶段的启动时间占总启动时间的比例较小，但是它对整个启动过程进行了重要的准备工作。优化bootloader可以从如何加载kernel以及如何初始化设备等方面进行优化。

2、优化kernel的启动时间

int init(void *handle)
{
...
    while (1) {
        init_time.start_time = gettime();
        ci = console_cmdline_init(handle);
        init_time.cmdline_time = time_diff_us(init_time.start_time, gettime());

        init_time.start_time = gettime();
        err = boot_linux_kernel(ci);
        init_time.kernel_time = time_diff_us(init_time.start_time, gettime());

        printf("kernel boot time = %lluus\n\n", init_time.kernel_time);

        if (err >= 0)
            printf("\nerror: kernel %d returned error %d\n\n", curr_slot.slot_number, err);

        free(ci);
    }
}

kernel初始化进程是整个启动过程中占用时间最长的环节，若要优化系统启动时间，优化kernel的启动时间是关键。优化kernel的启动时间可以通过减少内核初始化时的处理和检测，提高kernel的启动效率，从而减少整个系统的启动时间。

3、优化init进程的启动时间

int main(int argc, char *argv[]) {
...
    if (init_parse_cmdline()) {
        panic("Failed to parse kernel command line");
    }

    property_init();
    export_oem_lock_status();
    selinux_initialize();
    signal_init();
    time_init();
    subcontext_init();
    option_init();
    set_usb_controller();
    device_init();

    if (mount_devices()) {
        panic("Failed to mount specified partitions");
    }

    healthd_mode_init();
...
}

init进程启动时间时间也很长，而init进程主要完成的任务就是进行系统初始化以及启动第一个进程zygote，提高init进程启动速度也可以通过减少处理和检测的方式提高启动效率。

二、降低系统启动时间

降低系统启动时间也是提高用户体验的重要手段。我们可以从下面的几个方面入手：

1、减少启动服务的数量

$count = 0
while [ $count -le 5 ]; do
    stop conman
    sleep 2
    setprop persist.service.bdroid.bdaddr 22:33:44:55:66:78
    start conman
    sleep 2
    ps -eo cmd | grep "bluetoothd --hci" | grep -v grep > /dev/null
    if [ $? -eq 0 ]; then
        count=$[$count+1]
    else
        count=0
    fi
done

启动服务的数量对于系统的启动时间有着显著的影响，启动服务过多会导致系统启动时间变长，因此我们可以通过减少启动服务的数量来降低系统启动时间。

2、优化启动服务的顺序

class NfcService extends INfcService.Stub {
    public NfcService(Context context) {
        mContext = context;
        mNfcAdapterFactory = new NfcAdapterVendorAdapterFactory(mContext);
        mTagLifecycleAdapter = new TagLifecycleAdapter(mContext);
        mBeamShareActivityInfoAdapter = null;
    }
}

启动服务的顺序也会影响到系统的启动速度，因此我们可以通过优化启动服务的顺序来提高系统的启动速度。

3、减少文件读写量

if (!fd || (type == INPUT_BOOL && fscanf(fd, "%d", &value) != 1) ||
    (type == INPUT_EVENT && fscanf(fd, "%d %d %d", &type, &code, &value) != 3) ||
    fscanf(fd, "%*[^\n]\n") != 0) {
    ALOGE("%s: could not read from event fd, %s", __func__, strerror(errno));
    fclose(fd);
    return;
}

在启动过程中，文件读写量也会影响整体启动速度，因此，我们可以通过减少文件读写量的方式来降低系统的启动时间。

三、启用缓存来加速启动

1、通过缓存kernel来加速启动

bootimg = malloc(sizeof(*bootimg));
if (!bootimg) die("out of memory");

bootimg = mkbootimg(bootimg,
                    cmdlinelen ? cmd + strlen(BOOTIMG_DEFAULT_KERNEL_ARGS) + 1 : cmd,
                    cmdlinelen ? cmd : "",
                    base, pagesize, tag,
                    dtb, hdr->second_size,
                    &image_start, &image_size);

通过缓存kernel可以大幅提高下次启动的速度，当系统下一次启动时，bootloader会读取缓存中的kernel，从而使启动速度变得更快。

2、通过缓存页面来加速启动

total_size = cache_file_max_size(cache_dir, CACHE_DATA_FILENAME);
    if (total_size == -1) {
        return 0;
    }

    dev = device_create(ctx);
    if (!dev) {
        fprintf(stderr, "create device failed: %s\n", strerror(errno));
        return 0;
    }

    cache_device = *(const struct fastboot_device*)dev->vtable;
    cache_device.cookie = &cache_device;
    cache_device.transport = &cache_transport_vtab;

Android系统中还有一种叫做system-cache的优化方案，可以通过缓存页面来加速启动，启用缓存之后，下一次启动将会从缓存中读取页面，而不是直接从磁盘读取。系统启动时间会因此缩短。

3、通过缓存APK来加速启动

layoutIfNeeded();

    GeneratedStub.stub().value = context.getResources().getBoolean(R.bool.is_generator_installed);
    GeneratedStub.stub().value = false;

    mAppsOrderedByLaunch = loadAllAppsByBatch( pm );
    if (mAppsOrderedByLaunch == null) {
        mAllAppsLoaded = false;
        if (mIconCache != null) {
            mIconCache.flush();
        }
    }

缓存APK是一种用于加速系统启动的有效手段。系统会在启动时缓存需要的APK文件，这样下次启动时，APK文件就可以直接从缓存中加载，而不是重新从磁盘读取，从而加速系统的启动。