Android Bootloader：如何提高系統啟動速度

一、優化啟動時間

啟動時間是影響用戶體驗的重要指標之一，優化啟動時間可以讓用戶更快地進入操作系統。對於Android系統而言，他的啟動順序是：bootloader -> kernel -> init -> zygote -> launcher。

提升Android系統啟動速度，我們可以從以下幾個方面入手：

1、優化bootloader的啟動時間

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階段的啟動時間佔總啟動時間的比例較小，但是它對整個啟動過程進行了重要的準備工作。優化bootloader可以從如何載入kernel以及如何初始化設備等方面進行優化。

2、優化kernel的啟動時間

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初始化進程是整個啟動過程中佔用時間最長的環節，若要優化系統啟動時間，優化kernel的啟動時間是關鍵。優化kernel的啟動時間可以通過減少內核初始化時的處理和檢測，提高kernel的啟動效率，從而減少整個系統的啟動時間。

3、優化init進程的啟動時間

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進程啟動時間時間也很長，而init進程主要完成的任務就是進行系統初始化以及啟動第一個進程zygote，提高init進程啟動速度也可以通過減少處理和檢測的方式提高啟動效率。

二、降低系統啟動時間

降低系統啟動時間也是提高用戶體驗的重要手段。我們可以從下面的幾個方面入手：

1、減少啟動服務的數量

$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

啟動服務的數量對於系統的啟動時間有著顯著的影響，啟動服務過多會導致系統啟動時間變長，因此我們可以通過減少啟動服務的數量來降低系統啟動時間。

2、優化啟動服務的順序

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

啟動服務的順序也會影響到系統的啟動速度，因此我們可以通過優化啟動服務的順序來提高系統的啟動速度。

3、減少文件讀寫量

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;
}

在啟動過程中，文件讀寫量也會影響整體啟動速度，因此，我們可以通過減少文件讀寫量的方式來降低系統的啟動時間。

三、啟用緩存來加速啟動

1、通過緩存kernel來加速啟動

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);

通過緩存kernel可以大幅提高下次啟動的速度，當系統下一次啟動時，bootloader會讀取緩存中的kernel，從而使啟動速度變得更快。

2、通過緩存頁面來加速啟動

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系統中還有一種叫做system-cache的優化方案，可以通過緩存頁面來加速啟動，啟用緩存之後，下一次啟動將會從緩存中讀取頁面，而不是直接從磁碟讀取。系統啟動時間會因此縮短。

3、通過緩存APK來加速啟動

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();
        }
    }

緩存APK是一種用於加速系統啟動的有效手段。系統會在啟動時緩存需要的APK文件，這樣下次啟動時，APK文件就可以直接從緩存中載入，而不是重新從磁碟讀取，從而加速系統的啟動。