Linux系統啟動時間優化方案

　　內核啟動總時間： 6.188s

　　關鍵的耗時部分：

　　1) 0.652s - Timer,IRQ,Cache,Mem Pages等核心部分的初始化

　　2) 0.611s - 內核與RTC時鐘同步

　　3) 0.328s - 計算Calibrating Delay(4個CPU核心的總消耗)

　　4) 0.144s - 校準APIC時鐘

　　5) 0.312s - 校準Migration Cost

　　6) 3.520s - Intel E1000網卡初始化

　　下面，將針對上述各部分進行逐一分析和化解。

　　(3)接下來，進行具體的分項優化。

　　CELF已經提出了一整套針對消費類電子產品所使用的嵌入式Linux的啟動優化方案，但是由于面向不同應用，所以我們只能部分借鑒他們的經驗，針對自己面對的問題作出具體的分析和嘗試。

　　內核關鍵部分(Timer、IRQ、Cache、Mem Pages……)的初始化目前暫時沒有比較可靠和可行的優化方案，所以暫不考慮。

　　對于上面分析結果中的 2、3 兩項，CELF已有專項的優化方案：“RTCNoSync”和“PresetLPJ”。

　　前者通過屏蔽啟動過程中所進行的RTC時鐘同步或者將這一過程放到啟動后進行(視具體應用對時鐘精度的需求而定)，實現起來比較容易，但需要為內核打補丁。似乎CELF目前的工作僅僅是去掉了該過程，而沒有實現所提到的“延后”處理RTC時鐘的同步。考慮到這個原因，我的方案中暫時沒有引入這一優化(畢竟它所帶來的時間漂移已經達到了“秒”級)，繼續關注中。

　　后者是通過在啟動參數中強制指定LPJ值而跳過實際的計算過程，這是基于LPJ值在硬件條件不變的情況下不會變化的考慮。所以在正常啟動后記錄下內核信息中的“Calibrating Delay”數值后就可以在啟動參數中以下面的形式強制指定LPJ值了：

　　lpj=9600700

　　上面分析結果中的 4、5 兩項都是SMP初始化的一部分，因此不在CELF研究的范疇(或許將來會有采用多核的MP4出現?……)，只能自力更生了。研究了一下SMP的初始化代碼，發現“Migration Cost”其實也可以像“Calibrating Delay”采用預置的方式跳過校準時間。方法類似，最后在內核啟動參數中增加：

　　migration_cost=4000,4000

　　而Intel的網卡驅動初始化優化起來就比較麻煩了，雖然也是開源，但讀硬件驅動完全不比讀一般的C代碼，況且建立在如此膚淺理解基礎上的“優化”修改也實在難保萬全。基于可靠性的考慮，我最終在兩次嘗試均告失敗后放棄了這一條路。那么，換一個思維角度，可以借鑒CELF在“ParallelRCScripts”方案中的“并行初始化”思想，將網卡驅動獨立編譯為模塊，放在初始化腳本中與其它模塊和應用同步加載，從而消除Probe阻塞對啟動時間的影響。考慮到應用初始化也可能使用到網絡，而在我們的實際硬件環境中，只有eth0是供應用使用的，因此需要將第一個網口初始化的0.3s時間計算在內。

　　除了在我的方案中所遇到的上述各優化點，CELF還提出了一些你可能會感興趣的有特定針對性的專項優化，如：

　　ShortIDEDelays - 縮短IDE探測時長(我的應用場景中不包含硬盤，所以用不上)

　　KernelXIP - 直接在ROM或Flash中運行內核(考慮到兼容性因素，未采用)

　　IDENoProbe - 跳過未連接設備的IDE口

　　OptimizeRCScripts - 優化initrd中的linuxrc腳本(我采用了BusyBox更簡潔的linuxrc)

　　以及其它一些尚處于設想階段的優化方案，感興趣的朋友可以訪問CELF Developer Wiki了解詳情。

　　(4)優化結果

　　經過上述專項優化，以及對inittab、rcS腳本的冗余裁減，整個Linux內核的啟動時間從優化前的 6.188s 下降到了最終的 2.016s，如果不包含eth0的初始化，則僅需 1.708s(eth0初始化可以和系統中間件及部分應用加載并行)，基本達到了既定目標。與Kexec配合，可以大大降低軟件故障導致的復位時間，有效的提升了產品的可靠性。