心的距離

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作者: kezeodsnx

引言

快速開機最近炒的很熱，先不論其是否是一個必需品，能了解系統開機流程就是好事一件啦。看了蠻多有關快速開機的東西，一開始是EPC的12秒開機 (x86)，再來是Mobli的5秒開機 (不含BIOS)，到最近在arm平台上面，快速開機似乎已經是linux在跟windows，或是linux netbook品牌之間的一個比較選項。不過在定義上要先說清楚，所謂的開機時間，是指按下power button至看到desktop (launcher)的時間，常常與系統可用有些區別。再來，快速開機是很講究硬體的，同一個方法不一定另在另一台機器上可以複製同樣的效果。

分段

整個開機流程可依其特性，約略分成四個部分:

BIOS: 這是指在kernel取得控制權之前所有的時間，包括硬體自我測試，尋找loader等。在arm平台上，是所謂的bootloader。

Kernel:包括ramdisk，hardware initialize，load driver等，在切到userspace之前所需的時間。

Early boot:從mount rootfs開始，由/sbin/init切到userspace後，並進行一連串service的initialize

GUI:主要是Xserver以及launcher

BIOS

傳統的bios一定是在storage的MBR上(第0軌)intel在2000年提出EFI架構，試圖取代傳統(legacy)的bios。主要的不同點為EFI有所謂的filesystem，因此不需要MBR，還可做到一些legacy bios做不到的事，這部份可先參考這裡。 從功能來看。有一部份是在對硬體做偵測，對一個暨定的硬體來說，每次都做一樣的事並沒有太大的意義。EPC的bios有一個bootbooster的東西，使用了一個id為ef，system為EFI的partition，這個與intel的EFI應該是兩件事，只是利用了EFI這個名字。有了這個partition，並打開bootbooster，bios就會將POST的資料寫入，將來再開機時，就讀取這個partition，不再執行post。測試結果有開跟沒開bootbooster的時間分別是12與28秒。真正的EFI bios還沒看過，也不知道目前的發展是如何。

而arm的bootloader，也是需要做類似初始化硬體的工作，然後將控制權交給kernel，不知道是否有類似epc bios的方法。

KERNEL

Ramdisk

ramdisk存在的意義，是讓不同的硬體都可以順利的完成開機。既然目標是暨定的硬體，就把ramdisk拿掉吧。(potential 5s)

用了ramdisk，要知道initramfs需要load兩次，一次是bootloader，一次是kernel。

Kernel

kernel在開機階段需要解壓縮，這意味著愈大的kernel需時愈久，但load driver/module也是需要時間呀，也不能都是kernel module吧。因此再次回到一開始說的，快速開機是很講究硬體的。必須了解自己的硬體，把不必要的driver拿掉，讓kernel盡量瘦身，這件事頗具技術性。

在init/initramfs.c的populate_rootfs有一段檢查是否為initramfs的code，如果沒用ramdisk，當然可以拿掉。(potential 0.5 sec)

Driver

driver/module部份，目前比較多人討論的是arjan的asyn function call，之前是屬於intel moblin的一部份。個人的研究結果如下:

導入一個新的initcall level: 6a。initcall用來initialize 各種subsystem，其中level 6a用來initialize devices。此level 的initcall (可能是acpi, raid, usb)在系統空閒時，才做initialize。6a 有自己的work queue，如果是呼叫module_init_async (instead of module_init)，就會放到此queue中等待cpu。
 level     0~5               6a          after 6a
              |-----------|----|------------|
phase           0             1               2

arjan的patch對一些比較慢的device做了調整，如usb controller (drivers/usb/host/ehci-hcd.c，drivers/usb/host/ohci-hcd.c，drivers/usb/host/uhci-hcd.c)，還有像acpi driver (drivers/acpi/battery.c，drivers/acpi/button.c，drivers/acpi/thermal.c)，可視需求將其放到6a (module_init_async)。其他還有一些針對RAID的patch。kernel 2.6.30預計是會將這個東西導入的。

Other

message的產生是一種I/O的行為，也就是慢的意思，就...拿掉吧!

disable console: 拿掉開機時console的message。

kernel config: disable 裡的debug filesystem 和printk。disable CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE

compilier: 使用更有效率(新版)的compiler

filesystem:使用較快的filesystem，詳細的比較請看這裡。

Early boot

RC script: RC script裡可能有些不必要的operation，可以個別做調整。不需要的service可以拿掉。

Parallel RC script: 在/etc/init.d/rc設定shell=concurrency可以讓RC script平行執行，不過要控制好dependency的問題。

/sbin/init: 使用客制化的finit，更精確的控制init所需完成的事。

GUI

Xserver: Xserver花了一些時間在偵測/等待input device，如src/mouse.c: InitMouseHW()和src/pnp.c: ps2GetDeviceID()裡都有一些'usleep(30000)，詳情請見fred的文章。

desktop: 使用light weight的桌面系統，如xfce，lxde，甚至不要用.................

其他

最近也流行arm平台的netbook，可以做到非常省電。理想上，用suspend/resume來取代boot/shutdown。不是不好，只是這樣的話，做fastboot要幹麻...