劳动节快乐，祝大家都能有所收获！
今天我参加了一个关于启动优化的讲座，这里简要总结一下。
本文旨在分享一些简单有效的优化方法，并不涵盖所有技巧。有兴趣的朋友可以关注我的视频号，后续我会通过直播与大家进一步交流。
目标系统
硬件:
Beagle Bone Black (Cortex A8)
USB 摄像头 + LCD
软件：
Linux 5.1 + Buildroot rootfs
FFmpeg，用于采集视频并解码到 LCD。
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当前启动时间：
从上电到 LCD 显示第一帧图像：9.45 秒
1、优化编译器ARM vs Thumb2
比较基于 ARM 或 Thumb2 指令集编译的系统和应用。
ARM：rootfs 为 3.79 MB，ffmpeg 为 227 KB。
Thumb2：3.10 MB (-18%)，183 KB (-19%)。
性能方面：Thumb2 的性能略有提升（约小于 5%）。
尽管性能有所提升，我个人还是倾向于选择 ARM 指令集。
musl vs uClibc
Buildroot 中有三种 C 库可选：glibc、musl、uClibc，我们只比较后两种较小的库。
musl：680 KB (统计 /lib 目录)。
uClibc：570 KB (-16%)。
uClibc 节省了 110 KB，我们选择 uClibc。
2、优化应用程序我们可以通过 ./configure 对 FFmpeg 的功能组件进行选择。
此外，还可以使用 strace 和 perf 命令调试以优化 FFmpeg 的内部代码。
优化后的结果：
文件系统：从 16.11 MB 缩小到 3.54 MB (-78%)。
程序的加载和运行时间：缩短 150 ms。
整体启动时间：缩短 350 ms。
虽然空间优化效果显著，但在启动时间上的优化较小，这是因为 Linux 在运行程序时只加载程序的必要部分。
3、优化 Init 和根文件系统思路：
使用 bootchartd 分析系统启动并裁剪不必要的服务。
将 /etc/init.d/ 下的启动脚本合并为一个。
不挂载 /proc 和 /sys。
裁剪 BusyBox，文件系统越小，内核挂载可能会越快。
将 Init 程序替换为我们的应用程序。
静态编译应用程序。
裁剪掉不常用的文件，找出长时间不访问的文件：
优化后的结果：
文件系统：裁剪 Busybox 后，从 3.54 MB 缩小到 2.33 MB (-34%)。
启动时间：基本没有变化，大概是因为文件系统本身已经足够小了。
使用 initramfs 作为 rootfs：
通常情况下，Linux 系统会先挂载 initramfs，initramfs 很小且位于内存中，再由 initramfs 负责负载根文件系统。
当我们将 Buildroot rootfs 裁剪得很小时，就可以考虑直接将其作为 initramfs 使用。
这样有什么好处呢？
initramfs 可以和 Kernel 拼接在一起，Bootloader 负责将 Kernel+initramfs 加载到内存中，内核不再需要访问磁盘。
内核不再需要 block/storage 和 filesystem 相关的功能，体积会变得更小，加载时间和初始化时间都会变小。
注意，需要关闭 initramfs 的压缩(CONFIG_INITRAMFS_COMPRESSION_NONE)。
优化后的结果：
即便禁用了 CONFIG_BLOCK 和 CONFIG_MMC 后，总启动时间仍增加了 20ms。这可能是因为 Kernel + initramfs 拼在一起之后，内核变大了许多，而内核镜像是需要解压，解压的时间增多了。
4、优化内核评估方法：
在启动参数中添加 initcall_debug，可以获得更多内核 log：
此外，可以使用 scripts/bootgraph.pl 将 dmesg 的信息转换成图片：
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接下来，找出消耗时间最多的环节，进行优化。
裁掉 tracing
在 Kernel hacking 中关闭 Tracers 相关的功能。
启动时间：缩短 550ms。
内核大小：缩小 217KB。
裁掉一些用不上的硬件功能
预设 loops per jiffy
在每次启动时，内核都会校准 delay loop 的值，用于 udelay() 函数。
这会测量 loops per jiffy (lpj) 的值。我们只需要启动一次内核，在 log 中查找 lpj 值：
然后将 lpj=4980736 填写到启动参数中，即可：
大约缩短了 82 ms。
禁用 CONFIG_SMP
SMP 的初始化很慢。它通常在默认配置中是启用的，即使是一个单核 CPU。
如果我们的平台是单核的，可以禁用 SMP。
关闭后，内核缩小：-188 KB (-4.6%)，启动时间缩短 126ms.
禁用 log
启动参数中添加 quiet，启动时间缩短 577 ms。
禁用 CONFIG_PRINTK 和 CONFIG_BUG 后，内核缩小 118 KB (-5.8%)。
禁用 CONFIG_KALLSYMS 后，内核缩小 107 KB (-5.7%)。
合计，启动时间缩短 767 ms。
开启 CONFIG_EMBEDDED 和 CONFIG_EXPERT
这会让系统调用变得更精简，内核会变得没那么通用，但是能保持你的应用程序能运行就足够了。
内核缩小 51 KB。
启动时间缩短 34 ms。
选择 SLAB memory allocators
一般是 SLAB、SLOB、SLUB 三选一。
SLAB：默认选择，最通用、最传统、最可靠。
SLOB：更简洁，代码量更少，更节省空间，适合嵌入式系统，使能后，内核缩小 5 KB，但是启动时间增加 1.43 S！
SLUB：更合适大型系统，使能后，启动时间增加 2 ms。
因此，我们仍使用 SLAB。
内核压缩方式
不同压缩方式的特点如下：
实测效果：
看起来，gzip 和 lzo 表现更好。测试的效果应该是和 CPU/磁盘 的性能相关的。
内核编译参数
使能 CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE，该选项可能是用 gcc -Os 代替 gcc -O2。
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注意，这只是在 BeagleBone Black + Linux 5.1 上的测试结果，不同平台之间有差异。
禁用 /proc 等伪文件系统
要考虑应用的兼容性。
ffmpeg 依赖 /proc，所以只能关闭一些 proc 相关的选项：CONFIG_PROC_SYSCTL、CONFIG_PROC_PAGE_MONITOR CONFIG_CONFIGFS_FS，启动时间没有变化。
关闭 sysfs，启动时间缩短 35 ms。
拼接 DTB
启用 CONFIG_ARM_APPENDED_DTB：
启动时间缩短 26 ms。
5、优化 Bootloader这里我们采用最好的方案：使用 Uboot Falcon mode。
Falcon mode 只执行 Uboot 的第一阶段：SPL，然后跳过 Stage 2，执行加载 Kernel。
启动时间缩短 250 ms。
总结到此，启动优化基本完成，最终效果如下：
从上电到 LCD 显示第一帧图像，总时间为 2.41 秒。
最有效果的步骤如下：
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仍值得优化的空间：
系统花了 1.2 秒等待 USB 摄像头的枚举，这里是否有办法加速？
是否可以关闭 tty 和终端登录？
最后，关于优化启动时间，有一些原则可以遵循：
请不要过早地进行优化。
从一些影响面最小的点开始优化。
从 rootfs、kernel、bootloader 自上而下进行优化。
重点关注短板。
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