Android启动优化

一. 核心优化思路

开机过程主要分为以下几个阶段，优化也围绕这些阶段展开：

1. Bootloader：初始化硬件，加载内核。通常由芯片厂商定制，优化空间有限
2. Kernel：初始化驱动、子系统。优化重点在于减少初始化时间和裁剪不必要的驱动
3. Init 进程：解析 init.rc 脚本，启动核心系统服务（如 servicemanager, surfaceflinger）
4. Zygote 进程：Android 运行时和系统服务的孵化器。预加载类和资源，其启动速度直接影响后续应用启动
5. SystemServer：Android 框架的核心，启动所有系统服务（如 AMS, PMS, WMS 等）。这是优化潜力最大、最复杂的阶段
6. Launcher：系统启动完成的标志，启动主屏幕应用

核心思想：并行化、延迟加载、缓存、裁剪

二. 具体优化方法

阶段 一：内核与 Init 阶段优化

1. 内核配置优化：
   ○ 裁剪内核：移除设备不需要的驱动、文件系统、网络协议、调试功能等。使用 make menuconfig 进行精细配置
   ○ 优化内核启动参数：调整控制台输出、内存管理等参数
   ○ 初始化调用优化：将非关键的驱动初始化（module_init）标记为延迟初始化（late_initcall），使其在系统启动后再初始化
2. Init 阶段优化：
   ○ 并行执行任务：修改 init.rc 文件，利用 class_start 将不相互依赖的服务标记为同一个 class，让 init 进程并行启动它们
   ○ 减少 Shell 命令：避免在 init.rc 中执行耗时的 Shell 命令（如 chmod, chown 等），这些操作应在编译时由 fs_config 完成
   ○ 使用 Treble 和 A/B 分区：Treble 架构将系统和供应商解耦，简化了更新流程。A/B（无缝更新）分区可以让系统在后台更新，下次启动直接切换到新系统，减少感知到的启动时间

阶段 二：Zygote 优化

1. 预加载优化：
   ○ 分析预加载类：使用工具分析 Zygote 预加载的类和资源。移除系统级应用不再使用的类，减少预加载列表（如 preloaded-classes）
   ○ 优化预加载逻辑：避免在预加载阶段执行复杂的逻辑或 I/O 操作
2. Zygote 本身优化：
   ○ 关注 AOSP 上游的改进。例如，Android 10 引入了 App Zygote 和 USAP（未知应用预孵化池），进一步优化了应用启动，但其本身的初始化也需要优化

阶段 三：SystemServer 优化 - 重中之重

这是最复杂也是收益最高的部分

1. 服务启动分析：
   ○ 使用 dumpsys package startup-info 或直接查看 SystemServer 的日志，了解各个服务的启动耗时
   ○ 重点关注 SystemServer 主线程的 init 和 start 阶段
2. 并行化启动服务：
   ○ 主线程优化：将不依赖其他服务的系统服务（如 TelephonyRegistry）的启动，从 SystemServer 的主线程移动到单独的线程中，使用 SystemServiceManager.startBootPhase() 来协调启动顺序
   ○ 使用 ConcurrentyFramework：在 SystemServer 中利用 ExecutorService 创建线程池，并发启动多个服务
3. 延迟启动与非关键服务：
   ○ 识别关键路径：明确启动 Launcher 所必须的系统服务（如 ActivityManagerService, PackageManagerService）。其他服务（如 BluetoothService, WiFiService）可以延迟加载
   ○ 使用 StartControllers 和 BackgroundLaunch：将非关键服务标记为可以在后台启动，或者等到第一次被绑定时才初始化
4. 缓存与预加载：
   ○ PackageManager 优化：PackageManagerService 的扫描和解析是耗时大户
   ◎ 使用编译时信息：启用 dex2oat 的 speed 模式，在系统编译时对系统应用进行预优化
   ◎ 优化扫描路径：确保只扫描必要的目录（/system, /vendor, /product），避免扫描 data 分区
   ◎ 使用 apex 和 module：新的模块化分发方式可以减少 PMS 的扫描负担

阶段 四：应用与 Launcher 优化

1. Launcher 自身优化：
   ○ 将 Launcher 视为一个普通应用，应用所有应用启动优化手段
   ○ 避免冷启动：确保 Launcher 进程在开机前已被 Zygote 预加载
2. 系统应用预加载：
   ○ 使用 cmd package compile -m speed -f <package-name> 命令在首次启动后或工厂烧录时，预编译关键系统应用为最优的机器码

三. 分析与测量工具

没有测量就无法优化。以下是关键工具：

1. bootchart：
   ○ 功能：生成整个启动过程的 CPU、I/O、进程树的时间线图。是启动优化的首选宏观分析工具
   ○ 使用：在 AOSP 源码中启用 ENABLE_BOOTCHART=true，编译后刷机。开机后会在 /data/bootchart 生成日志，用 pybootchart.py 解析生成图表
2. systrace / perfetto：
   ○ 功能：提供更细粒度的性能分析，可以跟踪系统调用、CPU 调度、锁竞争等。Perfetto 是 Systrace 的升级版
   ○ 使用：在代码中插入 Trace.beginSection("MyService.init") 和 Trace.endSection() 来标记关键代码块。然后使用 python systrace.py 或 Perfetto UI 抓取 trace 文件进行分析
3. 内核日志：
   ○ 功能：通过 dmesg 查看内核启动日志，里面包含了每个驱动初始化的精确时间戳（通过 printk 输出）
   ○ 使用：adb shell dmesg > dmesg.log，然后分析时间戳间隔较大的部分
4. Logcat：
   ○ 功能：查看系统服务的启动日志。SystemServer 会打印类似 StartService ... 和 Service ... started 的日志
   ○ 使用：adb logcat -b all -v time -d > logcat.txt，然后搜索 SystemServer 和 ActivityManager 的相关日志
5. 自定义打点：
   ○ 在 SystemServer.java 等关键位置添加 logcat 或 Slog.i 输出时间戳，可以非常精确地测量特定服务的启动耗时

四. 实战流程建议

1. 建立基线：使用 bootchart 和 systrace 抓取一次未优化的启动过程，确定总启动时间和各阶段耗时
2. 定位瓶颈：分析图表，找到耗时最长的阶段（是 Kernel？PMS？还是某个系统服务？）
3. 制定策略：
   ○ 如果是 I/O 密集型（如 PMS 扫描），考虑缓存、预加载、并行扫描
   ○ 如果是 CPU 密集型（如服务初始化逻辑），考虑延迟加载、异步初始化、算法优化
   ○ 如果是等待依赖，考虑调整启动顺序或并行化
4. 实施修改：修改 AOSP 代码（如 SystemServer.java, init.rc），每次只做一个修改
5. 验证效果：重新编译刷机，再次测量，对比优化前后的数据
6. 迭代：重复步骤 2-5，直到达到目标

总结

层面	关键优化手段
内核/Init	驱动裁剪与延迟初始化，init.rc 任务并行化
Zygote	精简预加载类和资源
SystemServer	服务启动并行化，非关键服务延迟加载，PMS 扫描优化
应用/Launcher	预编译，应用启动优化
工具	bootchart（宏观），systrace/perfetto（微观），logcat/dmesg（日志）