組込み Linux の起動高速化株式会社富士通コンピュータテクノロジーズ亀山英司 1218ka01 Copyright 2013 FUJITSU COMPUTER TECHNOLOGIES LIMITED

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ひでかりゅうとう
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1 組込み Linux の起動高速化株式会社富士通コンピュータテクノロジーズ亀山英司 1218ka01

2 組込み Linux における起動高速化組込み Linux の起動時間短縮について依頼ありスペック CPU : Cortex-A9 ( 800MB - single) RAM: 500MB 程度要件起動時間画出し 5 秒音出し 3 秒終了時間数 ms で電源断 1

3 課題と対策問題点起動まで 13 秒 ( login: 表示まで ) 機能の折込みは段階的に実施されるためその度に再度チューニングが必要方針 boot loader や kernel アプリなどを個々に高速化するのではなく段階的に提供される各モジュールの処理時間に影響されない高速起動の仕組みを作るユビキタス社の起動高速ソリューション QuickBoot を採用 2

4 QuickBoot (1) QuickBoot とはハイバネーション技術をベースに株式会社ユビキタスが提供する Android/Linux 向けの高速起動ソリューション高速起動時はスナップショット採取時の状態に復帰するため各モジュールの初期化処理に依存されないシステムの起動に必要なメモリ領域を優先的に不揮発性メモリから RAM に復元することで他の方式と比べて圧倒的な速度の起動を実現アプリケーション側で使用しているメモリ量に依存せず常に高速起動が可能であり残りのメモリ領域は起動後に順次読み込みを行うためユーザーの操作にほとんど影響を与えない 3

5 QuickBoot (2) Kernel init kernel User land Image Load Resume 起動後処理アプリ起動 Snapshot image アプリ初期化終了前処理 Suspend kernel User land 4

6 効果効果アプリ起動までは 13 秒から 4.5 秒に短縮しかしアプリ起動から画面出しまで 11 秒 4.5 秒 Image Load Resume 起動後処理更なる改善が必要 11 秒アプリ初期化 5

7 施策 Snapshot Image Device Driver Task Priority File I/O 6

8 施策 1 Snapshot Image (1) 各モジュールの処理に影響されない高速起動の仕組みを実現するためには出来るだけ起動した状態に近い時点のスナップショットを採取することが望ましい改善のポイント採取のタイミング Image Load Resume 起動後処理サイズの削減アプリ初期化 7

9 施策 1 Snapshot Image (2) スナップショット採取のタイミング課題スナップショットブート後に動作するアプリの初期化処理が多い施策アプリ側の初期化処理を見直しスナップショット採取前に移動できるものを精査 Kernel init アプリ起動 Image Load Resume 起動後処理スナップショットサイズが増大 100BM 程度終了前処理 Suspend アプリ初期化 8

10 施策 1 Snapshot Image (3) イメージサイズの削減課題領域不足整合性確認時間の増大ロード時間の増大施策イメージ圧縮圧縮方式圧縮率伸長時間 LZF 約 60% ZLIB 約 40% LZ4 約 50% ページキャッシュの解放スナップショット起動後の処理が遅くなる場合あり 9

11 施策 2 Device Driver (1) Suspend/Resume 対応可能なドライバ Suspend/Resume 対応 Suspend/Resume 対応を行うことにより起動後処理にて insmod するより高速 Image Load Resume 並列化 Suspend/Resume 処理を並列動作させることにより短縮化 SD ホストインタフェースなど Resume に時間がかるドライバを非同期で実施 device_enable_async_suspend() 起動後処理アプリ初期化 10

12 施策 2 Device Driver (2) Suspend/Resume 非対応ドライバローダブルモジュール化して起動後処理にてロード Device node デバイス ID を固定とし Suspend 前に作成 Suspend 時にロードだけ実施ロード時はなにもしない Resume 後従来の初期化処理を実施 Image Load Resume 起動後処理アプリ初期化 11

13 施策 3 Task Priority (1) 課題高優先度で動作するタスクが多く起動に必要な処理を阻害 Image Load Resume 起動後処理アプリ初期化 12

14 施策 3 Task Priority (2) 解析方法 Profile JTAGやPerftools FtraceなどのProfile 機能を使用単位時間当たりのプロセススレッドのCPU 使用率をグラフ化

15 施策 3 Task Priority (3) タスク優先度の調整施策各タスクのプライオリティを調査起動に必要なタスクを優先的に動作させる様に優先度を調整 Kernel のタスクスケジューラの設定を調整し起動時間が最も短くなる設定を検証 14

16 施策 4 File I/O(1) ファイル I/O 負荷の集中課題高速起動後各プロセスが一斉に動作する為プログラムロードによるファイル I/O が集中プロセスの初期化時に画面データや DB 参照などファイルの読み込みが多発 Image Load Resume 起動後処理アプリ初期化 15

17 施策 4 File I/O(2) 解析方法 Sar を使用 I/O Wiatがある Utilが100% を示す 16

18 施策 4 ファイル I/O(3) ファイル I/O 負荷の集中対策起動に最低限必要なプロセスのみ先に動作させ Page fault によるプログラムロードを低減させるプロセスがアクセスするファイルの読み出しタイミングをプロセスの初期化処理で一括で行うのではなくそのデータを最初に使用するタイミングに変更 17

19 施策 4 ファイル I/O(2) ファイル I/O 性能課題ファイル I/O 自体が遅い施策ファイルを事前にキャッシュスナップショット採取前に不揮発なメモリへコピー IO スケジューラの選定 Kernel で選択可能な複数の I/O スケジューラ (CFQ/deadline/NOOP) の検証とチューニング I/O プライオリティの見直しタスクごとに IO プライオリティをチューニング (CFQ 使用時 ) 18

20 成果効果起動時間画出し 5 秒強音だし 4 秒強 2 秒弱 Image Load Resume 起動後処理アプリ起動後処理 resume preload+crc 3 秒強アプリ初期化 uboot 実測 (Log 無し )

21 20

Contents 1. 自己紹介 2. ブート時間短縮のアプローチ 3. Snapshotブートの実装 4. Snapshot 取得位置と起動時間 5. より高速なSnapshotブートへのアプローチ 2 1. 自己紹介 3 2

Contents 1. 自己紹介 2. ブート時間短縮のアプローチ 3. Snapshotブートの実装 4. Snapshot 取得位置と起動時間 5. より高速なSnapshotブートへのアプローチ 2 1. 自己紹介 3 2 WEC2013 の高速起動スナップショットブートの全貌 2014/04/25 株式会社日立超 LSI システムズ組込プラットフォーム設計部伊藤優はじめに組み込みデバイス起動時間もその一つです電源を入れたのち 24 時間 365 日の間電源を落とさない場合もあれば頻繁に電源 OFF/ON を繰り返す製品もありますたとえば自動車向け製品のように常にコールドブートをただし短い起動時間を要求されるようなシステムも存在します

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