关于Linux的快速启动（fastboot）和低功耗（low power）的学习记录

　　我今天想查一下Intel工程师放在CSDN的一个视频，名字倒是查出来叫：Moblin系统的快速启动核心技术剖析，但是怎么找也找不找了。这是一个好的技术介绍。难道给删除了。不知道CSDN是否上次查图片的时候，禁止了所有的视频。没办法了，翻箱倒柜，找到了以前做的一些笔记，先记录下来。不过不保证完全忠于原著。可能有删减。聊胜于无嘛。如果能再次公开那些技术视频就好了，我本来是想找codec和容器的资料，记得也是Intel工程师给的，后来发现什么都不见了。

　　Intel在Meego（原Moblin）的革新，一是快速启动，二是低功耗，进入了Linux的mainline，使得阿土（ubutu）和fadora能号称在十秒的级别上开机启动。这在手持设备中是非常重要的。下面记录可能不完全反映原来视频的内容，加入了我的一些理解，对不感兴趣的部分跳过，如果有任何技术问题，应当不归于INTEL的工程师。

快速启动

　　系统的开机，从我们按power开始到能够正常使用，包含三部分的内容：一、BIOS/BSP的启动时间；二、系统平台（操作系统）的启动时间；三、桌面UI和应用的启动时间。

　　第一部分和硬件有关，和系统平台无关，不讨论。

　　第二部分是实现快速启动的核心关键部分。有下面的四个关键技术：

关键技术1：内核模块（包括设备驱动）的快速加载

• 尽可能将内核模块编译到Kernel image内部：减少需要另行独立加载的模块的方式，节省时间
• 异步内核模块初始化：提高内核模块处理的并行化，可同时检测多个硬件设备来减少启动时间。

关键技术2：加速文件读取效率（Sreadahead：super read ahead）

• 采用Sreadahead，提高对SSD的文件读取速度：对启动文件放入kernel page cache中。

关键技术3：优化显示驱动，实现X server的快速启动（fast X）

• 减少显卡驱动加载所消耗的时间，减少显卡驱动所占内存
• 加速X Server启动时间：对XKB(leyboard layouts)结果进行缓存，以便以后直接使用，X可直接使用kernel启动时检测到的使用模式。

关键技术4：优化init脚本

• 精简不必要的后台程序和服务（nfs server， mail server）
• 并行启动必要的后台程序服务（例如dbus，hal，connman）

　　第三部分是我们启动上层应用和服务，在智能手机中要好好斟酌启动的顺序。

低功耗技术

关键技术1：减少设备组件/外设的功耗

• 原则1：对不使用的组件/外设关闭，如果无法关闭，进入睡眠以降低功耗
• 原则2：对于休眠的组件/外设，非必要时不唤醒
• 原则3：在一个唤醒周期中，尽可能完成更多的工作，使得组件/外设可以更长的休眠时间
• 基础：部件休眠控制技术
• 方式：
  • 各功能块独立供电，优选底功耗器件，可进行开关控制，用户可设置节能模式
  • 电源优化管理功能设计、实现底层硬件、系统软件和应用软件多层协同
  • 状态切换机制：Idle态（调低CPU时钟频率，关闭部分部件，动态电压调节）
• 例子：
  • 例子1：屏低功耗：背光自适应调节优先管理以及屏保
  • 例子2：智能的网络连接管理：对于wifi/wapi，避免长时间不断搜索，对与数据包的转发，先存起来，在周期广播信标帧是才发送，避免填写模块一直处于工作状态，提供休眠期
  • 例子3：USB，对于slave模式，从master中充电，对于master模式，不工作时进入休眠。

关键技术2：系统平台低功耗方案

• 原则1：CPU在工作唤醒周期，尽可能多处理，以尽可能延长睡眠时期；
• 原则2：多个事件同时唤醒，降低唤醒频率
• 基础：CPU的低功耗工作模式
• 方式1：kernel低功耗优化
  • 例子1：Linux Kernel对电源管理的优化：根据过往的历史记录判断当前进入哪个级别的C state 。
  • 例子2：对P State的智能控制：控制采用On demand cupfreq govener，即按需CPU频率调节技术。
  • 例子3：尽可能同步唤醒：包括kernel tickless idle, 全局Timer技术，合并/同步外设中断时钟
• 方式2：用户空间程序的低功耗优化
  • 例子1：避免频繁的中断事件：优化系统各应用，合并/同步事件的触发事件
  • 例子2：减少频繁I/O处理，合并写操作，使用较大缓存，减少读写操作的频率
  • 例子3：在应用程序开发中：处理时应尽可能完成多的任务，允许休眠更长的时间
  • 例子4：硬件编解码比软件编解码效率高

背景知识：CPU的三个state

• C State：A set of Idle States，即一系列休眠状态：关闭不使用的cycle，越高级别的C state，休眠越深，但唤醒需要的时间和耗电更大
• P state方式：Performent State, 通过降低CPU频减少CPU点压（降频减压）来减少功耗，可采用按需频率管控进行优化（Ondemand cpufreq governor）。【按需分配是最理想的模式】
• 此外还有T state，Thermal State：是用于处理CPU过热的情况

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