5秒でLinuxが起動します

http://habrahabr.ru/blogs/linux/41701/で発表された記事の完全な翻訳



Linux Plumbers Conferenceで、Intel Linux開発者でPowerTOPの著者であるArjan van de Venと、Open Source Technology CenterのIntel開発者であるAuke Kokが、5だけをロードするLinuxベースのシステムを披露しました。秒。 このシステムのハードウェア基盤は、SSDドライブを備えたAsus EEE PCでした。 開発者は、変更されたFedoraと変更されたMoblinの2つのバージョンで「5秒でロード」というマイルストーンを克服しました。 EEE PCは、プロジェクタがデバイスのビデオ出力からの信号を認識できたよりも速くロードされたため、それなしでラップトップを観客に近づける必要がありました。



彼らはどうやってそれをしましたか？ アルジャンは、問題の正しい記述からすべてが始まったと言いました。「システムを「高速で起動しない」ようにし、「5秒で起動する」ようにします。」ここで1秒を保存する代わりに、起動プロセス全体に制限時間を設定しましたこの時間内に各ダウンロード手順を実行する必要があります。 また、不正行為はありません。「ダウンロードの完了とは、ディスクアクセスとCPU使用率を停止することです」とArjan氏は述べています。 デスクトップが起動するまで時間は測定されませんが、サービスはバックグラウンドでロードされ続けます（ただし、一部の企業はこの時点までOSのブート時間を測定しています）。 ブート時間はネットワークをオンにしませんが、NetworkManagerの起動を含みます。 従来のハードドライブを搭載したシステムはロードに時間がかかりますが、Arjanは、ThinkPadでシステムを実行したと言い、10秒以内に起動しました



Fedoraはこのハードウェア上で45秒で起動します-電源投入からパスワード入力画面まで。 Ziga Mahkovecが作成したツールであるBootchartは、ダウンロードの詳細を明らかにします。 Fedoraのブートグラフ（図1.）では、ブートプロセス中に時間がかかることがあります。 ループバックインターフェイスを開始するのに1秒かかります-すべてのネットワークインターフェイスがloopbakインターフェイスであるかどうかを確認します。 sendmailを開始するには2秒かかります。 「全員がsendmailを必要とするわけではないという事実にもかかわらず、誰もが支払います」とArjan氏は述べ、送信メール専用の家庭用SMTPにはssmtpを使用できることを提案しました。



図 1



Fedoraの別のコストのかかるプロセスは「setroubleshootd」です。これは、5秒ほどかかるSecurity Enhanced Linux（SELinux）設定のトラブルシューティングに役立つツールです。 Fedoraを非難する理由はありません-一部の独立したプロジェクトは理解できないほどの時間/リソースを使用して作業しています。 X Window Systemは、起動時に独自のCプリプロセッサとコンパイラを起動し、独自のキーボードマッピングを作成します。



図 2



Ubuntuのダウンロードはほぼ同じ-2秒高速です（図2）。 単一のモジュールをロードするためだけに、modprobeに12秒かかります。 専用ドライバーをダウンロードするためのツールは、専用ドライバーを必要としないシステム上で2.5秒を使用します。 「誰もがプライベートドライバーを使用する能力に対して支払います」とArjan氏は言います。 そして最後に、Ubuntu GDMは背景画像を表示するためだけに2.5秒の純粋なCPU時間を要します。



どちらのディストリビューションもスプラッシュスクリーンを使用します。 ArjanとAukeの両者は、「スプラッシュスクリーンが嫌いです。 それらを見るためにあなたに費やされた時間のために、私たちはすべてが行われることを望んでいます。 ディストリビューション開発者がスプラッシュスクリーンに費やす時間は、スプラッシュスクリーンがまったく必要ないような時間にIntelチームがロードするのに費やした時間よりもはるかに長くなります。



彼らがやった方法：カーネル



最初のステップは計画です。 すべてのモジュールでカーネルを起動するのに1秒。 ブートスクリプトとバックグラウンドジョブを含む「アーリーブート」はもう1秒です。 Xサーバー-もう1秒、作業環境プログラム用に2秒。



カーネルはinitrdを使用せずに再構築されました。これには0.5秒かかります。 必要なすべてのモジュールはカーネルに組み込まれています。 Arjan氏は、「ラップトップの95％のニーズをカバーするモジュールのセットがあります。」彼は、残りの5％にinitrdを使用するカーネルで別個のディストリビューションを作成するだけでよいと提案しました。

カーネルの一部の作業により、一部のサブシステムの並列ロードが可能になります。 たとえば、変更されたカーネルは、USB管理用のユニバーサルホストコントローラーインターフェイス（UHCI）と同時にストレージ管理用のアドバンストホストコントローラーインターフェイス（AHCI）の初期化を開始します（図3）。 「おそらく、時間を0.5秒に短縮できましたが、時間を1秒に短縮するために停止しました」とArjan氏は言いました。 彼が書いた新しいAHCIサポートモジュールパッチのおかげで、カーネルのロード時間は2.6.28のリリースにより0.5秒に短縮されるはずです。



図 3



別のカーネル変更は、先読みサポート用の小さなパッチです。 Terer Kernelは、ダウンロードの最後にユーザー空間ですぐに利用できるようにするために、ブート時に読み取る必要がある情報を追跡します。 これらすべてを組み合わせることで、早期ダウンロードの一部である先読みを使用することができます。



彼らがそれをやった方法：先読みと初期化



Fedoraは、ユーザー空間で実行する最初のプログラムである「init」の代わりとしてUpstartを使用します。 しかし、Intelチームは元の初期状態に戻りました。 initが実行するタスクの順序は、3つのことを一度に実行できるように変更されました。まず、ディスクからデータを読み取り、RAMにキャッシュするsReadAheadプロセス、次に重要な瞬間はファイルシステム、D-Busシステムのチェックですプロセス間通信、Xグラフィックサブシステム、デスクトップ。 さて、ハードウェアアブストラクションレイヤー（HAL）を実行するプログラムの3番目のセットは、udevが「ホットプラグ」デバイスマネージャー、次にネットワークです。 Udevは、後で接続できるデバイスをサポートするためにのみ使用されます-システムは従来の/ devフォルダーを使用するため、ダウンロードはudevから独立しています。



タスクを整理すると、プロセッサをより有効に活用できます。 たとえば、Xは0.5秒間一時停止し、サポートされるビデオモードに関する情報を待機します。 今回は、HALを使用して起動します（図4）



図 4



ディスクとプロセッサの使用率のグラフでは、両方ともブート時間のほぼすべてで最大限に使用されています。sReadAheadに感謝します。 Xが起動すると、すべてのデータが既にRAMキャッシュにあるため、ディスクから読み取る時間が必要ありません。 sReadAheadはFedoraのReadaheadに基づいていますが、カーネルから受信した読み取りデータリストを利用するように変更されています。 sReadAheadは既にmoblin.orgで公開されているはずです。カーネルのパッチは、ArjanがTed Ts'o（ext3ファイルシステムの開発者）と一緒に行うとすぐに投稿されます-会議中、Tedはディスク上のブロックを再編成する方法についていくつかの提案を行いましたさらに速度を上げます。



このプロジェクトには1つのハード制限があります。ディスクから読み取る75メガバイト-25 MB /秒の速度で3秒の情報転送-SSDドライブの制限。 「したがって、ファイル全体を読み取らないように強制されました。 私たちは実際に使用するファイルの一部のみを読み取ります」とArjan氏は述べています。 sReadAheadはディスクサブシステムのアイドル時間のみを使用するため、他の何かがディスクへのアクセスを必要とする場合、それを取得します。 先読みを使用せずに、システムは7秒で起動し、それを使用して-目標を達成します-5秒でロードします！



Xはまだ問題です。 「多くのXダメージを与える必要がありました」とArjan氏は言いました。 作業の一部は、シンボルテーブルを再利用してCコンパイラが起動しないようにすることを目的としていましたが、残りはより一時的なものでした。 Xの現在の開発方向は、機器の定義と構成のほとんどをカーネルに転送することを目的としています。これにより、総ロード時間が短縮されます。 カーネルの時間の一部は既に機器の決定に使用されていますが、この時間はより多くのデバイスを同時に初期化するために使用できます。時間のより効率的な使用、USBおよびATAと同時にビデオカードの初期化を行います。 開発者X Keith Packard（同じくIntelの従業員）が彼の助けを提供しました。 その結果、ビデオモードは、機器の残りの初期化中にカーネルによって設定されます（図3）。 提示されたクイックローディングシステムはGDM（パスワード入力画面）を使用せず、XFCE環境でユーザーセッションに直接ロードされます。 Arjanは、GDMの代わりに、最後のユーザーのセッションを読み込むが、パスワードを入力せずにシステムの使用をブロックするスクリーンセーバーとともに読み込むことを提案しました。 別のユーザーがログインしたい場合、「ユーザー切り替え」スクリーンセーバーボタンを使用する必要があります。



結論として、Arjanは次のように述べています。「「ロードを高速化する」にとどまらないでください。 これは問題の誤った説明です。 適切なタスクは、「ダウンロードを高速化する」ことです。 また、ラップトップで何らかのモジュールまたはsendmailが必要になるため、すべてのユーザーを待たせないでください。 ユーザーが実際に使用した分だけ支払うようにします。 ディストリビューションの開発者は、initrdディストリビューションと非initrdディストリビューションを別々に作成しないでください。「彼は後で言いました。」カーネルはinitrdなしで起動し、/ sbin / initが見えない場合にのみ使用する必要がありますルートファイルシステム）。」

PowerTOPは、Linuxソフトウェアのすべての分野でエネルギーを節約するために、さまざまな変更を引き起こしました。



図 5



会議は金曜日に終了しました（レポートは火曜日に行われました）。会議長のKyle McMartinは、FedoraとUbuntuの両方がダウンロードプロセスの不合理な遅延を修正し、拍手と承認をもたらしたと述べました。