挑戰啟動極速 4 sreadahead分析

2021-05-18 02:23:19 字數 1645 閱讀 8699

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前面的blog提到利用sreadahead程式可以加快啟動,那麼究竟是它是利用什麼原理做到的呢?

其實,sreadahead程式的原理是在啟動時預先讀取啟動中需要的檔案載入到記憶體中,從而減少檔案等待時間。這個程式是arjan van de ven 寫的。

sreadahead的核心就是linux的readahead api。要達到目的需要做兩件事:記錄啟動過程中載入過的檔案資訊;在核心啟動啟動結束之後早啟動之前預讀取這些檔案。對於前者,arjan最早是通過hack ext3檔案系統的inode來實現的,並且新增加了ext3_ioc_inode_jiffies的ioctl呼叫。網上能查到的資料都是說這樣實現,實際上是錯誤的。這樣的做法,只能對ext3檔案系統起作用,為了達到通用和優化效率的目的,最新版本的patch改為對sys_open進行hook。

通過研讀源**可以發現,sreadahead的追蹤功能是通過對debugfs的tracing/current_tracer和tracing/tracing_enabled進行設定開啟的。**中對應的函式是trace_start。patch過的核心會啟動sys_open的hook,在記憶體中記錄下啟動過程中讀取過的檔案,以及其偏移位址和內容大小。

當程式呼叫trace_stop時,它會開啟debugfs中的tracing/trace,從而得到所有的檔案列表,然後記錄在ra陣列中。由於debugfs存在於記憶體中,程式最後會把資料儲存在pack檔案中(/var/lib/sreadahead/pack)。

下次啟動過程中sreadahead啟動後會先檢查pack檔案是否存在。如果存在,則從裡面讀取檔案資訊,並通過readahead系統呼叫把檔案讀入cache中。之後,lilinux如何需要讀取對應的檔案,就直接在記憶體中讀取。這裡的做法,實際上就是把零散的io讀操作集中在一起(起了四個執行緒,依次讀取檔案列表中的檔案),只是減少了等待時間,檔案讀取時間沒有節省。

乙個需要提到的內容是檔案系統的readahead引數。我們知道linux檔案系統優化措施之一就是readahead(預讀取),在正常的檔案讀取操作中,linux會預讀取請求內容後面的128kb內容存在記憶體中,如何應用程式繼續讀取,則直接從記憶體中讀取。在sreadahead程式中由於通常都是小檔案,128kb的預讀取對效能影響比較大,所有在執行讀取操作時程式會設定改引數為16kb(通過函式readahead_set_len實現)。

另外ubuntu的列表上有人提到trace_stop函式會對檔案列表進行氣泡排序和剔除重覆記錄(

sort_ra_by_name();

remove_dupes();

get_ra_blocks();

)使得程式很占用cpu。其實氣泡排序沒有什麼必要,就算一定要排序也可以延後到啟動完成之後再排序。

在實踐中,必須實際測試sreadahead的效能,因為小記憶體的系統已經報告使用了該程式反而使得啟動時間變長。

ubuntu維護了自己的實現(ureadahead),由scott james remnant 維護,原理是一樣的。

挑戰啟動極速 1

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