应用程序启动速度优化

Mac OS/Android下的Static Initializer

Mozilla工程师通过优化Static Initializer(静态初始化，或全局建构函数, Global Constructor)和Binary布局来提升FireFox启动速度的文章，非常有参考价值。文章中以x86及x86-64平台为基础，下面加了Mac OS及Android上的binary布局。

什么是Static Initializer? 简而言之就是全局C++对象的初始化。有人笑称一个C++程序的main()函数执行之前，可能该做事都做完了，这就是Static Initializer的影响。如果里面又有一层层依赖引用，就会大大影响启动时间。下面是一个示例程序:

MyClass oneClass(0x010203); const MyClass twoClass(0x010204); attribute ((constructor)) void foo(void) { printf(“foo is running and printf is available at this point\n”); } int main(int argc, const char * argv[]) { //do something here… }

前两个对象oneClass和twoClass即是使用了静态初始化的两个对象， 而foo函数则通过编译选项强制放到程序的初始化段(init segement)中，在程序初始化时就会执行。以下即最终在Mac OS上的布局:在Android ARM ELF中则是下面这个布局:

 
FireFox的优化
 
在Mozilla工程师的文章[链接]中,基于Firefox 4.0b8在x86及x86-64的测试数据发现如下的平均启动时间:
                                          平均启动时间(ms)       Pages Read       Bytes Read      
           x86       3,228.76 ± 0.57%       4,787       19,607,552      
           x86-64       3,382.0 ± 0.51%       5,874       24,059,904      
    
        
使用systemtap[链接]可以得到一个访问核心库libxul.so的access pattern:  
                                 红点表示从磁盘加载的页数
                         红线则是在文件中的定位(seek)操作
                         背景中的色块代表了.rel.dyn/.rela.syn(红色)，.text(粉色),.rodata(绿色),.data.rel.ro(淡绿色)。 
        
Static Initializers
 在开始时那些垂直的线段正是Static Initializers运行的时间，占去了不少的时间。解决之道就是减少static initializers，特别留心那些全局变量、静态变量。 
以这种方法分析了一下，一共有237个static initializers,其中147是由cycle collection globals所引入的。经过修正后cycle collection的全局对象降到一个，整个情况并未有大的改观: 
                                          平均启动时间(ms)       Pages Read       Bytes Read      
           x86       3,216.1 ± 0.59%       4,656       19,070,976      
           x86-64       3,488.14 ± 0.75%       5,759       23,588,864      
    
        
以下是新的I/O access pattern:  
 I/O虽然有所降低，其实还有许多其它内容的读操作在static initialization前已经发生了，所以还有别的工作需要做。
Reordering objects
另一工作即是重新布局binary, 让内核需要的数据可以尽快获取。之前Taras的一个研究发现只要做些toolchain上的变更就可以实现。
使用Taras的icegrind做了优化后，改进变得明显了:
                                          平均启动时间(ms)       Pages Read       Bytes Read      
           x86       2,939.18 ± 0.81%       4,129       16,912,384      
           x86-64       3,247.64 ± 0.68%       5,254       21,520,384      
    
        
I/O pattern:  
Packing Relocations
最后，再可以通过减少relocation段，来优化启动时间。这样可以有效降低I/O，以及dynamic relocations section，也能减小程序包。我使用的工具在这里。 参考:关于通过调整ELF优化启动时间 下面是最终的效果: 
                                          平均启动时间(ms)       Pages Read       Bytes Read      
           x86       3,149.32 ± 0.62%       4,443       18,198,528      
           x86-64       3,191.58 ± 0.62%       4,733       19,386,368      
    
        
I/O Pattern如下:  
这是一个晦涩的主题，非党值得深入研究，可以从作者提供的链接入手展开。我水平有限，抛砖引玉，期待着更为深入的阐述。
转载请注明出处: http://blog.csdn.net/horkychen
参考
  1. How to Make Startup Suck Less (Also Reduce Memory Usage!)
  2. Death by static initialization
  3. icegrind - Valgrind Plugin for optimizing Cold Startup
  4. Resolving ELF Relocation Name / Symbols
  5. Static initializers
  6. ELF for ARM Architecture

Mac OS/Android下的Static Initializer

FireFox的优化

Static Initializers

Reordering objects

Packing Relocations

参考

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