挑战启动极速(4)---sreadahead分析

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    前面的blog提到利用sreadahead程序可以加快启动，那么究竟是它是利用什么原理做到的呢？

    其实，sreadahead程序的原理是在启动时预先读取启动中需要的文件加载到内存中，从而减少文件等待时间。这个程序是Arjan van de Ven <arjan@linux.intel.com>写的。

    sreadahead的核心就是linux的readahead API。要达到目的需要做两件事：记录启动过程中加载过的文件信息；在内核启动启动结束之后早启动之前预读取这些文件。对于前者，Arjan最早是通过hack ext3文件系统的Inode来实现的，并且新增加了EXT3_IOC_INODE_JIFFIES的ioctl调用。网上能查到的资料都是说这样实现，实际上是错误的。这样的做法，只能对ext3文件系统起作用，为了达到通用和优化效率的目的，最新版本的patch改为对sys_open进行hook【1】。

    通过研读源代码可以发现，sreadahead的追踪功能是通过对debugfs的tracing/current_tracer和tracing/tracing_enabled进行设置打开的。代码中对应的函数是trace_start。patch过的内核会启动sys_open的Hook，在内存中记录下启动过程中读取过的文件，以及其偏移地址和内容大小。

     当程序调用trace_stop时，它会打开debugfs中的tracing/trace，从而得到所有的文件列表，然后记录在ra数组中。由于debugfs存在于内存中，程序最后会把数据保存在PACK文件中（/var/lib/sreadahead/pack）。

     下次启动过程中sreadahead启动后会先检查PACK文件是否存在。如果存在，则从里面读取文件信息，并通过readahead系统调用把文件读入cache中。之后，lilinux如何需要读取对应的文件，就直接在内存中读取。这里的做法，实际上就是把零散的IO读操作集中在一起（起了四个线程，依次读取文件列表中的文件），只是减少了等待时间，文件读取时间没有节省。

      一个需要提到的内容是文件系统的readahead参数。我们知道linux文件系统优化措施之一就是readahead（预读取），在正常的文件读取操作中，linux会预读取请求内容后面的128KB内容存在内存中，如何应用程序继续读取，则直接从内存中读取。在sreadahead程序中由于通常都是小文件，128KB的预读取对性能影响比较大，所有在执行读取操作时程序会设置改参数为16KB（通过函数readahead_set_len实现）。

     另外Ubuntu的列表上有人提到trace_stop函数会对文件列表进行冒泡排序和剔除重复记录（

    sort_ra_by_name();
    remove_dupes();
    get_ra_blocks();

）使得程序很占用CPU。其实冒泡排序没有什么必要，就算一定要排序也可以延后到启动完成之后再排序。

     在实践中，必须实际测试sreadahead的性能，因为小内存的系统已经报告使用了该程序反而使得启动时间变长。

     ubuntu维护了自己的实现（ureadahead）【2】，由Scott James Remnant 维护，原理是一样的。

参考文献：   

1.http://lkml.org/lkml/2009/1/27/296

2.https://edge.launchpad.net/ubuntu/+source/ureadahead