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