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1、 分类号 密级 UDC注1 学 位 论 文 AndroidAndroid 快速启动技术优化研究与实现快速启动技术优化研究与实现 （题名和副题名） 张方杰张方杰 （作者姓名） 指导教师 雷航雷航 教授教授 电子科技大学电子科技大学 成都成都 （姓名、职称、单位名称） 申请学位级别 硕士硕士 学科专业 计算机系统结构计算机系统结构 提交论文日期 2014.03 论文答辩日期 2014.05 学位授予单位和日期 电子科技大学电子科技大学 2014 年年 06 月月 日日 答辩委员会主席 评阅人 注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。 RESEARCH AND ACHIEVE ABOUT THE
2、OPTIMIZATION OF ANDROID FAST BOOT TECHNIQUE A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Computer Architecture Author: Fangjie Zhang Advisor: Hang Lei School : School of Computer Science void (*complete)(struct device *dev); int (*suspend)(struct devic
3、e *dev); int (*resume)(struct device *dev); int (*freeze)(struct device *dev); int (*thaw)(struct device *dev); int (*poweroff)(struct device *dev); int (*restore)(struct device *dev); int (*suspend_late)(struct device *dev); int (*resume_early)(struct device *dev); int (*freeze_late)(struct device
4、*dev); int (*thaw_early)(struct device *dev); int (*poweroff_late)(struct device *dev); int (*restore_early)(struct device *dev); int (*suspend_noirq)(struct device *dev); int (*resume_noirq)(struct device *dev); int (*freeze_noirq)(struct device *dev); int (*thaw_noirq)(struct device *dev); int (*p
5、oweroff_noirq)(struct device *dev); int (*restore_noirq)(struct device *dev); int (*runtime_suspend)(struct device *dev); int (*runtime_resume)(struct device *dev); int (*runtime_idle)(struct device *dev); ; 第三章 基于 Swsusp 的快速启动 15 起或者是恢复设备时，是按照 domain、type、class、bus 的优先顺序，调用dev_pm_ops 里面的回调函数。 当系统进入
6、suspend或是hibernation过程，在挂起阶段时，设备操作都会经历prepare，suspend，suspend_noirq。Prepare 是为了阻止新设备注册，因为子系统和内核其他部分禁止新的探测方法。Suspend 操作将禁止设备 IO 操作，保存设备的状态（寄存器），并使设备进入低功耗状态。Suspend_noirq 则是处理设备中断部分，使设备不再响应中断。当这些操作结束后，设备将不进行工作（IO 操作，中断处理），保存运行状态（供下次唤醒设备）进入低功耗状态。在恢复阶段，resume_noirq、resume、complete 等过程。resume_noirq 是进行一些
7、操作使设备能再次处理中断，可能会有一些其他恢复操作。resume 则利用保存的信息恢复设备到工作状态，使得其能处理 IO 请求。complete 即撤销 prepare 阶段的操作，使得能够注册新设备。 Linux 电源管理的入口是 sys 文件系统提供的/sys/power/state。在 Linux shell下输入 cat /sys/power/state 可以输出该系统支持的电源管理状态，一般会输出standy、mem、disk。在 shell 下输入 echo disk /sys/power/state，通过文件系统层，内核会执行 state_store 函数，通过判断输入字符串，s
8、tandy 和 mem 则执行pm_suspend 函数，disk 进入 hibernate 函数。pm_suspend 操作流程如下： 1. 开始会检查状态标志，接着调用 enter_state 函数，该函数开始也会检查状态有效性，进而同步文件系统，将磁盘脏页写回。 2. 然后进入 suspend_prepare 函数，分配一个虚拟终端输出 suspend 信息，并且发出一个 Notify 告知系统要进入 suspend 状态。 3. 接着调用 suspend_freeze_processes 冻结系统进程，之后返回到 enter_state继续调用suspend_devices_and_e
9、nter函数，该函数先挂起虚拟终端，此时就没有信息输出了。 4. 接着执行 dpm_suspend_start，该函数里面会遍历驱动模型建立好的设备链表，运行每个设备的 dev_pm_ops 接口里面的函数，此时是 prepare 和 suspend 等等，该函数返回后，设备链表里面的设备都已经被挂起。 5. 返回 enter_state 后面则执行 suspend_enter，该函数是将整个系统进入指定状态的最后操作，运行注册好的 suspend_ops 里面的函数，禁止 nonboot cpu，挂起 sysdev，最后将 cpu 设置低功耗状态。这样整系统都进入了 suspend 状态，等
10、待唤醒源唤起设备。 Android 的 suspend 过程和 Linux 类似，只是早期加入了 early_suspend 过程，Haibernation 和 suspend 操作原理类似，后续章节会分析改流程。 电子科技大学硕士学位论文 16 3.2 Swsusp 快速启动原理 Swsusp快速启动是基于电源管理机制suspend to disk （又称hibernation休眠） ，在关机的时候，将整个系统的状态，包括内存页面，处理器状态，协处理器状态，外部设备的状态（保存在内存中），按照一定格式制作成镜像保存在外部存储器 flash 中，下次开机的时候在内核启动阶段或是 bootloa
11、der 阶段完成后从 flash读取镜像，然后执行恢复流程，最后的结果是恢复到上次关机的状态。 synchronizing file systemsFreeze processAllocate memoryRestore systemSuspend devicesGenerate imagetriggerWrite imagePower off Start_kernelarchitecture initialization initializationInitcall0-3Initcall4-7Software resumeLoad imageCheck image Perform resto
12、ration procedureNormal bootEntry of resumeSubsys, filesystem, devices initiateCore, arch initiateBootloadersuspend flow resume flowNY图 3-2 Swsusp 快速启动 suspend 和 resume 流程 Swsusp 快速启动基于电源管理 hibernation，分为两个阶段，一个是 suspend阶段，另一个是 resume 阶段。Suspend 阶段为了保存系统状态，制作成镜像写到flash 设备上，包括设备状态，处理器和协处理器的状态，系统运行状态（系
13、统所有进程信息）。Resume 阶段是开机的时候经过启动引导以及 kernel 初始化后，读取镜像，恢复系统到上次关机制作镜像时的状态。Swsusp 快速启动 suspend 和resume 流程如图 3-2 所示。 第三章 基于 Swsusp 的快速启动 17 Swsusp 快速启动和 Android 正常启动区别在于内核启动完成后，快速启动是读取镜像，恢复系统至上次关机时的状态，正常启动则是正常启动 Android 应用系统，图 3-3 显示两者之间区别。 bootloaderKernel initInit 进程Native serviceAndroid servicesHome acti
14、vityAndroid正常启动快速启动bootloaderKernel init读取镜像恢复系统Android应用系统启动图 3-3 Android 正常启动与快速启动对比 3.2.1 suspend 流程 Suspend 流程主要分为几个阶段：准备工作、同步文件系统、冻结进程、挂起设备、创建镜像、写镜像、关机。入口是 echo disk /sys/power/state，进而内核执行 state_store 函数，state_store 函数判断输入的字符串，disk 则是要进行休眠则调用 hibernate 函数，该函数是整个休眠的核心，下面围绕该函数分析 suspend流程经历的各个阶段
15、。 3.2.1.1 准备工作 Haibernate 函数刚开始会做一些准备工作，会给 pm_mutex 加锁防止系统睡眠，接着发出一个 Notify 告知系统要休眠，后续接着生成一个系统内存的位图，该位图标记了系统所有内存页面，到后面生成镜像的时候会遍历系统内存页框，根据使用情况标记位图，供后续制作镜像使用。 电子科技大学硕士学位论文 18 3.2.1.2 同步文件系统 Linux 文件系统是基于缓存机制的，宗旨在于更快的访问文件。Linux 设备的内存大部分被磁盘缓存占据，内存缓存了文件 inode（索引节点）结构，buffer（文件磁盘块）结构，dentry（目录）结构，以及超级块等。同步文件系统是指将被修改过的块写回到文件中去，这样避免文件系统不一致导致信息丢失，在休眠前，这一过程非常必要。通过 sys_sync()函数实现，sys_sync 是一个很重要的系统调用。该函数会唤醒 pdflush 内核线程，其遍历超级块结构的脏 inode 链表，将脏inode 对应的块写回到块设备中。 3.2.1.3 冻结进程 后续的制
