嵌入式Linux性能優化

什麼是嵌入式系統？

嵌入式系統（Embedded System），是一種嵌入機械或電氣系統内部、具有專一功能和實時計算性能的計算機系統。[1][2]嵌入式系統常被用于高效控制許多常見裝置，被嵌入的系統通常是包含數字硬體和機械部件的完整裝置，例如汽車的防鎖死刹車系統。相反，通用計算機如個人電腦則設計靈活，可以智能處理各式各樣的運算情況，以滿足廣大終端使用者不同的需要。

現代嵌入式系統通常是基于微控制器（如含內建記憶體和/或外設接口的中央處理單元）的，但在較複雜的系統中普通微處理器（使用外部存儲晶片和外設接口電路）也很常見。通用型處理器、專門進行某類計算的處理器、為手持應用訂制設計的處理器等，都可能應用到嵌入式系統。常見的專用處理器有數字信号處理器。

嵌入式系統的關鍵特性是處理特定的任務，是以工程師能對其進行優化，以降低産品的體積和成本，提升可靠性和性能。

嵌入式系統的實體形态包括便攜裝置如計步器、電子手表和MP3播放器，大型固定裝置如交通燈、工廠控制器，大型複雜系統如混合動力汽車、磁共振成像裝置、航空電子裝置等。它們的複雜度低至單片機，高至大型底盤或外殼内安裝有多個部件、外設和網絡。

嵌入式Linux ?

嵌入式Linux 是嵌入式系統中比較主流的一種，其以Linux 為嵌入式裝置的作業系統，并廣泛用于消費電子，行動電話，航天航空電子中。其Wiki上如是描述:

嵌入式Linux（英語：Embedded Linux）是一類嵌入式作業系統的概稱，這類型的作業系統皆以Linux核心為基礎，被設計來使用于嵌入式裝置。這類作業系統被廣泛地使用在行動電話、個人數位助理（PDA）、媒體播放器以及衆多消費性電子裝置中。

比起發行版的Linux 系統，嵌入式Linux 以Linux 為藍本，進行了大規模的裁剪，隻保留目标平台需要用到的東西。其保留了Linux 的開放性，并且也具體嵌入式裝置的需求。

但是由于Linux 的龐大以及其為桌面伺服器系統的本質，是以在一些性能方面确實是無法達到預期目标，為此還有專門的社群分支基于Linux 開發了支援硬實時的RT分支版本。由于Linux 的相容性非常的好，是以嵌入式Linux的賤人顯然也是完美的。嵌入式裝置提供商可以按照自己的需求随意裁剪Linux 源碼，并添加自己的功能。

啥？嵌入式裝置的使用者體驗？

不管要做出什麼樣形态的産品，使用者體驗總是會被大家推崇到首位，你系統做的在牛逼，架構選的多麼的新穎，算法多麼的前無古人。假如你的産品用起來體驗很爛，照樣沒有客戶埋單。

使用者體驗又分為了好多類型，比如外觀、材質、手感這屬于外部的一個感官。俗稱顔值。比如玩王者農藥是否卡？費電嗎？防水嗎？能看VR嗎？美顔效果如何？這一類體驗屬于互動體驗。互動體驗是内在。再比如還有一類人比較關心的就是是否有一些特色功能，比如紅外、虹膜、指紋。這些功能其實對于大多數的消費者而言都是錦上添花。但是對于一些極客而言，确實實打實的可用功能。歸到最後其實就是，始于顔值，陷于才華，忠于人品。

那麼你如果滿足了上述的要求，作為消費産品，又會回歸一個比較俗的話題，那就是價格。恩恩，扯遠了。

互動體驗的最終目的就是迅速，人機互動的響應很迅速。不過我任務對于大多數泛嵌入式終端産品來講，大多其實是無人值守的互動狀态。所謂無人值守，即是設定好了預期指令，可以在不需要人為互動的情況下，做出響應。比如交換機，路由器，中控器等。這些裝置大多是提供協作功能，其本身不需要太多的人機互動，更多的是用來做人機->機或者機->人機互動的通路。

這些裝置的要求，要比單純的人機互動裝置的響應要求更高。大家可以接受電腦或者手機重新開機一次，或者當機一次。但是無法忍受斷電，斷網。

還要優化什麼？

嵌入式系統裝置的優化目的大抵可以從下面幾個點去概括

增強系統的穩定性
加速系統和程式
減小系統和程式的體積(裁剪)
降低系統的功耗
提供系統的響應能力
成本群組合的優化效果
終極優化的政策

上述總結出自魅族的核心團隊大神吳老師總結的，我覺得概括的很全面，也很到位。

增強系統的穩定性

随着業務的增量變化，沒有百分之一百的穩定性，隻有百分之99.9的穩定性，我們的目标其實也就是百分之99.9的穩定性，這樣的系統才是最健壯的。

根據吳老師的描述，可以通過以下手段來進行穩定性的測試取樣，然後做評比。

- 盡量模拟各種潛在的應用場景，需要構造應用場景測試例。

- 使用各種壓力測試環境将系統上資源利用到極緻，采用Linux 現有的測試工具，可做成一套完整的測試流程。

- 采用标準的測試套件将整個系統的相容性(是否符合标準)、完整性(功能是否完善)、健壯性(是否容易Crash)。

Linux 标準測試套件

Linux Test Project – 可靠性，穩定性。覆寫測試(runalltest.sh),壓力測試(ltpstres.sh)。
Open Posix Test Suite – 一緻性、功能、壓力（make tests-pretty)。
LSB Platform Specification – Linux App Checker。
ELC Platform Specification – 嵌入式Linux 标準測試架構。
Phoronix Test Suite – Hardware Platform Test Suite。

Linux 硬體測試工具以及功能測試相關工具

處理器：cpuburn(FPU) + gkrellm + lm_sensor 壓力測試
圖形處理器：Neocore (3D), NenaMark(OpenGPL ES 2.0)
記憶體：memtest86+, memtester，CPU廠商自帶的bootloaderi/xloader
序列槽：minicom, cat /dev/ttyS0, cat /dev/ttyUSB0
閃存(NOR/NAND)：mtd-utils, flash_eraseall, flashcp
聲霸卡：alsa-utils, amixer, alsamixer, aplay /dev/urandom;mplayer -ao alsa|oss
攝像頭：v4l2, mplayer tv://dev/video0
USB：usbutils, lsusb; usbstress,可挂載儲存設備測試
顯示卡/LCD: mplayer, directfb, directfb-examples
I2C: i2c-tools, i2cdetect -l, i2cget, i2cset, i2cdump
RTC：util-linux, date + hwclock -r/-w
傳感器：lm-sensors, sensors, gkrellm
鍵盤/滑鼠：showkey; xdotool(simulate)
功能鍵：/sys/class/input/; HAL+Dbus, hotkey.py
觸摸屏：Tslib
觸摸闆：gpointing-device-settings, tpconfig
磁盤：hdparm; hddtemp; badblocks -s -v /dev/sda1;smartctl -a /dev/ad0,blkid,sg-utils
以太網、無線、藍牙：/sys/net/, ethtool, dhclient, ifconfig, ping -IethX -s psize -f, netperf -A -l, network-manager, wireshark,netsniff-ng
FC,ISCSI: targetcli,lio,iscsitarget