1. 冷啟動 (Cold Start) 一直是 Serverless 領域面臨的優化難題之一，華為云創新提出了基于進程級快照的冷啟動加速解決方案，致力于在用戶幾乎無感知的前提下，有效提升應用的冷啟動性能；

2. 特別的，Java 應用冷啟動速度慢的問題尤為突出。本文以 Java 場景為例，介紹華為云在冷啟動性能優化方面的探索歷程，并揭秘 90%+ 性能提升背后的技術實現原理。文末我們也提供了 Quick Start，幫助用戶更快地上手該新特性。

|問題引言：

Java 應用冷啟動速度面臨巨大挑戰

• 平臺側時間：

• 服務側時間：

• 框架復雜：Spring 作為一個企業級的框架，為了支持廣泛的應用需求，存在大量的可配置和初始化邏輯，并通過復雜的設計模式來支撐這種靈活性。例如，一個 spring-boot-web 的 hello world，依賴的 class 文件就多達 7404 個，見圖 2；
• JVM 的一次編譯，到處運行：類加載時，查找類、校驗類的開銷會隨著應用復雜度而增長；同時，在應用剛啟動時，方法還沒有完全被 JIT 編譯完成，因此大部分情況停留在解釋執行，影響了應用啟動的速度。

華為云的優化探索之路

• 與圖 1 對應，此階段一般占總耗時的 90% 左右。

• Restore 耗時是秒級，相當于將數十秒完整的初始化時間（在圖 1 的示例中）縮短至秒級 Restore 耗時，啟動性能提升了一個數量級

• 由于 Image File 是進程運行時的快照，在重建進程之后，會涉及到進程持有狀態的有效性更新。例如已建立的外部鏈接、加載到進程里的緩存信息等。故我們引入了 Restore Hook 的概念，提供手段讓業務對這些狀態進行刷新，詳見 Part IV。

1. 在 Source 機器上啟動微服務，通過健康檢查和初始化調用后，進行 Checkpoint，停止服務，生成進程快照信息；
2. 在 Source 機器上將進程快照信息和微服務所有相關依賴，進行壓縮，加密生成內存快照包，并上傳至云端存儲。
3. 在 Target 機器上從持久化存儲中下載對應微服務的內存快照包，進行解壓恢復。
4. 在 Target 機器上 Restore 微服務進程；

1. CRIU 首先通過操作系統的 /proc 目錄獲取指定進程和該進程下所有子進程的信息，包含文件描述符 (/proc/$pid/fd)、管道參數、網絡配置和內存映射文件 (/proc/$pid/maps) 等；
2. CRIU 接著通過 Linux 的 ptrace syscall 接口把一段特殊代碼動態注入到該進程的地址空間，通過執行該動態代碼，CRIU 以 UNIX 守護進程的方式收集 dumpee 進程存放在寄存器里的內存數據；
3. CRIU 將所有進程信息都收集完畢后，再次調用 ptrace 接口，去掉動態注入的代碼，恢復該進程的原有代碼；
4. CRIU 根據收集的進程內存信息，生成多個以功能分類的鏡像文件，并默認殺死進程，完成 Checkpoint；

1. CRIU 解析 Checkpoint 階段生成的鏡像文件，并分析多進程的共享資源；
2. CRIU 通過 Linux 的 fork 接口重新構建、恢復進程和其共享資源；
3. CRIU 恢復所有任務的資源，但不包含內存映射地址，定時器，線程等；
4. CRIU 根據鏡像文件重新映射內存空間，切換進程上下文，恢復進程的繼續執行，完成 Restore；

不難發現，Restore Hook 需要應用本身進行少量的代碼適配。為了進一步簡化應用的改造負擔，我們也進行了一種新的技術嘗試，可以理解其充當了用戶應用與 BaaS 之間的紐帶，通過狀態卸載等手段，對開發者透明，幫助應用完成狀態的自動化刷新。這部分探索會在后續的技術博文中跟大家分享，敬請期待。

|效果實測：

Java 冷啟動時延降低 90%+

基于華為云 FunctionGraph 的簡單實戰

|總結與展望