Linux Systemd Tutorial

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Publish：Nov 23, 2019

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1. Preface

历史上，Linux 的启动一直采用init进程。

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$ sudo /etc/init.d/apache2 start
# 或者
$ service apache2 start

这种方法有两个缺点:

启动时间长
启动脚本复杂

init 进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程。

init 进程只是执行启动脚本，不管其他事情。脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长。

2. Systemd (daemon)

Systemd 就是为了解决这些问题而诞生的。它的设计目标是，为系统的启动和管理提供一套完整的解决方案。

根据 Linux 惯例，字母d是守护进程（daemon）的缩写。 Systemd 这个名字的含义，就是它要守护整个系统。

Systemd Author: Lennart Poettering

Linux OS Daemon management tool Systemd 。它是 OS 的一部分，直接与 kernel 交互，性能棒，功能强。我们完全可以将程序交给 Systemd ，让系统统一管理，成为真正意义上的系统服务。

1 2	查看 Systemd 的版本。 $ systemctl --version

3. System management

Systemd 并不是一个命令，而是一组命令，涉及到系统管理的方方面面。

Systemd 架构图

4. Unit

Systemd 可以管理所有系统资源。不同的资源统称为 Unit（单位）。

4.1 Unit definition

Unit 一共分成12种:

Service unit：系统服务

Target unit：多个 Unit 构成的一个组

Device Unit：硬件设备

Mount Unit：文件系统的挂载点

Automount Unit：自动挂载点

Path Unit：文件或路径

Scope Unit：不是由 Systemd 启动的外部进程

Slice Unit：进程组

Snapshot Unit：Systemd 快照，可以切回某个快照

Socket Unit：进程间通信的 socket

Swap Unit：swap 文件

Timer Unit：定时器

systemctl list-units 命令可以查看当前系统的所有 Unit

# 列出正在运行的 Unit
$ systemctl list-units

# 列出所有Unit，包括没有找到配置文件的或者启动失败的
$ systemctl list-units --all

# 列出所有没有运行的 Unit
$ systemctl list-units --all --state=inactive

# 列出所有加载失败的 Unit
$ systemctl list-units --failed

# 列出所有正在运行的、类型为 service 的 Unit
$ systemctl list-units --type=service

4.2 Unit status

# 显示系统状态
$ systemctl status

# 显示单个 Unit 的状态
$ sysystemctl status bluetooth.service

# 显示远程主机的某个 Unit 的状态
$ systemctl -H root@rhel7.example.com status httpd.service

除了 status 命令， systemctl 还提供了三个查询状态的简单方法，主要供脚本内部的判断语句使用。

4.3 Unit management

对于用户来说，最常用的是下面这些命令，用于 start 和 stop Unit（主要是 service）

# 立即启动一个服务
$ sudo systemctl start apache.service

# 立即停止一个服务
$ sudo systemctl stop apache.service

# 重启一个服务
$ sudo systemctl restart apache.service

# 杀死一个服务的所有子进程
$ sudo systemctl kill apache.service

# 重新加载一个服务的配置文件
$ sudo systemctl reload apache.service

# 重载所有修改过的配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 显示某个 Unit 的所有底层参数
$ systemctl show httpd.service

# 显示某个 Unit 的指定属性的值
$ systemctl show -p CPUShares httpd.service

# 设置某个 Unit 的指定属性
$ sudo systemctl set-property httpd.service CPUShares=500

4.4 Unit dependencies

Unit 之间存在依赖关系：A 依赖于 B，就意味着 Systemd 在启动 A 的时候，同时会去启动 B。

systemctl list-dependencies命令列出一个 Unit 的所有依赖

1	$ systemctl list-dependencies nginx.service

上面命令的输出结果之中，有些依赖是 Target 类型（详见下文），默认不会展开显示。如果要展开 Target，就需要使用–all参数

1	$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

5. Unit config

5.1 config overview

每一个 Unit 都有一个配置文件，告诉 Systemd 怎么启动这个 Unit 。

Systemd 默认从目录 /etc/systemd/system/ 读取配置文件。但是，里面存放的大部分文件都是符号链接，指向目录 /usr/lib/systemd/system/，真正的配置文件存放在那个目录。

systemctl enable 命令用于在上面两个目录之间，建立符号链接关系。

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$ sudo systemctl enable clamd@scan.service
# 等同于
$ sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/clamd@scan.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/clamd@scan.service'

配置文件的后缀名，就是该 Unit 的种类，比如 sshd.socket。如果省略，Systemd 默认后缀名为.service，所以 sshd 会被理解成 sshd.service。

5.2 config status

# 列出所有配置文件
$ systemctl list-unit-files

# 列出指定类型的配置文件
$ systemctl list-unit-files --type=service

这个命令会输出一个列表

$ systemctl list-unit-files

UNIT FILE              STATE
chronyd.service        enabled (已启动链接)
clamd@.service         static (该配置文件没有[Install]部分（无法执行），只能作为其他配置文件的依赖)
clamd@scan.service     disabled (没建立启动链接)

从配置文件的状态无法看出，该 Unit 是否正在运行。这必须执行前面提到的 systemctl status 命令

1	$ systemctl status bluetooth.service

一旦修改配置文件，就要让 SystemD 重新加载配置文件，然后重新启动，否则修改不会生效。

1 2	$ sudo systemctl daemon-reload $ sudo systemctl restart httpd.service

5.3 config format

systemctl cat service_name 命令可以查看配置文件的内容

$ systemctl cat atd.service

[Unit]
Description=ATD daemon

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/bin/atd

[Install]
WantedBy=multi-user.target

注意，键值对的等号两侧不能有空格

5.4 config block

[Unit]区块是配置文件的第一个区块，用来定义 Unit 的元数据及配置与其他 Unit 的关系。它的主要字段如下。

field	desc
Description	简短描述
Documentation	文档地址
Requires	当前 Unit 依赖的其他 Unit，如果它们没有运行，当前 Unit 会启动失败
…	…
Assert…	当前 Unit 运行必须满足的条件，否则会报启动失败

[Install]区块是配置文件的最后一个区块，用来定义如何启动，以及是否开机启动。它的主要字段如下。

field	desc
WantedBy	它的值是一个或多个 Target，当前 Unit 激活时（enable）符号链接会放入/etc/systemd/system目录下面以 Target 名 + .wants后缀构成的子目录中.
…	…
Alias	当前 Unit 可用于启动的别名
Also	当前 Unit 激活（enable）时，会被同时激活的其他 Unit

[Service]区块用来 Service 的配置，只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段如下。

field	desc
Type	定义启动时的进程行为。它有以下几种值。
…	…
Environment	指定环境变量

Unit 配置文件的完整字段清单，请参考官方文档.

6. Target (units)

启动计算机的时候，需要启动大量的 Unit。如果每一次启动，都要一一写明本次启动需要哪些 Unit，显然非常不方便。Systemd 的解决方案就是 Target。简单说，Target 就是一个 Unit 组，包含许多相关的 Unit 。

# 查看当前系统的所有 Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

# 查看一个 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 查看启动时的默认 Target
$ systemctl get-default

# 设置启动时的默认 Target
$ sudo systemctl set-default multi-user.target

# 切换 Target 时，默认不关闭前一个 Target 启动的进程，
# systemctl isolate 命令改变这种行为，
# 关闭前一个 Target 里面所有不属于后一个 Target 的进程
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

Target 与传统 RunLevel 的对应关系如下:

Traditional runlevel      New target name     Symbolically linked to...

Runlevel 0           |    runlevel0.target -> poweroff.target
Runlevel 1           |    runlevel1.target -> rescue.target
Runlevel 2           |    runlevel2.target -> multi-user.target
Runlevel 3           |    runlevel3.target -> multi-user.target
Runlevel 4           |    runlevel4.target -> multi-user.target
Runlevel 5           |    runlevel5.target -> graphical.target
Runlevel 6           |    runlevel6.target -> reboot.target

7. Log management

Systemd 统一管理所有 Unit 的启动日志。带来的好处就是，可以只用 journalctl 一个命令，查看所有日志（内核日志和应用日志）。日志的配置文件是 /etc/systemd/journald.conf。

# 查看某个 Unit 的日志
$ sudo journalctl -u nginx.service
$ sudo journalctl -u nginx.service --since today

# 实时滚动显示某个 Unit 的最新日志
$ sudo journalctl -u nginx.service -f

它与init进程的主要差别如下

（1）默认的 RunLevel（在/etc/inittab文件设置）现在被默认的 Target 取代，位置是/etc/systemd/system/default.target，通常符号链接到graphical.target（图形界面）或者multi-user.target（多用户命令行）。

（2）启动脚本的位置，以前是/etc/init.d目录，符号链接到不同的 RunLevel 目录 （比如/etc/rc3.d、/etc/rc5.d等），现在则存放在/lib/systemd/system和/etc/systemd/system目录。

（3）配置文件的位置，以前init进程的配置文件是/etc/inittab，各种服务的配置文件存放在/etc/sysconfig目录。现在的配置文件主要存放在/lib/systemd目录，在/etc/systemd目录里面的修改可以覆盖原始设置。