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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:

  1. 启动时间长
  2. 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
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。

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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
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

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# 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

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# 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)

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# 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

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$ 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

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$ 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

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# 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

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$ 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

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$ 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。

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$ 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

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$ 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 。

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# 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:

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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

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# 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

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(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。

Reference

sudo