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2022-05-29
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目录

启动过程

# 概述

# 从 System V Init 到 Systemd

System V Init 守护进程是一个基于运行级别的系统，它使用运行级别（单用户、多用户以及其他更多级别）和链接（位于 /etc/rc?.d 目录中，分别链接到 /etc/init.d 中的 Init 脚本）来启动和关闭系统服务。Upstart Init 守护进程则是基于事件的系统，它使用事件来启动和关闭系统服务。

近年来，Linux 系统的 Init 进程经历了两次重大的演进，传统的 System V Init 已经淡出历史舞台，新的 Init 系统 UpStart 和 Systemd 各有特点，而越来越多的 Linux 发行版采纳了 Systemd。

  • SystemV：只能串行启动。并且只管启动，不管实现，所以脚本需要处理各种情况，导致会很长。
  • UpStart：在 Ubuntu GNU/Linux 中实现的 init 替换守护进程，旨在异步启动进程。
  • Systemd: SystemV 的替代品，一个守护进程，旨在并行启动进程，想对于 init ，Systemd 复杂太多。在许多标准发行版中实现——Fedora、OpenSuSE、Arch、RHEL、CentOS 等。

拿 ubuntu 来说：

  1. Ubuntu 6.10 及以前版本使用 Sysvinit
  2. Ubuntu 14.10 及以前版本使用Upstart但是还留着 Sysvinit 并存。
  3. Ubuntu 15.04开始预设使用Systemd，但是可以在开机选项选择使用 Systemd 或 Upstart，但是不可同時使用Sysvinit 或 Upstart 并存。

# Systemd 概述

systemd 是一套用于 Linux 系统的基本构建块。它提供了一个系统和服务管理器，作为 PID 1 运行并启动系统的其余部分。

systemd 提供了并行化能力，使用套接字和 D-Bus 激活来启动服务，提供按需启动守护进程，使用 Linux 控制组跟踪进程，维护挂载和自动挂载点，并实现精细的基于事务依赖的服务控制逻辑。 systemd 支持 SysV 和 LSB 初始化脚本，可以替代 sysvinit。 其他部分包括日志守护程序、用于控制基本系统配置（如主机名、日期、区域设置）的实用程序、维护登录用户列表和正在运行的容器和虚拟机、系统帐户、运行时目录和设置，以及用于管理简单网络的守护程序配置、网络时间同步、日志转发和名称解析。

# 查看 Systemd 版本
systemctl --version
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Systemd 的优点是功能强大，使用方便，缺点是体系庞大，非常复杂。事实上，现在还有很多人反对使用 Systemd，理由就是它过于复杂，与操作系统的其他部分强耦合，违反"keep simple, keep stupid"的Unix 哲学 (opens new window)。

# 系统管理

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。

# systemctl

systemctl是 Systemd 的主命令，用于管理系统。

# 重启系统
$ sudo systemctl reboot

# 关闭系统，切断电源
$ sudo systemctl poweroff

# CPU停止工作
$ sudo systemctl halt

# 暂停系统
$ sudo systemctl suspend

# 让系统进入冬眠状态
$ sudo systemctl hibernate

# 让系统进入交互式休眠状态
$ sudo systemctl hybrid-sleep

# 启动进入救援状态（单用户状态）
$ sudo systemctl rescue
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# systemd-analyze

systemd-analyze命令用于查看启动耗时。

# 查看启动耗时
$ systemd-analyze                                                                                       

# 查看每个服务的启动耗时
$ systemd-analyze blame

# 显示瀑布状的启动过程流
$ systemd-analyze critical-chain

# 显示指定服务的启动流
$ systemd-analyze critical-chain network.service
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# hostnamectl

hostnamectl命令用于查看当前主机的信息。

# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

# 设置主机名。
$ sudo hostnamectl set-hostname node-88
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# localectl

localectl命令用于查看本地化设置。

# 查看本地化设置
$ localectl

# 设置本地化参数。
$ sudo localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8
$ sudo localectl set-keymap zh_CN
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# timedatectl

timedatectl命令用于查看当前时区设置。

# 查看当前时区设置
$ timedatectl

# 显示所有可用的时区
$ timedatectl list-timezones

# 设置当前时区
$ sudo timedatectl set-timezone Asia/Shanghai
$ sudo timedatectl set-time YYYY-MM-DD
$ sudo timedatectl set-time HH:MM:SS
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# loginctl

loginctl命令用于查看当前登录的用户。

# 列出当前session
$ loginctl list-sessions

# 列出当前登录用户
$ loginctl list-users

# 列出显示指定用户的信息
$ loginctl show-user root
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# Unit

# 含义

Unit 是 Systemd 管理服务的基本单元，可以认为每个服务就是一个 Unit，并使用一个 Unit 文件定义。在 Unit 文件中需要包含相应服务的描述、属性以及需要运行服务的命令。

Systemd主要有如下单元类型：

  • 系统服务（.service）；
  • 挂载点（.mount）；
  • 自动挂载点（.automount）；
  • 套接字（.socket）；
  • 系统设备（.device）；
  • 交换分区（.swap）；
  • 文件路径（.path）；
  • 启动目标（.target）；
  • 计时器（.timer）；
  • 不是由 Systemd 启动的外部进程（.scope）;
  • 进程组（.slice）;
  • Systemd 快照（.snapshot）;

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
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# 查看状态

systemctl status命令用于查看系统状态和单个 Unit 的状态。

# 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 [email protected] status httpd.service
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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。

# 显示某个 Unit 是否正在运行
$ systemctl is-active application.service

# 显示某个 Unit 是否处于启动失败状态
$ systemctl is-failed application.service

# 显示某个 Unit 服务是否建立了启动链接
$ systemctl is-enabled application.service
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# 管理

对于用户来说，最常用的是下面这些命令，用于启动和停止 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
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# 依赖关系

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。

$ systemctl list-dependencies nginx.service
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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。

$ systemctl list-dependencies --all nginx.service
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# 垃圾回收

当第一次引用一个单元时，系统和服务管理器会自动加载一个单元的配置。当不再需要该单元时，它将自动卸载单元配置和状态（垃圾回收）。可以通过多种不同的机制引用一个单元：

  1. 另一个加载的单元使用依赖项引用它，例如After=, Wants=, ...
  2. 设备当前正在启动、运行、重新加载或停止。
  3. 该 unit 目前在failed状态。
  4. 该单位的 job 处理等待状态。
  5. 该单元由一个活动的 IPC 客户端程序固定。
  6. 该单元是一个特殊的“永久”单元，始终处于活动状态并加载。永久单元的示例是根挂载单元或服务管理器本身所在-.mount的范围单元。init.scope
  7. 该单元具有与之关联的运行进程。

垃圾收集逻辑可以通过选项进行更改，该CollectMode=选项允许配置是否允许自动卸载处于failed状态的单元，见下文。

请注意，当一个单元的配置和状态被卸载时，所有执行结果，例如退出代码、退出信号、资源消耗和其他统计信息都会丢失，除了日志子系统中存储的内容。

使用systemctl daemon-reload或等效命令在单元已加载时重新加载单元配置。在这种情况下，所有配置设置都将被清除并替换为新配置（但可能不会立即生效），但是所有运行时状态都会被保存/恢复。

# Unit 的配置文件

# 概述

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

查看 Unit 配置文件都放在哪个位置，输出的路径按照加载优先级排序

systemctl show --property=UnitPath --no-pager
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UnitPath=/run/systemd/generator.early /etc/systemd/system /run/systemd/system /run/systemd/generator /usr/local/lib/systemd/system /usr/lib/systemd/system /run/systemd/generator.late
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  • /usr/lib/systemd/system/：软件包安装的单元
  • /etc/systemd/system/：系统管理员安装的单元

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

systemctl enable [email protected]
# 等同于
ln -s '/usr/lib/systemd/system/[email protected]' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/[email protected]'
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如果配置文件里面设置了开机启动，systemctl enable命令相当于激活开机启动。

与之对应的，systemctl disable命令用于在两个目录之间，撤销符号链接关系，相当于撤销开机启动。

systemctl disable [email protected]
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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。

# 状态

Unit 配置文件的状态不同于 Unit 的状态，配置文件状态主要标志着当前配置文件在启动时会被怎么处理。

systemctl list-unit-files命令用于列出所有配置文件。

# 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
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这个命令会输出一个列表。

systemctl list-unit-files
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UNIT FILE                                     STATE
proc-sys-fs-binfmt_misc.automount             static
dev-hugepages.mount                           enabled
dev-mqueue.mount                              static
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这个列表显示每个配置文件的状态，一共有四种：

  • enabled：已建立启动链接
  • disabled：没建立启动链接
  • 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
  • masked：该配置文件被禁止建立启动链接

注意，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。

systemctl status network.service
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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。

systemctl daemon-reload
systemctl restart httpd.service
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# 格式

配置文件就是普通的文本文件，可以用文本编辑器打开。

systemctl cat命令可以查看配置文件的内容。

systemctl cat sshd
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# /usr/lib/systemd/system/sshd.service
[Unit]
Description=OpenSSH server daemon
Documentation=man:sshd(8) man:sshd_config(5)
After=network.target sshd-keygen.service
Wants=sshd-keygen.service

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/etc/sysconfig/sshd
ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $OPTIONS
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
KillMode=process
Restart=on-failure
RestartSec=42s

[Install]
WantedBy=multi-user.target
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一个 INI 格式的配置文件，分为不同的 [section]

  • Unit
  • Service
  • Install

# Unit Section 配置

官方文档定义[Unit] Section Options (opens new window)

单元文件可能包含一个 [Unit] 部分，其中包含有关单元的通用信息，不依赖于单元的类型：

  • 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
  • Wants：与当前 Unit 配合的其他 Unit，如果它们没有运行，当前 Unit 不会启动失败
  • BindsTo：与Requires类似，它指定的 Unit 如果退出，会导致当前 Unit 停止运行
  • Before：如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前 Unit 之后启动
  • After：如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前 Unit 之前启动
  • Conflicts：这里指定的 Unit 不能与当前 Unit 同时运行
  • Condition...：当前 Unit 运行必须满足的条件，否则不会运行
  • Assert...：当前 Unit 运行必须满足的条件，否则会报启动失败

# Install Section 配置

官方文档定义[Install] Section Options (opens new window)

通常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。

  • 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
  • RequiredBy：它的值是一个或多个 Target，当前 Unit 激活时，符号链接会放入/etc/systemd/system目录下面以 Target 名 + .required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 Section 配置

官方文档定义[Service] Section Options (opens new window)

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。

  • Type：定义启动时的进程行为。它有以下几种值。
  • Type=simple：默认值，执行ExecStart指定的命令，启动主进程
  • Type=forking：以 fork 方式从父进程创建子进程，创建后父进程会立即退出
  • Type=oneshot：一次性进程，Systemd 会等当前服务退出，再继续往下执行
  • Type=dbus：当前服务通过D-Bus启动
  • Type=notify：当前服务启动完毕，会通知Systemd，再继续往下执行
  • Type=idle：若有其他任务执行完毕，当前服务才会运行
  • ExecStart：启动当前服务的命令
  • ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
  • ExecStartPost：启动当前服务之后执行的命令
  • ExecReload：重启当前服务时执行的命令
  • ExecStop：停止当前服务时执行的命令
  • ExecStopPost：停止当其服务之后执行的命令
  • RestartSec：自动重启当前服务间隔的秒数
  • Restart：定义何种情况 Systemd 会自动重启当前服务，可能的值包括always（总是重启）、on-success、on-failure、on-abnormal、on-abort、on-watchdog
  • TimeoutSec：定义 Systemd 停止当前服务之前等待的秒数
  • Environment：指定环境变量

# Target

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 。启动某个 Target 的时候，Systemd 就会启动里面所有的 Unit。从这个意义上说，Target 这个概念类似于"状态点"，启动某个 Target 就好比启动到某种状态。

传统的init启动模式里面，有 RunLevel 的概念，跟 Target 的作用很类似。不同的是，RunLevel 是互斥的，不可能多个 RunLevel 同时启动，但是多个 Target 可以同时启动。

# 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
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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
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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。

# 日志管理

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。

journalctl功能强大，用法非常多。

# 查看所有日志（默认情况下 ，只保存本次启动的日志）
$ sudo journalctl

# 查看内核日志（不显示应用日志）
$ sudo journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志
$ sudo journalctl -b
$ sudo journalctl -b -0

# 查看上一次启动的日志（需更改设置）
$ sudo journalctl -b -1

# 查看指定时间的日志
$ sudo journalctl --since="2012-10-30 18:17:16"
$ sudo journalctl --since "20 min ago"
$ sudo journalctl --since yesterday
$ sudo journalctl --since "2015-01-10" --until "2015-01-11 03:00"
$ sudo journalctl --since 09:00 --until "1 hour ago"

# 显示尾部的最新10行日志
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 查看指定服务的日志
$ sudo journalctl /usr/lib/systemd/systemd

# 查看指定进程的日志
$ sudo journalctl _PID=1

# 查看某个路径的脚本的日志
$ sudo journalctl /usr/bin/bash

# 查看指定用户的日志
$ sudo journalctl _UID=33 --since today

# 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

# 合并显示多个 Unit 的日志
$ journalctl -u nginx.service -u php-fpm.service --since today

# 查看指定优先级（及其以上级别）的日志，共有8级
# 0: emerg
# 1: alert
# 2: crit
# 3: err
# 4: warning
# 5: notice
# 6: info
# 7: debug
$ sudo journalctl -p err -b

# 日志默认分页输出，--no-pager 改为正常的标准输出
$ sudo journalctl --no-pager

# 以 JSON 格式（单行）输出
$ sudo journalctl -b -u nginx.service -o json

# 以 JSON 格式（多行）输出，可读性更好
$ sudo journalctl -b -u nginx.serviceqq
 -o json-pretty

# 显示日志占据的硬盘空间
$ sudo journalctl --disk-usage

# 指定日志文件占据的最大空间
$ sudo journalctl --vacuum-size=1G

# 指定日志文件保存多久
$ sudo journalctl --vacuum-time=1years
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