Linux’s init system & systemd

一、init system

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1、计算机是如何启动的

以早期 Fedora 系统为例。

1、开机

2、BIOS 和 GRUB（引导加载程序）

3、Linux 内核启动后，init 进程 是在 Fedora 上启动的第一个进程。进程 ID （PID） 为 1。它是系统中所有其它进程的母亲，用于启动其他服务和守护程序。

2、各种 init system

对于上面介绍的 init 进程，各个不同的发行版采用了不同的 init 实现方式，即 init system（初始化系统）。

（1）System V (Sys V)

System V 是类 Unix 操作系统传统的也是首款初始化系统。

（2）Upstart

Upstart 是由 Ubuntu 的制造商开发的基于事件的初始化系统，用于替代 SysV初始化系统。

它用于 Ubuntu 9.10 - 14.10 版本和基于 RHEL 6 的系统中，之后的被 systemd 取代了。

（3）systemd

systemd 旨在以并行方式启动进程的 init 替换守护程序，以许多标准发行版（Fedora，OpenSuSE，Arch，RHEL，CentOS 等）实现。

Fedora 15 是第一个采用 systemd 而不是 upstart 的发行版。

CentOS 7 也跟上，抛弃了 6 的 SysV，改用 systemd。

（4）其他

还有一些其他的 init system：

• Launchd - mac 系统的 init system ，其实 systemd 的很多概念来源于此。

• Epoch - 基于简单性和服务管理的 init 替换守护进程，旨在启动单线程进程。

• Mudar - 用Python编写的 init 替换守护进程，在Pardus GNU / Linux上实现，旨在异步启动进程。

（5）总结

各种 init system 的所在目录：

• SysV：/etc/init.d
• UpStart： /usr/share/upstart
• systemd：/usr/lib/systemd

二、systemd

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因为鄙人用的最多的 linux 发行版是 CentOS 7 ，所以这里重点介绍 systemd。

1、介绍

（1）名字含义

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。

Linux 的守护进程都习惯加 d ，如 httpd，sshd……

（2）优点

• 传统的 SysV ，性能太低，主要原因是 init 是串行启动，前一个服务进程启动完成后下一个服务进程才能启动，这也就导致了 init 进程启动耗时比较长。而 systemd 是并行启动，恰恰解决了这点。

• 功能强大

• 使用方便

（3）缺点

• 体系庞大，非常复杂

  • 与操作系统的其他部分强耦合，违反"keep simple, keep stupid"的Unix 哲学

知乎上还有不少人吐槽 systemd，详见：systemd 为什么会有那么大的争议？

2、管理系统

前面介绍 systemd 的目标是要守护整个系统，所以他有很多管理系统的命令。

所以 Systemd 并不是一个命令，而是一组命令。

• systemctl是 Systemd 的主命令，用于管理系统。

  例如：

  • 重启系统 sudo systemctl reboot

  • 查看系统状态 sudo systemctl status

• systemd-analyze 命令用于查看启动耗时。

• hostnamectl 命令用于查看当前主机的信息。

• localectl 命令用于查看本地化设置。

• timedatectl 命令用于查看当前时区设置。

• loginctl 命令用于查看当前登录的用户。

3、管理系统资源

（1）unit —— 配置单元

systemd 把系统资源划分成12种 Unit：

• 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

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

1、查看 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

2、管理 unit （以管理单个服务为例）：

sudo systemctl start httpd.service
sudo systemctl stop httpd.service
sudo systemctl kill httpd.service

# 重启
sudo systemctl restart httpd.service  # restart = stop + start
# 重新加载配置文件
sudo systemctl reload httpd.service

# 显示某个 Unit 的运行状态
sudo systemctl status httpd.service

（2）unit 配置文件

每一个配置单元都有一个对应的配置文件。

比如一个 MySql 服务对应一个 mysql.service 文件。

配置文件的后缀名，就是该 Unit 的种类（上面介绍了 Unit 有 12 种分类 ），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。

1、（支持 Systemd 的软件会）自动生成配置文件

下面以 安装 mariadb 并设置开机自启 为例：

（1）sudo yum install mariadb mariadb-server

先用 yum 安装 mariadb。对于那些支持 Systemd 的软件，安装完成后，会自动在 /usr/lib/systemd/system 添加一个配置文件，这里叫 mariadb.service。

（2）sudo systemctl start mariadb.service

通过 systemctl 启动 mariadb.service。

（3）sudo systemctl enable mariadb.service

因为每次开机，Systemd 都会默认从 /etc/systemd/system/ 读取配置文件。 所以 systemctl enable 做的就是从 /etc/systemd/system/ 到 /usr/lib/systemd/system/mariadb.service 的一个软连接。

再加上mariadb.service这个 unit 配置文件里的 [Install] 定义了自启行为，所以 systemctl enable 也做到了开机自启。

（4）sudo systemctl disable mariadb.service

我们也可以撤销这个软连接，即撤销开机自启。

2、查看配置文件

（1）查看单个

以 sshd.service 为例：

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

[Install]
WantedBy=multi-user.target

关于字段的详细释义，可参考：http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/03/systemd-tutorial-part-two.html

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

# 显示某个 Unit 的依赖关系
$ systemctl list-dependencies httpd.service
$ systemctl list-dependencies --all httpd.service

（2）查看多个（列表）

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

在返回的列表里，显示的每个配置文件的状态，一共有 4 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

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。

3、修改（完）配置文件

修改配置文件需重新启动才能生效。

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

（3）target —— Unit 组

上面介绍了 Unit 有 12 种分类，其中一个叫 target ，他其实就是 Unit 组。

启动某个 Target 的时候，Systemd 就会启动里面所有的 Unit。

例如上面说到 安装 mariadb 并设置开机自启 时，其实 systemctl enable 做软连接的时候，/usr/lib/systemd/system 下的 mariadb.service 就被加入到 /etc/systemd/system 下 的 target ： multi-user.target.wants 中。即 Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/mariadb.service to /usr/lib/systemd/system/mariadb.service.

# 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

3、日志管理

Systemd 除了可以管理系统和系统资源，还统一管理所有 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）。

（1）查看日志

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

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 查看指定进程的日志
$ sudo journalctl _PID=1

# 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

（2）编辑日志配置

日志的配置文件位于/etc/systemd/journald.conf。

# 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

4、自己从零写一个 unit

待写

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参考资料

# Systemd 入门教程：命令篇

# Systemd 入门教程：实战篇