Linux Systemd 介绍-谢先斌的博客

systemd 是 Linux 系统的一种 中央化系统及设置管理程序（init），包括有守护进程、程序库以及应用软件组成。目标是解决系统服务间的依赖关系，并依此实现系统初始化时服务的并行启动，同时达到降低系统的开销。

历史

在旧的 Linux 中，服务启动一直采用 init 进程。如：

$ /etc/init.d/apache2 start
$ service apache2 start

缺点如下：

启动时间长：串行启动进程
启动脚本复杂：init 进程只是执行启动脚本，不管其他事情，因此脚本需要处理各种异常情况

介绍

Systemd 是 Linux 的系统启动器之一
在 Unix 中通常以 d 作为系统 守护进程（daemon） 的后缀标识。Systemd 就是它要守护整个系统的进程，因此其 pid 为 1。

$ systemctl --version
systemd 215
+PAM +AUDIT +SELINUX +IMA -APPARMOR +SMACK +SYSVINIT +UTMP +LIBCRYPTSETUP +GCRYPT +GNUTLS +ACL +XZ +LZ4 -SECCOMP +BLKID +ELFUTILS +KMOD +IDN
$ pstree 1
systemd─┬─AliSecGuard───6*[{AliSecGuard}]
        ├─AliYunDun───23*[{AliYunDun}]
...

$ ps -ef
UID          PID    PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root           1       0  0 12:07 ?        00:00:00 /lib/systemd/systemd
$ ls -lhart /sbin/init
lrwxrwxrwx 1 root root 20 Nov 21 21:10 /sbin/init -> /lib/systemd/systemd

常见 systemd unit 分类

systemctl -t help 查看 systemd 能管理的所有 unit 类型

systemctl -t help ...

$ systemctl -t help
Available unit types:
service
mount
swap
socket
target
device
automount
timer
path
slice
scope

.service Service units记录由 systemd 控制和监督的进程的信息
- 查看命令 systemctl list-unit-files --type service
- man systemd.service
.mount 系统的文件系统的挂载点
.swap 标识 swap 设备
.socket Socket units 定义进程通信用到的套接字，套接字与进程是分离的
- 包括 IPC 或 网络套接字 Socket 或 文件系统FIFO 的信息，用于 socket 的激活，由 systemd 控制和监督，如 systemctl cat docker.socket
.target Target units 是一组相关进程，定义系统启动的级别标签（用于单元分组和启动时作为同步点），systemd 没有运行级别的概念，创建标签只是为了兼容老版本
- multi-user.target 多用户模式，目录 /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.wants 中通过快捷键指定启动的服务
.device 定义系统启动时内核识别的文件
- systemd 提供了设备的管理功能，/dev 下的设备由 /etc/udev/ 下的配置文件与 .device 共同定制
.automount 定义文件系统的自动挂载点
.timer Timer units 定时器
- man systemd.timer
- systemctl list-unit-files --type timer
.path 用于定义文件系统中的一个文件或目录使用
- 常用于文件系统发生变化时，延迟激活服务
.slice Slice units 定义资源的分配组，进程组，是对一组进程的资源进行分级管理的概念
- systemctl list-unit-files --type slice
- slice 是一组按层级排列的单位
  - slice 并不包含进程，但会组建一个层级，并将 scope 和 service 都放置其中
  - 真正的进程包含在 scope 或 service 中
  - 在这一被划分层级的树中，每一个 slice 单位的名字对应通向层级中一个位置的路径
  - 小横线（-）起分离路径组件的作用
.scope Scope Unit（作用域单元）不是通过单元配置文件配置的，而是仅使用 systemd 的总线接口以编程方式创建
- 它们的命名与文件名类似，名称以 .scope 结尾的单元指的是 Scopes Units
- Scopes units 管理一组系统进程。与 Service Units 不同，Scopes units 管理外部创建的进程，不会自行分叉进程
所有的单元文件：
- systemctl list-unit-files [-t xxx]
- systemctl list-units --all --state=inactive

unit 文件路径

/etc/systemd/system 存放系统启动的及启动的 unit 的软连接，优先级最高
/lib/systemd/system 默认 units 文件路径，优先级次之
/usr/lib/systemd/system 用户自己定义的单元文件，优先级最低

unit 文件定义

systemctl cat <UnitName> 查看 unit 文件，它通常由 3 段组成：

[Unit]
...

[<Unit 类型，如 Service Target Socket>]
...

[Install]
...

说明：

[Unit] 字段如下
- Description 描述信息
- Documentation 文档或帮助文档，如 Documentation=man:sshd(8) man:sshd_config(5)
- After 表明需要依赖的服务，作用决定启动顺序，多个使用空格隔开 After=network.target auditd.service
- Before 表明被依赖的服务
- Requles 依赖到的其他unit，强依赖，即依赖的unit启动失败，该unit不启动
- Wants 依赖到的其他unit，弱依赖，即依赖的unit启动失败，该unit继续启动
- Conflicts 定义冲突关系
- Condition... 运行必须满足的条件，否则不会运行
  - ConditionPathExists 条件 ConditionPathExists=!/etc/ssh/sshd_not_to_be_run
- Assert... 运行必须满足的条件，否则会报启动失败
[<Unit 类型>] 参考
- [Service] 以 systemctl cat sshd.service 为例
  - Type 启动时关系的定义
    - simple ExecStart 启动的进程就是主进程
    - forking ExecStart 启动的进程生成的其中一个子进程成为主进程，启动完成后，旧的主进程会退出
    - ontshot 一次性进程，Systemd 会等当前服务退出，再继续往下执行
    - dbus 当前服务通过D-Bus启动
    - notify 当前服务启动完毕，会通知Systemd，再继续往下执行
    - idle 若有其他任务执行完毕，当前服务才会运行
  - PIDFile=/var/run/sshd.pid
  - EnvironmentFile=-/etc/default/ssh 环境变量的定义文件
  - ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS 启动 unit 需要执行的命令
  - ExecStartPre=/usr/sbin/sshd -t 启动 unit 服务之前执行的命令
  - ExecStartpost 启动 unit 服务之后执行的命令
  - ExecStop 停止 unit 需要执行的命令
  - ExecStopPost 停止当其服务之后执行的命令
  - Restart 定义什么情况 Systemd 会自动重启当前服务，值可以为：
    - no(default) 退出后不会重启
    - always 总是重启
    - on-success 只有正常退出时（退出状态码为0），才会重启
    - on-failure 非正常退出时（退出状态码非0），包括被信号终止和超时，才会重启
    - on-abnormal 只有被信号终止和超时，才会重启
    - on-abort 只有在收到没有捕捉到的信号终止时，才会重启
    - on-watchdog
  - ExecReload=/usr/sbin/sshd -t 重启当前服务时执行的命令
  - ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
  - KillMode=process 只停止主进程，不停止 sshd 的子进程，即子进程打开的 SSH session 仍然保持连接，参考
    - process 只杀主进程
    - control-group(default) 杀掉当前控制组里面的所有子进程，对于 .service 单元，先执行 ExecStop= 动作
    - mixed 向主进程发送 SIGTERM 信号量，在向该.service 单元 cgroup 内的所有子进程发送 SIGKILL 信号量
    - none 不杀掉任何进程，只是执行服务的 ExecStop= 动作，可能残留 cgroup 中的其他进程
  - KillSignal 设置杀死进程的信号量
  - RestartPreventExitStatus=255
  - RuntimeDirectory=sshd
  - RuntimeDirectoryMode=0755
  - RestartSec=30s
[Install] 服务启动或禁用时的一些选项
- Alias=sshd.service 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
- WantedBy=multi-user.target 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 <targetName>.wants 的子目录中
- RequlredBy 同上，也是 Target
最后，修改 unit 文件后需要执行 systemctl daemon-reload 重载生效

Target

Target 就是一个 Unit 组，包含许多相关的 Unit。解决一次批量启动多个 Unit 服务

# 查看默认启动的 Target
systemctl get-default

# 查看某个 Target 包含的所有 Unit
systemctl list-dependencies multi-user.target

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

# 设置启动时的默认 Target
sudo systemctl set-default 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

slice

slice：A group of hierarchically organized units that manage system process. 一组分级管理系统进程的单位
- 由程序⾃动创建或可⼿动创建
启动启动时默认的四种 slice，采用 systemd-cgls 查看层级关系：
- -.slice the root slice
- system.slice the default place for all system services
- user.slice the default place for all user sessions
- machine.slice(maybe) the default place for all virtual machines and Linux containers.

systemctl

man systemctl

管理命令

# 显示所有 Unit
systemctl --all

# 启动
systemctl start <UnitName>
systemctl -H root@<ip> status <UnitName>

# 条件式重启，服务之前是启动的则进行重启，如果服务没有启动则不进行操作
systemctl try-restart <UnitName>

# 关闭
systemctl stop <UnitName>

# 重启
systemctl restart <UnitName>

# 重载或重启：首先进行重载，如果重载不成功则进行重启
systemctl reload-or-restart <UnitName>

# 重载或条件式重启:
systemctl reload-or-try-restart <UnitName>

# 查看状态
systemctl status <UnitName>

# 开机启动
# 本质是建立软连接 sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/xxx.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/xxx.service'
systemctl enable <UnitName>

# 禁止开机启动
# 本质是删除上述软连接
systemctl disable <UnitName>

# 设置服务是否可以被用户设置开机启动状态
# 取消禁止
systemctl unmask <UnitName>

# 禁止
systemctl mask <UnitName>

# 查看服务的当前激活状态
systemctl is-active <UnitName>

# 查看所有已经激活的服务
# -t 指定显示的unit类型
# -a, --all 显示更加详细的信息列表
systemctl list-units
systemctl list-units -a
systemctl list-units -t service
systemctl list-units -t service -a
systemctl list-units -t slice
$ systemctl list-
list-automounts    list-jobs          list-paths         list-timers        list-units
list-dependencies  list-machines      list-sockets       list-unit-files

# 查看服务是否开机自启
systemctl is-enabled <UnitName>

# 查看服务的依赖关系
systemctl list-dependencies <UnitName>

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

# 杀死进程
systemctl kill <UnitName>

# 显示某个 Unit 的所有底层参数
systemctl show <UnitName>
# 查看 docker 的 OOM 策略
systemctl show docker | grep -i oom OOMPolicy=continue

# 查看 unit 配置
systemctl cat <UnitName>

# 重启
systemctl reboot

#
systemctl halt
systemctl poweroff

查看所有服务状态

# -a, --all 查看所有服务的状态
# -t, --type 指定查看的 unit 类型
systemctl list-unit-files

status 列说明：

enabled 开机启动
disabled 开机不启动
static 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
generated
enabled-runtime
masked 被禁止建立启动链接

set-property

查看更多细节 man systemd.resource-control

在支持的情况下，在运行时设置指定的单元属性。这允许在运行时更改配置参数属性，如资源控制设置。并非所有属性都可以在运行时更改，但许多资源控制设置（主要是 systemd.resource-control(5) 中的设置）可以更改。这些更改会立即应用，并存储在磁盘上，供未来启动时使用，除非通过了 --runtime 设置，在这种情况下，设置只会应用到下一次重启。属性赋值的语法与单元文件中的赋值语法非常相似。

示例：systemctl set-property foobar.service CPUWeight=200

如果指定的单元似乎处于非活动状态，则更改只会存储在磁盘上，如前所述，因此它们将在单元启动时生效。

请注意，该命令允许同时更改多个属性，这比单独设置要好。

示例：systemctl set-property foobar.service CPUWeight=200 MemoryMax=2G IPAccounting=yes

与单元文件配置设置一样，分配空设置通常会将属性重置为默认值。

示例：systemctl set-property avahi-daemon.service IPAddressDeny=

在 206 版中添加。

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

# 设置某个 Unit 的指定属性，限定 nginx.service 的 CPU 和内存占用量
sudo systemctl set-property nginx.service CPUShares=500 MemoryLimit=500M

# 临时更改，添加 --runtime 选项
systemctl set-property --runtime httpd.service CPUShares=600 MemoryLimit=500M

# CPUQuota

systemd 资源控制概念

以下参考

Systemd 提供了三种有助于控制资源的单元类型：

service 服务 封装了 systemd 根据配置启动和停止的大量进程。服务的命名方式与 quux.service 相同。
scope 作用域 封装了大量进程，这些进程由任意进程通过 fork() 启动和停止，然后在运行时以 PID1 注册。作用域的命名方式与 wuff.scope 相同。
slice 片段 可用于将多个服务和作用域以层次树的形式组合在一起。片段本身不包含进程，但其中包含的服务和片段却包含进程。切片的命名方式是 foobar-waldo.slice，切片在树中的位置路径在名称中以"-“作为路径分隔符进行编码（因此，foobar-waldo.slice 是 foobar.slice 的子切片）。还有一个特殊的片段定义，即-.slice，它是所有片段的根片段（foobar.slice 因此是-.slice 的子片段）。这与普通文件路径中的”/“表示根目录类似。

服务、作用域和切片单元直接映射到 cgroups 树中的对象。当这些单元被激活时，它们都会直接映射到根据单元名称建立的 cgroups 路径上（在某些字符转义的情况下）。例如，foobar-waldo.slice 片中的服务 quux.service 可以在 cgroups foobar.slice/foobar-waldo.slice/quux.service/ 中找到。

服务、作用域和片段可由管理员自由创建，也可由程序员动态创建。使用 systemd-cgls 查看层级

systemd-analyze

# 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 atd.service

loginctl

# 查看当前登录的用户
$ loginctl list-sessions
$ loginctl list-users
$ loginctl show-user root

Linux Systemd 介绍

历史

介绍