Linux 7中systemd工具详解

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纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。

Linux中Systemd工具的使用

Linux中Systemd工具的使用


1. 发展由来

历史上,Linux 的启动一直采用init进程,如sysvinitUpStart,下面的命令用来启动服务。

init方法有两个缺点

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  • 启动时间长
  • 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
  • 启动脚本复杂
  • 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

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。

使用了 Systemd,就不需要再用init了。Systemd 取代了initd,成为系统的第一个进程(PID 等于 1),其他进程都是它的子进程。

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。

systemd是目前Linux系统上主要的系统守护进程管理工具,由于init一方面对于进程的管理是串行化的,容易出现阻塞情况,另一方面init也仅仅是执行启动脚本,并不能对服务本身进行更多的管理。所以从CentOS 7开始也由systemd取代了init作为默认的系统进程管理工具。

systemd所管理的所有系统资源都称作Unit,通过systemd命令集可以方便的对这些Unit进行管理。比如systemctl、hostnamectl、timedatectl、localctl等命令,这些命令虽然改写了init时代用户的命令使用习惯(不再使用chkconfig、service等命令),但确实也提供了很大的便捷性。

下图为Systemd架构图

Linux中Systemd工具的使用


2. 特性说明

Systemd 新特性

  • 系统引导时实现服务并行启动
  • 按需激活进程
  • 系统状态快照
  • 基于依赖关系定义服务控制逻辑

关键特性

  • 基于socket的激活机制:socket与服务程序分离
  • 基于bus的激活机制
  • 基于device的激活机制
  • 基于path的激活机制
  • 系统快照:保存各unit的当前状态信息于持久存储设备中
  • 向后兼容sysv init脚本

不兼容

  • systemctl命令固定不变
  • 非由systemd启动的服务,systemctl无法与之通信

systemd 特点

  • 最新系统都采用systemd管理(RedHat7,CentOS7,Ubuntu15…)
  • CentOS7 支持开机并行启动服务,显著提高开机启动效率
  • CentOS7关机只关闭正在运行的服务,而CentOS6,全部都关闭一次。
  • CentOS7服务的启动与停止不再使用脚本进行管理,也就是/etc/init.d下不在有脚本。
  • CentOS7使用systemd解决原有模式缺陷,比如原有service不会关闭程序产生的子进程。

3. 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。

3.1 systemctl 命令

systemctlSystemd 的主命令,用于管理系统。

例如:


3.3 hostnamectl 命令

hostnamectl命令用于查看当前主机的信息。


3.4 localectl 命令

localectl命令用于查看本地化设置。


3.5 timedatectl 命令

timedatectl 命令用于查看当前时区设置。


3.6 loginctl 命令

loginctl 命令用于查看当前登录的用户。


4. Unit 介绍

4.1 Unit 的含义

Systemd 可以管理所有系统资源,不同的资源统称为 Unit(单元)

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


4.2 Unit 的状态

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

  • 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 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)。


4.4 依赖关系

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

  • 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


5. Unit 配置文件

5.1 概述

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。配置文件存放于 /usr/lib/systemd/system/,设置开机启动后会在 /etc/systemd/system 目录建立软链接文件

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

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

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.service,所以sshd会被理解成sshd.service

  • 每个Unit的配置文件配置默认后缀名为.service
  • 在 /usr/lib/systemd/system/ 目录中分为 system 和 user 两个目录,一般将开机不登陆就能运行的程序存在系统服务里,也就是 /usr/lib/systemd/system
  • 配置文件使用方括号分成了多个部分,并且区分大小写

5.2 配置文件的状态

systemctl list-unit-files命令用于列出所有配置文件

  • 这个命令会输出一个列表

  • 这个列表显示每个配置文件的状态,一共有四种

  • 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。

  • 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。


5.3 配置文件的格式

systemctl cat命令可以查看配置文件的内容

  • 从上面的输出可以看到,配置文件分成几个区块。
  • 每个区块的第一行,是用方括号表示的区别名,比如[Unit]
  • 注意,配置文件的区块名和字段名,都是大小写敏感的。
  • 每个区块内部是一些等号连接的键值对。
  • 注意,键值对的等号两侧不能有空格。


5.4 配置文件的区块

  • [Unit]区块通常是配置文件的第一个区块,用来定义 Unit 的元数据,以及配置与其他 Unit 的关系。

  • [Install]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。

  • [Service]区块用来 Service 的配置,只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。


6. Target

6.1 Target 基本操作

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互斥的,不可能多个 RunLevel 同时启动,但是多个 Target 可以同时启动


6.2 Target 与 RunLevel 的对照


6.3 Target 与 init 的差别

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/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。


7. 日志管理

Systemd 统一管理所有 Unit 的启动日志

  • 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/etc/systemd/journald.conf

7.1 journalctl 用法


8. 实战教学

8.1 开机启动

对于那些支持 Systemd 的软件,安装的时候,会自动在/usr/lib/systemd/system目录添加一个配置文件。

如果你想让该软件开机启动,就执行下面的命令(以httpd.service为例)。

  • $ sudo systemctl enable httpd

上面的命令相当于在/etc/systemd/system目录添加一个符号链接,指向/usr/lib/systemd/system里面的httpd.service文件。

这是因为开机时,Systemd 只执行/etc/systemd/system 目录里面的配置文件。这也意味着,如果把修改后的配置文件放在该目录,就可以达到覆盖原始配置的效果。


8.2 启动服务

设置开机启动以后,软件并不会立即启动,必须等到下一次开机。如果想现在就运行该软件,那么要执行systemctl start命令。

  • $ sudo systemctl start httpd

执行上面的命令以后,有可能启动失败,因此要用systemctl status命令查看一下该服务的状态。

上面的字段含义

  • Loaded行:配置文件的位置,是否设为开机启动
  • Active行:表示正在运行
  • Main PID行:主进程ID
  • Status行:由应用本身(这里是httpd)提供的软件当前状态
  • CGroup块:应用的所有子进程
  • 日志块:应用的日志

8.3 停止服务

终止正在运行的服务,需要执行systemctl stop命令。

有时候,该命令可能没有响应,服务停不下来。这时候就不得不”杀进程”了,向正在运行的进程发出kill信号。

此外,重启服务要执行systemctl restart命令。


8.4 读懂配置文件

一个服务怎么启动,完全由它的配置文件决定。下面就来看,配置文件有些什么内容。

前面说过,配置文件主要放在/usr/lib/systemd/system目录,也可能在/etc/systemd/system目录。找到配置文件以后,使用文本编辑器打开即可。

systemctl cat命令可以用来查看配置文件,下面以sshd.service文件为例,它的作用是启动一个 SSH 服务器,供其他用户以 SSH 方式登录。


8.5 [Unit]区块:启动顺序与依赖关系

Unit区块Description字段给出当前服务的简单描述,Documentation字段给出文档位置。

接下来的设置是启动顺序和依赖关系,这个比较重要。

  • After字段:表示如果network.target或sshd-keygen.service需要启动,那么sshd.service应该在它们之后启动。

相应地,还有一个Before字段,定义sshd.service应该在哪些服务之前启动。

注意,AfterBefore字段只涉及启动顺序,不涉及依赖关系。

举例来说,某 Web 应用需要 postgresql 数据库储存数据。在配置文件中,它只定义要在 postgresql 之后启动,而没有定义依赖 postgresql 。上线后,由于某种原因,postgresql 需要重新启动,在停止服务期间,该 Web 应用就会无法建立数据库连接。

设置依赖关系,需要使用Wants字段和Requires字段。

  • Wants字段:表示sshd.service与sshd-keygen.service之间存在"弱依赖"关系,即如果"sshd-keygen.service"启动失败或停止运行,不影响sshd.service继续执行。

Requires字段则表示强依赖关系,即如果该服务启动失败或异常退出,那么sshd.service也必须退出。

注意,Wants字段与Requires字段只涉及依赖关系,与启动顺序无关,默认情况下是同时启动的。


8.6 [Service] 区块:启动行为

Service区块定义如何启动当前服务

8.6.1 启动命令

许多软件都有自己的环境参数文件,该文件可以用EnvironmentFile字段读取。

  • EnvironmentFile字段:指定当前服务的环境参数文件。该文件内部的key=value键值对,可以用$key的形式,在当前配置文件中获取。

上面的例子中,sshd 的环境参数文件是/etc/sysconfig/sshd

配置文件里面最重要的字段是ExecStart

  • ExecStart字段:定义启动进程时执行的命令。

上面的例子中,启动sshd,执行的命令是/usr/sbin/sshd -D $OPTIONS,其中的变量$OPTIONS就来自EnvironmentFile字段指定的环境参数文件。

与之作用相似的,还有如下这些字段

  • 请看下面的例子

  • 上面这个配置文件,第二行 ExecStart 设为空值,等于取消了第一行的设置,运行结果如下。

所有的启动设置之前,都可以加上一个连词号(-),表示”抑制错误”,即发生错误的时候,不影响其他命令的执行。比如,EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/sshd(注意等号后面的那个连词号),就表示即使/etc/sysconfig/sshd文件不存在,也不会抛出错误。


8.6.2 启动类型

Type字段定义启动类型,它可以设置的值如下。

下面是一个oneshot的例子,笔记本电脑启动时,要把触摸板关掉,配置文件可以这样写。

上面的配置文件,启动类型设为oneshot,就表明这个服务只要运行一次就够了,不需要长期运行。

如果关闭以后,将来某个时候还想打开,配置文件修改如下。

上面配置文件中,RemainAfterExit字段设为yes,表示进程退出以后,服务仍然保持执行。这样的话,一旦使用systemctl stop命令停止服务,ExecStop指定的命令就会执行,从而重新开启触摸板。


8.6.3 重启行为

Service区块有一些字段,定义了重启行为。

  • KillMode字段:定义 Systemd 如何停止 sshd 服务。

上面这个例子中,将KillMode设为process,表示只停止主进程,不停止任何sshd 子进程,即子进程打开的 SSH session 仍然保持连接。这个设置不太常见,但对 sshd 很重要,否则你停止服务的时候,会连自己打开的 SSH session 一起杀掉。

KillMode字段可以设置的值如下

接下来是Restart字段

  • Restart字段:定义了 sshd 退出后,Systemd 的重启方式。

上面的例子中,Restart设为on-failure,表示任何意外的失败,就将重启sshd。如果 sshd 正常停止(比如执行systemctl stop命令),它就不会重启。

Restart字段可以设置的值如下

对于守护进程,推荐设为on-failure。对于那些允许发生错误退出的服务,可以设为on-abnormal。最后是RestartSec字段


8.7 [Install] 区块

Install区块,定义如何安装这个配置文件,即怎样做到开机启动

  • WantedBy字段:表示该服务所在的 Target

Target的含义是服务组,表示一组服务。WantedBy=multi-user.target指的是,sshd 所在的 Targetmulti-user.target

这个设置非常重要,因为执行systemctl enable sshd.service命令时,sshd.service的一个符号链接,就会放在/etc/systemd/system目录下面的multi-user.target.wants子目录之中。

Systemd 有默认的启动 Target

上面的结果表示,默认的启动 Targetmulti-user.target。在这个组里的所有服务,都将开机启动。这就是为什么systemctl enable命令能设置开机启动的原因。

使用 Target 的时候,systemctl list-dependencies命令和systemctl isolate命令也很有用。

常用的 Target 有两个

  • multi-user.target,表示多用户命令行状态
  • graphical.target,表示图形用户状态,它依赖于multi-user.target

8.8 Target 的配置文件

Target 自己的配置文件

注意,Target 配置文件里面没有启动命令。

上面字段含义


8.9 修改配置文件后重启

修改配置文件以后,需要重新加载配置文件,然后重新启动相关服务。


注意

1、Linux 6中是没有systemd的,也别想着去安装,只有Linux 7才能使用systemd

2、yum安装systemd命令:

9. 参考链接

https://www.escapelife.site/posts/68f06a0f.html

https://mp.weixin.qq.com/s/E-ZiMEcJkdyIp-W6f1ziQQ

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