systemd的理解和systemctl使用

Posted 2020-10-03

Linux系统的启动方式有点复杂，而且总是有需要优化的地方。传统的Linux系统启动过程主要由著名的init进程（也被称为SysV init启动系统）处理，而基于init的启动系统被认为有效率不足的问题，systemd是Linux系统机器的另一种启动方式，宣称弥补了以传统Linux SysV init为基础的系统的缺点。银河麒麟操作系统V4版采用了systemd。

理解Linux启动过程

在我们打开Linux电脑的电源后第一个启动的进程就是init。分配给init进程的PID是1。它是系统其他所有进程的父进程。当一台Linux电脑启动后，处理器会先在系统存储中查找Bios，之后BIOS会检测系统资源然后找到第一个引导设备，通常为硬盘，然后会查找硬盘的主引导记录（MBR），然后加载到内存中并把控制权交给它，以后的启动过程就由MBR控制。

主引导记录会初始化引导程序（Linux上有两个著名的引导程序，GRUB和LILO，80%的Linux系统在用GRUB引导程序），这个时候GRUB或LILO会加载内核模块。内核会马上查找/sbin下的“init”程序并执行它。从这里开始init成为了Linux系统的父进程。init读取的第一个文件是/etc/inittab，通过它init会确定我们Linux操作系统的运行级别。它会从文件/etc/fstab里查找分区表信息然后做相应的挂载。然后init会启动/etc/init.d里指定的默认启动级别的所有服务/脚本。所有服务在这里通过init一个一个被初始化。在这个过程里，init每次只启动一个服务，所有服务/守护进程都在后台执行并由init来管理。

关机过程差不多是相反的过程，首先init停止所有服务，最后阶段会卸载文件系统。

以上提到的启动过程有一些不足的地方。而用一种更好的方式来替代传统init的需求已经存在很长时间了。也产生了许多替代方案。其中比较著名的有Upstart，Epoch，Muda和Systemd。而Systemd获得最多关注并被认为是目前最佳的方案。

理解Systemd

开发Systemd的主要目的就是减少系统引导时间和计算开销。Systemd（系统管理守护进程），最开始以GNU GPL协议授权开发，现在已转为使用GNU LGPL协议，它是如今讨论最热烈的引导和服务管理程序。如果你的Linux系统配置为使用Systemd引导程序，它取替传统的SysV init，启动过程将交给systemd处理。Systemd的一个核心功能是它同时支持SysV init的后开机启动脚本。

Systemd引入了并行启动的概念，它会为每个需要启动的守护进程建立一个套接字，这些套接字对于使用它们的进程来说是抽象的，这样它们可以允许不同守护进程之间进行交互。Systemd会创建新进程并为每个进程分配一个控制组（cgroup）。处于不同控制组的进程之间可以通过内核来互相通信。systemd处理开机启动进程的方式非常漂亮，和传统基于init的系统比起来优化了太多。让我们看下Systemd的一些核心功能。

• 和init比起来引导过程简化了很多

• Systemd支持并发引导过程从而可以更快启动

• 通过控制组来追踪进程，而不是PID

• 优化了处理引导过程和服务之间依赖的方式

• 支持系统快照和恢复

• 监控已启动的服务；也支持重启已崩溃服务

• 包含了systemd-login模块用于控制用户登录

• 支持加载和卸载组件

• 低内存使用痕迹以及任务调度能力

• 记录事件的Journald模块和记录系统日志的syslogd模块

Systemd同时也清晰地处理了系统关机过程。在麒麟操作系统中，在/lib/systemd/system目录下有三个脚本，分别叫systemd-halt.service，systemd-poweroff.service，systemd-reboot.service。这几个脚本会在用户选择关机，重启或待机时执行。在接收到关机事件时，systemd首先卸载所有文件系统并停止所有内存交换设备，断开存储设备，之后停止所有剩下的进程。

Systemd结构概览

让我们看一下Linux系统在使用systemd作为引导程序时的开机启动过程的结构性细节。为了简单，我们将在下面按步骤列出来这个过程：

1.当你打开电源后电脑所做的第一件事情就是BIOS初始化。BIOS会读取引导设备设定，定位并传递系统控制权给MBR（假设硬盘是第一引导设备）。

2. MBR从Grub或LILO引导程序读取相关信息并初始化内核。接下来将由Grub或LILO继续引导系统。如果你在grub配置文件里指定了systemd作为引导管理程序，之后的引导过程将由systemd完成。Systemd使用“target”来处理引导和服务管理过程。这些systemd里的“target”文件被用于分组不同的引导单元以及启动同步进程。

3. systemd执行的第一个目标是default.target。但实际上default.target是指向graphical.target的软链接。Kylin里的软链接用起来和Windows下的快捷方式一样。文件Graphical.target的实际位置是/lib/systemd/system/graphical.target。在下面的截图里显示了graphical.target文件的内容。

4.在这个阶段，会启动multi-user.target而这个target将自己的子单元放在目录“/etc/systemd/system/multi-user.target.wants”里。这个target为多用户支持设定系统环境。非root用户会在这个阶段的引导过程中启用。防火墙相关的服务也会在这个阶段启动。

"multi-user.target"会将控制权交给另一层“basic.target”。

5. "basic.target"单元用于启动普通服务特别是图形管理服务。它通过/lib/systemd/system/basic.target.wants目录来决定哪些服务会被启动，basic.target之后将控制权交给sysinit.target.

6. "sysinit.target"会启动重要的系统服务例如系统挂载，内存交换空间和设备，内核补充选项等等。sysinit.target在启动过程中会传递给local-fs.target。这个target单元的内容如下面截图里所展示。

7. local-fs.target，这个target单元不会启动用户相关的服务，它只处理底层核心服务。这个target会根据/etc/fstab和/etc/inittab来执行相关操作。

系统引导性能分析

Systemd提供了工具用于识别和定位引导相关的问题或性能影响。Systemd-analyze是一个内建的命令，可以用来检测引导过程。你可以找出在启动过程中出错的单元，然后跟踪并改正引导组件的问题。在下面列出一些常用的systemd-analyze命令。

systemd-analyzetime用于显示内核和普通用户空间启动时所花的时间。

systemd-analyzeblame会列出所有正在运行的单元，按从初始化开始到当前所花的时间排序，通过这种方式你就知道哪些服务在引导过程中要花较长时间来启动。

systemd-analyzeverify显示在所有系统单元中是否有语法错误。

systemd-analyzeplot可以用来把整个引导过程写入一个SVG格式文件里。整个引导过程非常长不方便阅读，所以通过这个命令我们可以把输出写入一个文件，之后再查看和分析。下面这个命令就是做这个。

    $ systemd-analyze plot > boot.svg

systemctl相关命令

systemctl是服务管理工具中主要的工具，它融合之前service和chkconfig的功能于一体。可以使用它永久性或只在当前会话中启用/禁用服务。

systemctl可以列出正在运行的服务状态。

systemd-cgls以树形列出正在运行的进程，它可以递归显示控制组内容。

如何启动/关闭、启用/禁用服务？

启动一个服务：systemctl start postfix.service
关闭一个服务：systemctl stop postfix.service
重启一个服务：systemctl restart postfix.service
显示一个服务的状态：systemctl status postfix.service
在开机时启用一个服务：systemctl enable postfix.service
在开机时禁用一个服务：systemctl disable postfix.service
查看服务是否开机启动：systemctl is-enabled postfix.service
systemctl list-unit-files -t service sshd.service

查看已启动的服务列表：systemctl list-unit-files|grep enabled
查看启动失败的服务列表：systemctl --failed
重新加载配置文件：systemctl condrestart sshd
condrestart选项挺有用，系统会测试新的配置文件是否有问题，若有问题，则不会重启，若没问题，则重启服务。
列出系统所有服务及状态：systemctl list-units --type=service

 

PS：使用命令systemctl is-enabled postfix.service 得到的值可以是enable、disable或static，这里的static 它是指对应的 Unit 文件中没有定义[Install]区域，因此无法配置为开机启动服务。

说明：启用服务就是在当前“runlevel”的配置文件目录/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/里，建立/lib/systemd/system里面对应服务配置文件的软链接；禁用服务就是删除此软链接，添加服务就是添加软连接。

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