Ubuntu 下 systemd 介绍

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1、init 启动方式

init 进程启动后，负责初始化用户空间的系统服务和应用程序：

• SysV init（传统方式）：
  从 /etc/inittab 文件读取配置，确定默认运行级别（如多用户模式或图形界面模式）。
  启动基本系统服务，如网络服务、系统日志、用户登录服务（getty 等）。

• systemd（现代主流方式，Ubuntu 从 15.04 开始默认使用）：
  系统大部分组件被建模为 systemd 服务。
  通过目标单元（如 multi-user.target 或 graphical.target）协调服务启动顺序。
  自动优化启动流程，减少依赖和启动时间。

2、相关目录介绍

以下是 systemd 功能相关的目录介绍：

1. /usr/lib/systemd/system

• 用途 ：存放由软件包安装的 systemd 单元文件，包括各种服务（.service）、目标（.target）、挂载（.mount）等单元文件。
• 特点 ：该目录下的配置文件是由软件包管理器（如 apt、rpm 等）安装软件时自动放置的，通常不需要用户手动修改。它为系统提供了各种预定义的服务和功能配置。

2. /run/systemd/system

• 用途 ：存放系统运行时动态生成的单元文件。这些文件通常是在系统运行过程中，由各种服务或进程根据需要创建的。
• 特点 ：该目录下的配置文件具有中等优先级，一般很少被手动修改，除非需要调整程序运行时的一些参数，即 Session 级别的参数。

3. /etc/systemd/system

• 用途 ：存放系统管理员自定义的 systemd 单元文件，或者通过 systemctl enable 命令创建的开机启动服务的符号链接。
• 特点 ：该目录下的配置文件优先级最高，如果同一选项在多个目录中都配置了，这里的配置会覆盖其他目录的配置。系统管理员可以在此目录中创建自己的单元文件，或者通过符号链接的方式启用或禁用服务。

4. /lib/systemd/system

• 用途 ：与 /usr/lib/systemd/system 目录相同，用于存放软件包安装的 systemd 单元文件。
• 特点 ：在许多 Linux 系统中，/lib 目录实际上是 /usr/lib 的符号链接，因此这两个目录在实际使用中是等价的。

3、systemd 工作流程

systemd 是现代 Linux 系统中广泛使用的初始化系统和服务管理器，负责在系统启动时管理和启动各种服务、资源和进程。以下是 systemd 的工作流程：

1. 启动阶段

• 内核启动 systemd：
  • 内核加载完成后，会启动第一个用户空间进程 systemd（PID=1）。systemd 是现代 Linux 系统的初始化进程，取代了传统的 init 进程。
  • systemd 会读取配置文件（如 /etc/systemd/system/default.target），确定系统的默认运行模式（如多用户模式或多用户图形界面模式）。

2. 加载配置文件

• 系统初始化配置
  • systemd 从 /etc/systemd/system.conf 文件中加载系统初始化配置，包括系统的运行模式、默认的依赖关系模式等。
• 单元文件查找
  • 系统启动时，systemd 首先会读取 /etc/systemd/system、/usr/lib/systemd/system 和 /run/systemd/system 目录中的单元文件（例如 .service、.target、.socket 等）。其中：
    • /etc/systemd/system：优先级最高，存放系统管理员自定义或使用 systemctl enable 启用的单元文件。
    • /usr/lib/systemd/system：存放软件包安装的默认单元文件。
    • /run/systemd/system：存放系统运行时生成的临时单元文件。

3. 确定运行模式

• 运行模式（Target）：
  • systemd 使用 target 来定义系统的运行模式。常见的 target 包括：
    • multi-user.target：多用户命令行模式。
    • graphical.target：图形化多用户模式。
  • 默认运行模式由 /etc/systemd/system/default.target 文件指定。

4. 启动基础服务

• 基础服务启动：
  • systemd 会启动一些基础服务，如：
    • udev：管理设备节点。
    • systemd-logind：管理用户会话。
    • systemd-journald：管理日志系统。
  • 这些服务是系统运行的基础设施，必须优先启动。

5. 启动目标服务

• 根据 target 启动服务：
  • systemd 会根据目标 target 文件（如 multi-user.target 或 graphical.target）启动相关服务。
  • 服务的配置文件通常位于 /etc/systemd/system/<target>.wants/ 目录下。
  • 服务启动时，systemd 会自动解析服务之间的依赖关系，并按需并行启动服务。

6. 服务管理

• 服务生命周期管理：

  • systemd 提供了 systemctl 命令来管理服务，例如：
    • systemctl start <service>：启动服务。
    • systemctl stop <service>：停止服务。
    • systemctl restart <service>：重启服务。
    • systemctl status <service>：查看服务状态。

• 开机自启管理：
  通过 systemctl enable <service> 和 systemctl disable <service> 命令，可以启用或禁用服务的开机自启动。

7. 日志管理

• 日志记录：
  • systemd-journald 负责记录系统日志，日志存储在内存和磁盘中，便于快速查询。
• 日志查询：
  • 使用 journalctl 命令可以查看日志，例如：
    • journalctl -u <service>：查看指定服务的日志。
    • journalctl -b：查看本次启动的日志。
    • journalctl -f：实时查看最新日志。

8. 资源控制

• 资源隔离：
  • systemd 使用控制组（cgroups）来隔离和限制服务的资源使用，例如内存、CPU 等。
• 沙盒运行：
  • 可以通过配置文件中的选项（如 ProtectSystem=strict 和 PrivateTmp=true）增强服务的安全性。

9. 故障恢复

• 自动重启服务：
  • 在服务配置文件中设置 Restart=on-failure，当服务崩溃时，systemd 会自动重启服务。

总结

systemd 的工作流程包括从系统启动到服务管理的全过程，其核心特点是：

• 并行启动：通过并行启动服务，显著缩短系统启动时间。
• 依赖管理：自动解析服务之间的依赖关系，确保服务按正确顺序启动。
• 统一管理：通过 systemctl 和 journalctl 命令，提供了一致的服务和日志管理接口。

4、写一个 systemd 配置文件

systemd 使用单元文件（unit files）来管理各种系统资源。以下是一个简单的自定义服务配置示例，我们将创建一个名为 my-custom-service.service 的服务。

1. 创建服务单元文件

在 /etc/systemd/system/ 目录下创建一个新的单元文件，例如：/etc/systemd/system/my-custom-service.service 。

2. 编写服务配置

打开文件并添加以下内容：

[Unit]
Description=My Custom Service
After=network.target

[Service]
Type=simple
User=myuser
ExecStart=/path/to/my/script.sh
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill $MAINPID
Restart=on-failure
RestartSec=5s

[Install]
WantedBy=multi-user.target

3. 配置文件解析

• [Unit] 节

  • Description：服务的简短描述。
  • After：指定该服务在 network.target 后启动，表示该服务依赖于网络服务。

• [Service] 节

  • Type：定义服务类型，simple 表示服务启动后立即进入主进程。
  • User：指定服务运行的用户。
  • ExecStart：启动服务时执行的命令。
  • ExecReload：重新加载服务时执行的命令（此处示例为发送 HUP 信号）。
  • ExecStop：停止服务时执行的命令。
  • Restart：指定服务在失败时的重启策略，on-failure 表示服务失败时自动重启。
  • RestartSec：设置重启服务前的等待时间。

• [Install] 节

  • WantedBy：指定该服务对应的目标（target），multi-user.target 表示在多用户模式下启动。

4. 加载并启动服务

1. 重新加载 systemd 配置：

sudo systemctl daemon-reload

2. 启动服务：

sudo systemctl start my-custom-service

3. 设置开机自启：

sudo systemctl enable my-custom-service

3. 检查服务状态：

sudo systemctl status my-custom-service

5. 注意事项

• 路径和权限：确保 ExecStart 指定的脚本路径正确，并且脚本具有可执行权限。
• 日志查看：使用 journalctl -u my-custom-service 查看服务日志，便于排查问题。
• 调试：如果服务启动失败，可以查看 /var/log/journal 中的系统日志。

通过以上步骤，你可以创建并配置一个自定义的 systemd 服务。