6. 探索Systemd¶

前面我们简单的介绍了Systemd的启动方式，本章我们带领大家详细分析systemd的高级用法。

6.1. 系统管理¶

systemd不是一个命令，而是一组命令的集合，提供了一个系统和服务管理器，运行为 PID 1 并负责启动其它程序。下图为systemd的架构图。

systemd功能包括：支持并行化任务；同时采用 socket 式与 D-Bus 总线式激活服务；按需启动守护进程（daemon）；利用 Linux 的 cgroups 监视进程；支持快照和系统恢复；维护挂载点和自动挂载点；各服务间基于依赖关系进行精密控制。 systemd 支持 SysV 和 LSB 初始脚本，可以替代 sysvinit。除此之外，功能还包括日志进程、控制基础系统配置，维护登陆用户列表以及系统账户、运行时目录和设置，可以运行容器和虚拟机，可以简单的管理网络配置、网络时间同步、日志转发和名称解析等。

6.2. Systemd–基本工具¶

6.2.1. systemctl¶

监视和控制systemd的主要命令是systemctl。该命令可用于查看系统状态和管理系统及服务。

# 输出激活的单元
$ systemctl

# 显示系统状态l
$ systemctl status -l

# 显示 cgroup slice, 内存和父 PID
$ systemctl status pid

# 重启系统
$ sudo systemctl reboot

# 暂停系统
$ sudo systemctl suspend

# 关闭系统，切断电源
$ sudo systemctl poweroff

# CPU停止工作
$ sudo systemctl halt

# 让系统进入冬眠状态
$ sudo systemctl hibernate

# 让系统进入交互式休眠状态
$ sudo systemctl hybrid-sleep

# 启动进入救援状态（单用户状态）
$ sudo systemctl rescue

# 输出运行失败的单元
$ systemctl --failed

6.2.2. systemd-analyze¶

systemd-analyze命令用于查看启动耗时。

# 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

6.2.3. hostnamectl¶

hostnamectl命令可用于查看当前的主机信息，当然也可以直接输入hostname来查看，但是当我们想要修改主机名的时候就显得没那么方便，每次都要找到hostname文件，并将其打开再做修改，hostnamectl 使得我们对主机名的操作更加简便。

# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

# 设置主机名
$ sudo hostnamectl set-hostname jason

可以看到主机名Static hostname已被修改。

6.2.4. localectl¶

localectl命令可用于查询与修改系统的本地化(locale)与键盘布局的设置。它通过与 systemd-localed.service(8) 通信来修改例如 /etc/locale.conf 与 /etc/vconsole.conf 之类的配置文件。本地化设置控制着用户界面的语言、字符类型与字符编码、日期时间与货币符号的表达方式等许多细节。

# 查看本地化设置
$ localectl

# 设置本地化参数。
$ sudo localectl set-locale LANG=en_GB.utf8
$ sudo localectl set-keymap en_GB

6.2.5. timedatectl¶

timedatectl命令可以查询和更改系统时钟和设置，你可以使用此命令来设置或更改当前的日期，时间和时区，或实现与远程NTP服务器的自动系统时钟同步。

# 查看当前时区设置
$ timedatectl

# 显示所有可用的时区
$ timedatectl list-timezones

# 选择中国上海的时区
$ timedatectl set-timezone "Asia/Shanghai"

# 设置时间和日期
$ timedatectl set-time 12:58:20
$ timedatectl set-time 2020-8-20

注意在设置时间与日期时要关闭时间同步功能，输入“timedatectl set-ntp no”命令来关闭时间同步，输入“timedatectl set-ntp yes”命令来开启时间同步，

6.2.6. timedatectl¶

loginctl命令可用于检查和控制systemd的状态；查看已经登录的用户会话消息。

# 显示所有会话及属性
$ loginctl -a

# 显示会话配置消息
$ loginctl show-session

# 列出显示指定用户的信息
$ loginctl show-user root

6.3. Systemd–核心概念¶

6.3.1. unit¶

单元文件是 ini 风格的纯文本文件，Systemd 可以管理所有系统资源，不同的资源统称为 Unit（单位）。其封装了12种对象的信息：服务(service)、套接字(socket)、设备(device)、挂载点(mount)、自动挂载点(automount)、启动目标(target)、交换分区或交换文件(swap)、被监视的路径(path)、任务计划(timer)、资源控制组(slice)、一组外部创建的进程(scope)、快照(snapshot)。

service：一个后台服务进程，其封装了守护进程的启动、停止、重启与重载等操作。

socket：此类配置单元封装系统和互联网中的一个套接字。当下，systemd支持流式，数据报和连续包的 AF_INET，AF_INET6，AF_UNIX socket。每个套接字配置单元都有一个相应的服务配置单元，相应的服务在第一个“连接”进入套接字时就会启动（例如：nscd.socket在有新连接后便启动nscd.service），监控系统或者网络的数据信息。

device：此类配置单元封装一个存在于Linux设备树中的设备。每个使用udev规则标记的设备都将会在systemd中作为一个设备配置单元出现，定义设备之间的依赖关系。

mount：此类配置单元封装文件系统结构层次中的一个挂载点。systemd将对这个挂载点进行监控和管理。比如，可以在启动时自动将其挂载，可以在某些条件下自动卸载。systemd会将/etc/fstab中的条目都转换为挂载点，并在开机时处理。

automount：此类配置单元封装系统结构层次中的一个自挂载点。每个自挂载配置单元对应一个挂载配置单元，当该自动挂载点被访问时，systemd执行挂载点中定义的挂载行为。

Swap：和挂载配置单元类似，交换配置单元用来管理交换分区。用户可以用交换配置单元来定义系统中的交换分区，可以让这些交换分区在启动时被激活。

target：此类配置单元为其他配置单元进行逻辑分组。它们本身实际上并不做什么，只是引用其他配置单元而已，这样便可以对配置单元做一个统一的控制，就可以实现大家都非常熟悉的运行级别的概念。比如，想让系统进入图形化模式，需要运行许多服务和配置命令，这些操作都由一个个的配置单元表示，将所有的这些配置单元组合为一个目标（target），就表示需要将这些配置单元全部执行一遍，以便进入目标所代表的系统运行状态（例如：multi-user.target相当于在传统使用sysv的系统中运行级别5）。

timer：定时器配置单元用来定时触发用户定义的操作。这类配置单元取代了atd，crond等传统的定时服务。

snapshot：与target配置单元相似，快照是一组配置单元，它保存了系统当前的运行状态。

slice：表示一个CGroup 的树。

path：监控指定目录或文件的变化，并触发其它 Unit 的运行。

scope：它用于描述一些系统服务的分组信息。

每个配置单元都有一个对应的配置文件，比如一个avahi-daemon服务对应一个avahi-daemon.service文件。这种配置文件的语法非常简单，用户不需要再编写和维护复杂的sysv脚本了。

# 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

# 列出所有没有运行的 Unit
$ systemctl list-units --all --state=inactive

# 列出所有加载失败的 Unit
$ systemctl list-units --failed

# 列出所有正在运行的、类型为 service 的 Unit
$ systemctl list-units --type=service

# 显示某个 Unit 是否正在运行
$ systemctl is-active systemd-timesyncd.service

# 显示某个 Unit 服务是否建立了启动链接
$ systemctl is-enabled systemd-timesyncd.service

6.3.2. unit–管理¶

# 立即启动一个服务
$ sudo systemctl start bootlogo.service

# 立即停止一个服务
$ sudo systemctl stop bootlogo.service

# 重启一个服务
$ sudo systemctl restart bootlogo.service

# 杀死一个服务的所有子进程
$ sudo systemctl kill bootlogo.service

# 重新加载一个服务的配置文件
$ sudo systemctl reload bootlogo.service

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

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

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

# 设置某个 Unit 的指定属性
$ sudo systemctl set-property avahi-daemon.service CPUShares=500

6.3.3. unit–依赖¶

尽管systemd将大量的启动工作解除了依赖，使得它们可以并行启动。但还是存在一些任务，它们之间存在天生的依赖关系，不能用“套接字激活”（socket activation）, D-Bus activation和autofs三大方法来解除依赖。比如，挂载必须等待挂载点在文件系统中被创建；挂载也必须等待相应的物理设备就绪。为了解决这类依赖问题，systemd的配置单元之间可以彼此定义依赖关系。比如，unit Q依赖unit W，可以在unit W的定义中用“require Q”来表示，这样systemd就会保证先启动Q再启动W。 systemd能保证事务完整性。systemd的事务概念和数据库中的有所不同，主要是为了保证多个依赖的配置单元之间没有环形引用。若存在循环依赖，那么systemd将无法启动任意一个服务。此时，systemd将会尝试解决这个问题，因为配置单元之间的依赖关系有两种：requireds为强依赖，wants为弱依赖， systemd将去掉wants关键字指定的依赖看看是否能打破循环。如果无法修复，systemd会报错。 systemd能够自动检测和修复这类配置错误，极大地减轻了管理员的拔锚负担。

# 命令列出一个 Unit 的所有依赖
$ systemctl list-dependencies avahi-daemon.service

上面命令的输出结果之中，有些依赖是 Target 类型，而 Target 类型默认是不会展开显示的。若要展开显示 Target，则需要添加–all参数。

# 命令列出一个 Unit 的所有依赖，并展开显示Target 依赖类型
$ systemctl list-dependencies --all avahi-daemon.service

6.3.4. unit–配置文件¶

上一章节和大家介绍了init进程的配置文件/etc/inittab，与此类似，systemd的unit也有一个配置文件， systemd的配置文件默认会存放于文件系统中的/etc/systemd/system或/usr/lib/systemd/system目录下，我们输入“ls -al”命令查看一下该目录的内容。

可以看到该目录下有很多链接符号“->”，这代表着文件的实体是“->”指向的文件，可以说是软链接的关系，和windows上的快捷方式类似（有点类似月老牵线^-^），而这些软链接所指向的目录绝大多数是/lib/systemd/system目录，也有指向/dev/null文件的，这代表它是一个空文件，初始化过程中systemd只执行/etc/systemd/system目录里面的配置文件。当你安装完systemd程序之后，他会自动的在/lib/systemd/system 目录下生成一个与该程序对应的配置文件。你可以使用“systemctl enable xxx.service”的方式来建立一个服务软链接，若设置了开机启动，则“systemctl enable” 相当于使能开机启动，而“systemctl disable”命令与之相反，他会断开软链接，所以开机就不会启动。

# 检查某个单元是否是开机自启动的（建立的启动链接）
$ systemctl is-enabled avahi-daemon.service

6.3.5. unit–系统管理¶

# 重启系统（异步操作）
$ systemctl reboot

# 关闭系统，切断电源（异步操作）
$ systemctl poweroff

# 仅CPU停止工作，其他硬件仍处于开机状态（异步操作）
$ systemctl halt

# 暂停系统（异步操作），执行suspend.target
$ systemctl suspend

# 使系统进入冬眠状态（异步操作），执行hibernate.target
$ systemctl hibernate

6.3.6. unit–日志管理¶

Systemd 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）。

日志配置文件位于/etc/systemd/journald.conf，其保存目录为/var/log/journal/ 默认情况下日志最大限制为所在文件系统容量的 10%，可通过/etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 字段来指定日志最大限制。

注意

/var/log/journal/目录是 systemd 软件包的一部分。若被删除，systemd 不会自动创建它，直到下次升级软件包时重建该目录。如果该目录缺失，systemd 会将日志记录写入 /run/systemd/journal。这意味着，系统重启后日志将丢失。

# 查看所有日志
$ sudo journalctl

# 指定日志文件占据的最大空间
$ sudo journalctl --vacuum-size=8M

6.4. Systemd–实例分析¶

6.4.1. 启动顺序及依赖¶

前面我们讲到了服务的配置文件，系统上电后，systemd便会读取每个服务地配置文件，然后根据配置文件执行每个系统服务，配置文件详细地描述了一个服务是如何启动的. 我们以ssh服务为例，详细分析其配置文件。在/etc/systemd/system目录下找到sshd.service文件，它描述了如何启动一个ssh服务，使用vim.tiny打开该配置文件，如下图所示：

可以看到，配置文件一共有三个区块，分别是Unit、Service、Install，每个区块又包含了许多键值对。

其中Unit区块中，Description描述了当前服务，Documentation字段给出了文档位置，紧接着的是比较重要的After字段，它指定了服务的启动顺序，但是不涉及依赖关系，与之对应的是Before字段。以本配置文件为例，After表示的是当前服务需要在 network.target及auditd.service两个服务之后启动。而Wants和Requires字段只涉及依赖关系，他与启动顺序是无关的，默认为同时启动。如果想要设置服务之间的依赖关系，及使用Wants和Requires字段即可，Wants为“弱依赖”，Requires为“强依赖”。

6.4.2. 启动命令¶

EnvironmentFile字段指定了当前服务的环境参数文件，注意等号后面的“-”，它表示如果/etc/default/ssh文件不存在也不会抛出错误，ExecStart是配置文件最重要的字段，它定义了启动一个进程需要执行的命令。图中执行的命令是“/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS”，其中的变量$SSHD_OPTS就是来自于EnvironmentFile字段所指定的环境参数文件。 ExecStartPre字段表示启动服务之前需要执行的命令。

6.4.3. 启动类型与行为¶

Type字段指定了服务的启动类型，它的类型如下所示。

simple（默认值）：ExecStart字段启动的进程为主进程

forking：ExecStart字段将以fork()方式启动，此时父进程将会退出，子进程将成为主进程

oneshot：类似于simple，但只执行一次，Systemd 会等它执行完，才启动其他服务

dbus：类似于simple，但会等待 D-Bus 信号后启动

notify：类似于simple，启动结束后会发出通知信号，然后 Systemd 再启动其他服务

idle：类似于simple，但是要等到其他任务都执行完，才会启动该服务。一种使用场合是为让该服务的输出，不与其他服务的输出相混合

KillMode字段定义了systemd如何停止ssh服务，本例设置为process，表示只停止主进程，但不停止sshd的子进程。
Restart字段定义了sshd退出后，systemd的重启方式，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（如执行systemctl stop命令），它就不会重启。其可设置成下面值。

no（默认值）：退出后不会重启

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：超时退出，才会重启

always：不管是什么退出原因，总是重启

6.4.4. 安装方式¶

WantedBy字段表示当前服务所在的Target,Target表示的是服务组，sshd所在的服务组为multi-user.target。当执行“systemctl enable sshd.service”命令的时候，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。

如果我们修改了配置文件，就需要重新加载配置文件，然后重启该服务。

# 重新加载配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 重启相关服务
$ sudo systemctl restart ssh

6.4.5. actlogo.service¶

介绍完sshd服务，再看看我们的另外一个服务actlogo.service，该服务默认的自启动将本为/opt/scripts/boot/psplash_quit.sh。

自启动脚本最后会去启动我们的qt-app应用程序，这样便实现可开机自启动功能。

6.5. Systemd–创建自己的Systemd服务¶

我们经常有这样的需求，自己写好一个应用，想要它实现开机自启动的功能，那么我们可以通过创建一个Systemd服务服务来实现。下面我以创建一个简单的hello.service服务为例子，教大家如何创建自己的Systemd服务。

6.5.1. 编写脚本¶

cd进入/opt/scripts/boot目录下，使用vim编写一个hello.sh脚本。

该脚本实现的功能是每隔2秒就打印“Hello Embedfire”字符串到/tmp/hello.log文件中。编写好后记得赋予hello.sh可执行权限。

sudo chmod 0755 hello.sh

6.5.2. 创建配置文件¶

在/etc/systemd/system/目录下创建一个hello.service配置文件，内容如下。

其中ExecStart字段定义了hello.service服务的自启动脚本为/opt/scripts/boot/hello.sh，当我们使能了hello.service开机自启功能，在开机后便会执行/opt/scripts/boot/hello.sh。 Restart = always表示指进程或服务意外故障的时候可以自动重启的模式。Type = simple为默认的，可以不填。

6.5.3. 使能hello.service开机自启功能¶

输入命令“sudo systemctl list-unit-files –type=service | grep hello”查看hello.service是否被添加到了服务列表。

sudo systemctl list-unit-files --type=service | grep hello

可以看到hello.service处于disable状态，如果你输入上面命令后没有任何显示，那你创建的服务就处理问题，需要仔细排查。我们输入下面命令使hello.service开机自启动。

sudo systemctl enable hello
sudo systemctl start hello

然后按下复位按键，重启系统，启动系统后输入“sudo systemctl status hello”命令即可看到hello.service处于运行状态。

sudo systemctl status hello

输入下面命令可以看到日志文件已经有了打印信息。

关于systemd的知识点还有很多，这里做简单介绍，主要是让大家了解systemd的基本用法及启动服务的流程，感兴趣的可以在网上查阅相关文档。