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Systemd初识

1. Systemd目录

Unit 文件按照 Systemd 约定，应该被放置指定的三个系统目录之一中。这三个目录是有优先级的，如下所示，越靠上的优先级越高。因此，在三个目录中有同名文件的时候，只有优先级最高的目录里的那个文件会被使用。

  • /etc/systemd/system：系统或用户自定义的配置文件
  • /run/systemd/system：软件运行时生成的配置文件
  • /usr/lib/systemd/system：系统或第三方软件安装时添加的配置文件。

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。

2. Unit & Target

Unit 是 Systemd 管理系统资源的基本单元，可以认为每个系统资源就是一个 Unit，并使用一个 Unit 文件定义。在 Unit 文件中需要包含相应服务的描述、属性以及需要运行的命令。

Target 是 Systemd 中用于指定系统资源启动组的方式，相当于 SysV-init 中的运行级别。

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。

2.1 Systemd Service Unit

[Unit]
Description=Hello World
After=docker.service
Requires=docker.service
[Service]
TimeoutStartSec=0
ExecStartPre=-/usr/bin/docker kill busybox1
ExecStartPre=-/usr/bin/docker rm busybox1
ExecStartPre=/usr/bin/docker pull busybox
ExecStart=/usr/bin/docker run --name busybox1 busybox /bin/sh -c
ExecStop="/usr/bin/docker stop busybox1"
ExecStopPost="/usr/bin/docker rm busybox1"
[Install]
WantedBy=multi-user.target
- Unit 和 Install 段：所有 Unit 文件通用，用于配置服务（或其它系统资源）的描述、依赖和随系统启动的方式 - Service 段：服务（Service）类型的 Unit 文件（后缀为 .service）特有的，用于定义服务的具体管理和操作方法

2.2 Unit

  • Description：描述这个 Unit 文件的信息
  • Documentation：指定服务的文档，可以是一个或多个文档的 URL 路径
  • Requires：依赖的其它 Unit 列表，列在其中的 Unit 模板会在这个服务启动时的同时被启动。并且，如果其中任意一个服务启动失败，这个服务也会被终止
  • Wants：与 Requires 相似，但只是在被配置的这个 Unit 启动时，触发启动列出的每个 Unit 模块，而不去考虑这些模板启动是否成功
  • After：与 Requires 相似，但是在后面列出的所有模块全部启动完成以后，才会启动当前的服务
  • Before：与 After 相反，在启动指定的任务一个模块之间，都会首先确证当前服务已经运行
  • Binds To：与 Requires 相似，失败时失败，成功时成功，但是在这些模板中有任意一个出现意外结束或重启时，这个服务也会跟着终止或重启
  • Part Of：一个 Bind To 作用的子集，仅在列出的任务模块失败或重启时，终止或重启当前服务，而不会随列出模板的启动而启动
  • OnFailure：当这个模板启动失败时，就会自动启动列出的每个模块
  • Conflicts：与这个模块有冲突的模块，如果列出的模块中有已经在运行的，这个服务就不能启动，反之亦然

2.3 Service

用来 Service 的配置，只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段分为服务生命周期和服务上下文配置两个方面。

a 服务生命周期控制相关

  • Type：定义启动时的进程行为，它有以下几种值： 
    Type=simple：默认值，执行ExecStart指定的命令，启动主进程
Type=forking：以 fork 方式从父进程创建子进程，创建后父进程会立即退出
Type=oneshot：一次性进程，Systemd 会等当前服务退出，再继续往下执行
Type=dbus：当前服务通过D-Bus启动
Type=notify：当前服务启动完毕，会通知Systemd，再继续往下执行
Type=idle：若有其他任务执行完毕，当前服务才会运行
  • RemainAfterExit：值为 true 或 false（默认）。当配置为 true 时，Systemd 只会负责启动服务进程，之后即便服务进程退出了，Systemd 也仍然会认为这个服务还在运行中。这个配置主要是提供给一些并非常驻内存，而是启动注册后立即退出，然后等待消息按需启动的特殊类型服务使用的。
  • ExecStart：启动当前服务的命令
  • ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
  • ExecStartPos：启动当前服务之后执行的命令
  • ExecReload：重启当前服务时执行的命令
  • ExecStop：停止当前服务时执行的命令
  • ExecStopPost：停止当其服务之后执行的命令
  • RestartSec：自动重启当前服务间隔的秒数
  • Restart：定义何种情况 Systemd 会自动重启当前服务，可能的值包括 always（总是重启）、on-success、on-failure、on-abnormal、on-abort、on-watchdog
  • TimeoutStartSec：启动服务时等待的秒数，这一配置对于使用 Docker 容器而言显得尤为重要，因其第一次运行时可能需要下载镜像，严重延时会容易被 Systemd 误判为启动失败杀死。通常，对于这种服务，将此值指定为 0，从而关闭超时检测
  • TimeoutStopSec：停止服务时的等待秒数，如果超过这个时间仍然没有停止，Systemd 会使用 SIGKILL 信号强行杀死服务的进程

b 服务上下文配置相关

  • Environment：为服务指定环境变量
  • EnvironmentFile：指定加载一个包含服务所需的环境变量的列表的文件，文件中的每一行都是一个环境变量的定义
  • Nice：服务的进程优先级，值越小优先级越高，默认为 0。其中 -20 为最高优先级，19 为最低优先级
  • WorkingDirectory：指定服务的工作目录
  • RootDirectory：指定服务进程的根目录（/ 目录）。如果配置了这个参数，服务将无法访问指定目录以外的任何文件
  • User：指定运行服务的用户
  • Group：指定运行服务的用户组
  • MountFlags：服务的 Mount Namespace 配置，会影响进程上下文中挂载点的信息，即服务是否会继承主机上已有挂载点，以及如果服务运行执行了挂载或卸载设备的操作，是否会真实地在主机上产生效果。可选值为 shared、slaved 或 private 
    shared：服务与主机共用一个 Mount Namespace，继承主机挂载点，且服务挂载或卸载设备会真实地反映到主机上
slave：服务使用独立的 Mount Namespace，它会继承主机挂载点，但服务对挂载点的操作只有在自己的 Namespace 内生效，不会反映到主机上
private：服务使用独立的 Mount Namespace，它在启动时没有任何任何挂载点，服务对挂载点的操作也不会反映到主机上
  • LimitCPU / LimitSTACK / LimitNOFILE / LimitNPROC 等：限制特定服务的系统资源量，例如 CPU、程序堆栈、文件句柄数量、子进程数量等

2.4 Install

这部分配置的目标模块通常是特定运行目标的 .target 文件，用来使得服务在系统启动时自动运行。这个区段可以包含三种启动约束： - WantedBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服务所依赖的模块，而是依赖当前服务的模块。它的值是一个或多个 Target，当前 Unit 激活时（enable）符号链接会放入 /etc/systemd/system 目录下面以 + .wants 后缀构成的子目录中，如 “/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/“ - RequiredBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服务所依赖的模块，而是依赖当前服务的模块。它的值是一个或多个 Target，当前 Unit 激活时，符号链接会放入 /etc/systemd/system 目录下面以 + .required 后缀构成的子目录中 - Also：当前 Unit enable/disable 时，同时 enable/disable 的其他 Unit - Alias：当前 Unit 可用于启动的别名

2.5 Unit 文件占位符

在 Unit 文件中，有时会需要使用到一些与运行环境有关的信息，例如节点 ID、运行服务的用户等。这些信息可以使用占位符来表示，然后在实际运行被动态地替换实际的值。

  • %n：完整的 Unit 文件名字，包括 .service 后缀名
  • %p：Unit 模板文件名中 @ 符号之前的部分，不包括 @ 符号
  • %i：Unit 模板文件名中 @ 符号之后的部分，不包括 @ 符号和 .service 后缀名
  • %t：存放系统运行文件的目录，通常是 “run”
  • %u：运行服务的用户，如果 Unit 文件中没有指定，则默认为 root
  • %U：运行服务的用户 ID
  • %h：运行服务的用户 Home 目录，即 %{HOME} 环境变量的值
  • %s：运行服务的用户默认 Shell 类型，即 %{SHELL} 环境变量的值
  • %m：实际运行节点的 Machine ID，对于运行位置每个的服务比较有用
  • %b：Boot ID，这是一个随机数，每个节点各不相同，并且每次节点重启时都会改变
  • %H：实际运行节点的主机名
  • %v：内核版本，即 “uname -r” 命令输出的内容
  • %%：在 Unit 模板文件中表示一个普通的百分号

3. Systemd资源管理

3.1 Systemctl 命令

3.2 Unit 管理

a 查看当前系统的所有Unit

systemctl list-units # 列出正在运行的 Unit

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

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

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

systemctl cat docker.service # 查看 Unit 配置文件的内容

b 查看 Unit 的状态

systemctl status # 显示系统状态

systemctl status bluetooth.service # 显示单个 Unit 的状态

systemctl -H root@rhel7.example.com status httpd.service # 显示远程主机的某个 Unit 的状态

c Unit 的管理

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

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

sudo systemctl restart apache.service # 重启一个服务

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

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

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

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

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

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

d 查看 Unit 的依赖关系

systemctl list-dependencies nginx.service # 列出一个 Unit 的所有依赖，默认不会列出 target 类型

systemctl list-dependencies --all nginx.service # 列出一个 Unit 的所有依赖，包括 target 类型

3.3 服务的生命周期

当一个新的 Unit 文件被放入 /etc/systemd/system/ 或 /usr/lib/systemd/system/ 目录中时，它是不会被自识识别的。

a 服务的激活

  • systemctl enable：在 /etc/systemd/system/ 建立服务的符号链接，指向 /usr/lib/systemd/system/ 中
  • systemctl start：依次启动定义在 Unit 文件中的 ExecStartPre、ExecStart 和ExecStartPost 命令

b 服务的启动和停止

  • systemctl start：依次启动定义在 Unit 文件中的 ExecStartPre、ExecStart 和 ExecStartPost 命令
  • systemctl stop：依次停止定义在 Unit 文件中的 ExecStopPre、ExecStop 和 ExecStopPost 命令
  • systemctl restart：重启服务
  • systemctl kill：立即杀死服务

c 服务的开机启动和取消

  • systemctl enable：除了激活服务以外，也可以置服务为开机启动
  • systemctl disable：取消服务的开机启动

d 服务的修改和移除

  • systemctl daemon-reload：Systemd 会将 Unit 文件的内容写到缓存中，因此当 Unit 文件被更新时，需要告诉 Systemd 重新读取所有的 Unit 文件
  • systemctl reset-failed：移除标记为丢失的 Unit 文件。在删除 Unit 文件后，由于缓存的关系，即使通过 daemon-reload 更新了缓存，在 list-units 中依然会显示标记为 not-found 的 Unit。

3.4 Target 管理

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。

在传统的 SysV-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 是互斥的，不可能多个 RunLevel 同时启动，但是多个 Target 可以同时启动。

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

systemctl list-dependencies multi-user.target # 查看一个 Target 包含的所有 Unit

systemctl get-default # 查看启动时的默认 Target

sudo systemctl set-default multi-user.target # 设置启动时的默认 Target

sudo systemctl isolate multi-user.target # 切换 Target 时，默认不关闭前一个 Target 启动的进程，systemctl isolate 命令改变这种行为，关闭前一个 Target 里面所有不属于后一个 Target 的进程

3.5 日志管理

Systemd 通过其标准日志服务 Journald 提供的配套程序 journalctl 将其管理的所有后台进程打印到 std:out（即控制台）的输出重定向到了日志文件。

Systemd 的日志文件是二进制格式的，必须使用 Journald 提供的 journalctl 来查看，默认不带任何参数时会输出系统和所有后台进程的混合日志。

默认日志最大限制为所在文件系统容量的 10%，可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 来指定该最大限制。

4 Systemd 工具集

  • systemctl：用于检查和控制各种系统服务和资源的状态
  • bootctl：用于查看和管理系统启动分区
  • hostnamectl：用于查看和修改系统的主机名和主机信息
  • journalctl：用于查看系统日志和各类应用服务日志
  • localectl：用于查看和管理系统的地区信息
  • loginctl：用于管理系统已登录用户和 Session 的信息
  • machinectl：用于操作 Systemd 容器
  • timedatectl：用于查看和管理系统的时间和时区信息
  • systemd-analyze 显示此次系统启动时运行每个服务所消耗的时间，可以用于分析系统启动过程中的性能瓶颈
  • systemd-ask-password：辅助性工具，用星号屏蔽用户的任意输入，然后返回实际输入的内容
  • systemd-cat：用于将其他命令的输出重定向到系统日志
  • systemd-cgls：递归地显示指定 CGroup 的继承链
  • systemd-cgtop：显示系统当前最耗资源的 CGroup 单元
  • systemd-escape：辅助性工具，用于去除指定字符串中不能作为 Unit 文件名的字符
  • systemd-hwdb：Systemd 的内部工具，用于更新硬件数据库
  • systemd-delta：对比当前系统配置与默认系统配置的差异
  • systemd-detect-virt：显示主机的虚拟化类型
  • systemd-inhibit：用于强制延迟或禁止系统的关闭、睡眠和待机事件
  • systemd-machine-id-setup：Systemd 的内部工具，用于给 Systemd 容器生成 ID
  • systemd-notify：Systemd 的内部工具，用于通知服务的状态变化
  • systemd-nspawn：用于创建 Systemd 容器
  • systemd-path：Systemd 的内部工具，用于显示系统上下文中的各种路径配置
  • systemd-run：用于将任意指定的命令包装成一个临时的后台服务运行
  • systemd-stdio- bridge：Systemd 的内部 工具，用于将程序的标准输入输出重定向到系统总线
  • systemd-tmpfiles：Systemd 的内部工具，用于创建和管理临时文件目录
  • systemd-tty-ask-password-agent：用于响应后台服务进程发出的输入密码请求

REF

[1].https://cloud.tencent.com/developer/article/1516125

[2].https://access.redhat.com/documentation/en-us/red_hat_enterprise_linux/7/html/system_administrators_guide/chap-managing_services_with_systemd