Centos7特性——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。它在/usr/lib/systemd/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基本工具

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。详见man1 systemctl。

注意:

§  在 systemctl 参数中添加 -H <用户名>@<主机名> 可以实现对其他机器的远程控制。该过程使用ssh链接。

§  systemadm是systemd 的官方图形前端

分析系统状态

输出激活的单元：

1.    $ systemctl

以下命令等效：

1.    $ systemctl list-units

输出运行失败的单元：

1.    $ systemctl --failed

所有可用的单元文件存放在 /usr/lib/systemd/system/ 和/etc/systemd/system/ 目录（后者优先级更高）。查看所有已安装服务：

1.    $ systemctl list-unit-files

使用单元unit

一个单元配置文件可以描述如下内容之一：系统服务（.service）、挂载点（.mount）、sockets（.sockets） 、系统设备（.device）、交换分区（.swap）、文件路径（.path）、启动目标（.target）、由 systemd 管理的计时器（.timer）。详情参阅 man 5 systemd.unit。

使用 systemctl 控制单元时，通常需要使用单元文件的全名，包括扩展名（例如sshd.service）。但是有些单元可以在systemctl中使用简写方式。

§  如果无扩展名，systemctl 默认把扩展名当作 .service。例如 netcfg 和 netcfg.service 是等价的。

§  挂载点会自动转化为相应的 .mount 单元。例如 /home 等价于 home.mount。

§  设备会自动转化为相应的 .device 单元，所以 /dev/sda2 等价于 dev-sda2.device。

注: 有一些单元的名称包含一个 @ 标记， (e.g. name@string.service): 这意味着它是模板单元name@.service 的一个 实例。 string 被称作实例标识符, 在 systemctl 调用模板单元时，会将其当作一个参数传给模板单元，模板单元会使用这个传入的参数代替模板中的 %I 指示符。 在实例化之前，systemd 会先检查 name@string.suffix 文件是否存在（如果存在，应该就是直接使用这个文件，而不是模板实例化了）。大多数情况下，包换 @ 标记都意味着这个文件是模板。如果一个模板单元没有实例化就调用，该调用会返回失败，因为模板单元中的 %I 指示符没有被替换。

立即激活单元：

1.    # systemctl start <单元>

立即停止单元：

1.    # systemctl stop <单元>

重启单元：

1.    # systemctl restart <单元>

命令单元重新读取配置：

1.    # systemctl reload <单元>

输出单元运行状态：

1.    $ systemctl status <单元>

检查单元是否配置为自动启动：

1.    $ systemctl is-enabled <单元>

开机自动激活单元：

1.    # systemctl enable <单元>

注意: 如果服务没有Install段落，一般意味着应该通过其它服务自动调用它们。如果真的需要手动安装，可以直接连接服务，如下（将foo替换为真实的服务名）：

1.    # ln -s /usr/lib/systemd/system/foo.service /etc/systemd/system/graphical.target.wants/

取消开机自动激活单元：

1.    # systemctl disable <单元>

显示单元的手册页（必须由单元文件提供）：

1.    # systemctl help <单元>

重新载入 systemd，扫描新的或有变动的单元：

1.    # systemctl daemon-reload

电源管理

安装 polkit 后才可使用电源管理。

如果你正登录在一个本地的systemd-logind用户会话，且当前没有其它活动的会话，那么以下命令无需root权限即可执行。否则（例如，当前有另一个用户登录在某个tty），systemd 将会自动请求输入root密码。

重启：

1.    $ systemctl reboot

退出系统并停止电源：

1.    $ systemctl poweroff

待机：

1.    $ systemctl suspend

休眠：

1.    $ systemctl hibernate

混合休眠模式（同时休眠到硬盘并待机）：

1.    $ systemctl hybrid-sleep

编写单元文件

systemd单元文件的语法来源于 XDG桌面入口配置文件.desktop文件，最初的源头则是Microsoft Windows的.ini文件。单元文件可以从两个地方加载，优先级从低到高分别是：

§  /usr/lib/systemd/system/: 软件包安装的单元

§  /etc/systemd/system/: 系统管理员安装的单元

注意: 当systemd运行在用户模式下时，使用的加载路径是完全不同的。

单元文件的语法，可以参考系统已经安装的单元，也可以参考man systemd.service中的EXAMPLES章节。

小贴士: 以 # 开头的注释可能也能用在 unit-files 中, 但是只能在新行中使用。 不要在 systemd 的参数后面使用行末注释， 否则 unit 将会启动失败。

处理依赖关系

使用systemd时，可通过正确编写单元配置文件来解决其依赖关系。典型的情况是，单元A要求单元B在A启动之前运行。在此情况下，向单元A配置文件中的 [Unit] 段添加 Requires=B 和 After=B 即可。若此依赖关系是可选的，可添加 Wants=B 和 After=B。请注意 Wants= 和 Requires= 并不意味着 After=，即如果 After= 选项没有制定，这两个单元将被并行启动。

依赖关系通常被用在服务（service）而不是目标（target）上。例如， network.target 一般会被某个配置网络接口的服务引入，所以，将自定义的单元排在该服务之后即可，因为 network.target 已经启动。

服务类型

编写自定义的 service 文件时，可以选择几种不同的服务启动方式。启动方式可通过配置文件[Service] 段中的 Type= 参数进行设置。

Type=simple（默认值）：systemd认为该服务将立即启动。服务进程不会fork。如果该服务要启动其他服务，不要使用此类型启动，除非该服务是socket激活型。

Type=forking：systemd认为当该服务进程fork，且父进程退出后服务启动成功。对于常规的守护进程（daemon），除非你确定此启动方式无法满足需求，使用此类型启动即可。使用此启动类型应同时指定 PIDFile=，以便systemd能够跟踪服务的主进程。

Type=oneshot：这一选项适用于只执行一项任务、随后立即退出的服务。可能需要同时设置RemainAfterExit=yes 使得 systemd 在服务进程退出之后仍然认为服务处于激活状态。

Type=notify：与 Type=simple 相同，但约定服务会在就绪后向 systemd 发送一个信号。这一通知的实现由 libsystemd-daemon.so提供。

Type=dbus：若以此方式启动，当指定的 BusName 出现在DBus系统总线上时，systemd认为服务就绪。

Type=idle: systemd会等待所有任务(Jobs)处理完成后，才开始执行idle类型的单元。除此之外，其他行为和Type=simple 类似。

type的更多解释可以参考 systemd.service(5)。

修改现存单元文件

要更改由软件包提供的单元文件，先创建名为 /etc/systemd/system/<单元名>.d/ 的目录（如 /etc/systemd/system/httpd.service.d/），然后放入*.conf 文件，其中可以添加或重置参数。这里设置的参数优先级高于原来的单元文件。例如，如果想添加一个额外的依赖，创建这么一个文件即可：

/etc/systemd/system/<unit>.d/customdependency.conf

[Unit]

Requires=<新依赖>

After=<新依赖>

其它举例，

/etc/systemd/system/unit.d/customexec.conf

[Service]

ExecStartExecStart=

ExecStart=new command

想知道为什么修改 ExecStart 前必须将其置空

下面是自动重启服务的一个例子:

/etc/systemd/system/unit.d/restart.conf

[Service]

Restart=always

RestartSec=30

然后运行以下命令使更改生效：

# systemctl daemon-reload

# systemctl restart <单元>

此外，把旧的单元文件从 /usr/lib/systemd/system/ 复制到/etc/systemd/system/，然后进行修改，也可以达到同样效果。在/etc/systemd/system/ 目录中的单元文件的优先级总是高于/usr/lib/systemd/system/ 目录中的同名单元文件。注意，当 /usr/lib/ 中的单元文件因软件包升级变更时，/etc/ 中自定义的单元文件不会同步更新。此外，你还得执行 systemctlreenable <unit>，手动重新启用该单元。因此，建议使用前面一种利用 *.conf 的方法。

小贴士: 用 systemd-delta 命令来查看哪些单元文件被覆盖、哪些被修改。系统维护的时候需要及时了解哪些单元已经有了更新

单元配置文件的 vim 语法高亮支持

可从官方仓库安装 vim-systemd 软件包，使 unit 配置文件在 Vim 下支持语法高亮。

目标（target）

启 动级别（runlevel）是一个旧的概念。现在，systemd 引入了一个和启动级别功能相似又不同的概念——目标（target）。不像数字表示的启动级别，每个目标都有名字和独特的功能，并且能同时启用多个。一些 目标继承其他目标的服务，并启动新服务。systemd 提供了一些模仿 sysvinit 启动级别的目标，仍可以使用旧的 telinit 启动级别 命令切换。
获取当前目标

不要使用 runlevel 命令了：

$ systemctl list-units --type=target

创建新目标

在 Fedora 中，启动级别 0、1、3、5、6 都被赋予特定用途，并且都对应一个 systemd 的目标。然而，没有什么很好的移植用户定义的启动级别（2、4）的方法。要实现类似功能，可以以原有的启动级别为基础，创建一个新的目标/etc/systemd/system/<新目标>（可以参考 /usr/lib/systemd/system/graphical.target），创建 /etc/systemd/system/<新目标>.wants 目录，向其中加入额外服务的链接（指向 /usr/lib/systemd/system/ 中的单元文件）。

SysV 启动级别	Systemd 目标	注释
0	runlevel0.target, poweroff.target	中断系统（halt）
1, s, single	runlevel1.target, rescue.target	单用户模式
2, 4	runlevel2.target, runlevel4.target, multi-user.target	用户自定义启动级别，通常识别为级别3。
3	runlevel3.target, multi-user.target	多用户，无图形界面。用户可以通过终端或网络登录。
5	runlevel5.target, graphical.target	多用户，图形界面。继承级别3的服务，并启动图形界面服务。
6	runlevel6.target, reboot.target	重启
emergency	emergency.target	急救模式（Emergency shell）

目标表

切换启动级别/目标

systemd 中，启动级别通过“目标单元”访问。通过如下命令切换：

# systemctl isolate graphical.target

该命令对下次启动无影响。等价于telinit 3 或 telinit 5。

修改默认启动级别/目标

开机启动进的目标是 default.target，默认链接到 graphical.target （大致相当于原来的启动级别5）。可以通过内核参数更改默认启动级别：

小贴士: 可以省略扩展名 .target。

systemd.unit=multi-user.target （大致相当于级别3）

systemd.unit=rescue.target （大致相当于级别1）

另一个方法是修改 default.target

可以通过systemctl 修改它：

# systemctl enable multi-user.target

命令执行情况由 systemctl 显示：链接/etc/systemd/system/default.target 被创建，指向新的默认启动级别。该方法当且仅当目标配置文件中有以下内容时有效：

[Install]

Alias=default.target

目前，multi-user.target、graphical.target 都包含这段内容。

临时文件

/usr/lib/tmpfiles.d/ 和 /etc/tmpfiles.d/ 中的文件描述了 systemd-tmpfiles 如何创建、清理、删除临时文件和目录，这些文件和目录通常存放在 /run 和 /tmp 中。配置文件名称为 /etc/tmpfiles.d/<program>.conf。此处的配置能覆盖 /usr/lib/tmpfiles.d/ 目录中的同名配置。

临时文件通常和服务文件同时提供，以生成守护进程需要的文件和目录。例如 Samba 服务需要目录 /run/samba 存在并设置正确的权限位，就象这样：

/usr/lib/tmpfiles.d/samba.conf

D /run/samba 0755 root root

此外，临时文件还可以用来在开机时向特定文件写入某些内容。比如，要禁止系统从USB设备唤醒，利用旧的 /etc/rc.local 可以用 echo USBE > /proc/acpi/wakeup，而现在可以这么做：

/etc/tmpfiles.d/disable-usb-wake.conf

w /proc/acpi/wakeup - - - - USBE

详情参见 man 5 tmpfiles.d。

注意: 该方法不能向 /sys 中的配置文件添加参数，因为 systemd-tmpfiles-setup 有可能在相关模块加载前运行。这种情况下，需要首先通过 modinfo <模块名> 确认需要的参数，并在 /etc/modprobe.d 下的一个文件中设置改参数。另外，还可以使用 udev 规则，在设备就绪时设置相应属性。

定时器

定时器是以 .timer 为后缀的配置文件，记录由system的里面由时间触发的动作, 定时器可以替代 cron 的大部分功能。

日志

systemd提供了自己日志系统（logging system），称为 journal. 使用 systemd 日志，无需额外安装日志服务（syslog）。读取日志的命令：

# journalctl

默认情况下（当 Storage= 在文件 /etc/systemd/journald.conf 中被设置为 auto），日志记录将被写入 /var/log/journal/。该目录是 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。

Tip: 如果 /var/log/journal/ 位于btrfs 文件系统，应该考虑对这个目录禁用写入时复制

过滤输出

journalctl可以根据特定字段过滤输出，例如：

显示本次启动后的所有日志：

# journalctl -b

不过，一般大家更关心的不是本次启动后的日志，而是上次启动时的（例如，刚刚系统崩溃了）。可以使用 -b 参数:

journalctl -b -0 显示本次启动的信息

journalctl -b -1 显示上次启动的信息

journalctl -b -2 显示上上次启动的信息 journalctl -b -2

Show all messages from date (and optional time):

# journalctl --since="2012-10-3018:17:16"

Show all messages since 20 minutes ago:

# journalctl --since "20 min ago"

显示最新信息

# journalctl -f

显示特定程序的所有消息:

# journalctl /usr/lib/systemd/systemd

显示特定进程的所有消息:

# journalctl _PID=1

显示指定单元的所有消息：

# journalctl -u netcfg

Show kernel ring buffer:

# journalctl -k

Show auth.log equivalent by filtering on syslog facility:

# journalctl -f -l SYSLOG_FACILITY=10

详情参阅man journalctl、man systemd.journal-fields，以及Lennert的这篇博文

日志大小限制

如果按上面的操作保留日志的话，默认日志最大限制为所在文件系统容量的 10%，即：如果 /var/log/journal 储存在 50GiB 的根分区中，那么日志最多存储 5GiB 数据。可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 来指定该最大限制。如限制日志最大 50MiB：

SystemMaxUse=50M

详情参见 man journald.conf.

配合syslog使用

systemd提供了 socket /run/systemd/journal/syslog，以兼容传统日志服务。所有系统信息都会被传入。要使传统日志服务工作，需要让服务链接该 socket，而非 /dev/log（官方说明）。Arch 软件仓库中的 syslog-ng 已经包含了需要的配置。

设置开机启动 syslog-ng：

# systemctl enable syslog-ng

这里有一份很不错的journalctl指南。

Forward journald to /dev/tty12

In /etc/systemd/journald.conf enable the following:

1.      ForwardToConsole=yes

2.      TTYPath=/dev/tty12

3.      MaxLevelConsole=info

重启journald：

1.      # systemctl restart systemd-journald

特殊问题

关机/重启十分缓慢

如果关机特别慢（甚至跟死机了一样），很可能是某个拒不退出的服务在作怪。systemd 会等待一段时间，然后再尝试杀死它。请阅读这篇文章，确认你是否是该问题受害者。

短时进程无日志记录

若 journalctl -u foounit.service 没有显示某个短时进程的任何输出，那么改用 PID 试试。例如，若 systemd-modules-load.service 执行失败，那么先用 systemctl status systemd-modules-load 查询其PID（比如是123），然后检索该 PID 相关的日志 journalctl -b _PID=123。运行时进程的日志元数据（诸如_SYSTEMD_UNIT 和 _COMM）被乱序收集在/proc 目录。要修复该问题，必须修改内核，使其通过套接字连接来提供上述数据，该过程类似于SCM_CREDENTIALS。

诊断启动问题

使用如下内核参数引导： systemd.log_level=debug systemd.log_target=kmsg log_buf_len=1M

禁止在程序崩溃时转储内存

要使用老的内核转储，创建下面文件:

1.      /etc/sysctl.d/49-coredump.conf

2.

3.      kernel.core_pattern = core

4.      kernel.core_uses_pid = 0

然后运行：

1.      # /usr/lib/systemd/systemd-sysctl

同样可能需要执行"unlimit"设置文件大小：

1.      $ ulimit -c unlimited