Linux Systemd

Systemd 入门教程

Posted by Mike on 2016-05-27

CentOS 7使用Systemd替换了SysV。Systemd目的是要取代Unix时代以来一直在使用的init系统，兼容SysV和LSB的启动脚本，而且够在进程启动过程中更有效地引导加载服务。

Systemd的特性

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

什么是init系统

在Linux中，init就是initialization(初始化)的缩写。init是一个daemon(后台)进程， 它是Linux系统开机启动(内核加载完毕)后运行的第一个进程，进程号(pid)为1。直到系统关机它才终止运行，也就是说它也是Linux系统关机前运行的最后一个进程。

Linux系统中所有其他进程都是直接或间接由init进程启动的， 因此init进程是其他所有进程的父进程或祖先进程。 因此它可以做许多其他进程不能做的事情，接管其他进程不负责的功能。

正是由于其特殊性， 万一init因为某种原因不能启动，那么Linux系统就再也无法启动其他进程， 系统就会处于Kernel Panic状态。

什么是Systemd

Systemd是System Management Daemon的简写(在UNIX系统中，后台进程都按照惯例以d结尾，因此当你看到一个进程的名字以d结尾，那它极有可能是一个后台进程)， 它是Linux系统中启动的第一个进程，也就上面所说的init daemon进程。

Systemd的优点是功能强大，使用方便，缺点是体系庞大，非常复杂。事实上，现在还有很多人反对使用Systemd，理由就是它过于复杂，与操作系统的其他部分强耦合，违反keep simple, keep stupid的Unix哲学。

Systemd架构图

Systemd基本工具

Systemd并不是一个命令，而是一组命令，涉及到系统管理的方方面面。

systemd-analyze

systemd-analyze命令用于查看启动耗时。

开机启动过程

Systemd最基本的任务是管理开机启动过程，并提供开机启动的一些信息。

想得到开机启动时间，运行下面命令

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$ systemd-analyze

想得到开机时每一个任务启动的时间，运行下面命令

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$ systemd-analyze blame

想得到更多的启动信息，systemd-analyze 这个命令也可以通过以下命令生成一个描述各个启动任务信息的svg格式图片

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$ systemd-analyze plot > plot.svg

显示瀑布状的启动过程流

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$ systemd-analyze critical-chain

显示指定服务的启动流

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$ systemd-analyze critical-chain atd.service

systemctl

检视和控制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man 1 systemctl。

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。

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# 启动进入救援状态(单用户状态)
$ systemctl rescue

# CPU停止工作
$ systemctl halt

# 重启系统
$ systemctl reboot

# 关闭系统，切断电源
$ systemctl poweroff

# 暂停系统
$ systemctl suspend

# 让系统进入冬眠状态
$ systemctl hibernate

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

# 让系统进入进入紧急模式
$ systemctl emergency

# 通过ssh远程控制主机
$ systemctl --host user_name@host_name command
$ systemctl -H user_name@host_name command

journalctl

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)。日志的配置文件是/etc/systemd/journald.conf。

journalctl功能强大，用法非常多。

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# 查看所有日志(默认情况下 ，只保存本次启动的日志)
$ journalctl

# 查看内核日志(不显示应用日志)
$ journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志
$ journalctl -b
$ journalctl -b -0

# 查看上一次启动的日志(需更改设置)
$ journalctl -b -1
$ journalctl -b caf0524a1d394ce0bdbcff75b94444fe

# 查看指定时间的日志
$ journalctl --since="2012-10-30 18:17:16"
$ journalctl --since "20 min ago"
$ journalctl --since yesterday
$ journalctl --since "2015-01-10" --until "2015-01-11 03:00"
$ journalctl --since 09:00 --until "1 hour ago"
$ journalctl --since=today
$ journalctl --since "2015-06-01 01:00:00"
$ journalctl --since "2015-06-01" --until "2015-06-13 15:00"
$ journalctl --since 09:00 --until "1 hour ago"

# 显示尾部的最新10行日志
$ journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ journalctl -n 20

# 实时滚动显示最新日志
$ journalctl -f

# 查看指定服务的日志
$ journalctl /usr/lib/systemd/systemd

# 查看指定进程的日志
$ journalctl _PID=1

# 查看某个路径的脚本的日志
$ journalctl /usr/bin/bash

# 查看指定用户的日志
$ journalctl _UID=33
$ journalctl _UID=33 --since today

# 查看指定用组的日志
$ journalctl _GID=33

# 查看指定字段的数据
$ journalctl -F _GID

# 查看某个Unit的日志
$ journalctl -u nginx.service
$ journalctl -u nginx.service --since today
$ journalctl -u nginx.service -u postgresql.service --since today

# 实时滚动显示某个 Unit 的最新日志
$ journalctl -u nginx.service -f

# 合并显示多个 Unit 的日志
$ journalctl -u nginx.service -u php-fpm.service --since today

# 查看指定优先级(及其以上级别)的日志，共有8级
# 0: emerg
# 1: alert
# 2: crit
# 3: err
# 4: warning
# 5: notice
# 6: info
# 7: debug

$ journalctl -p err -b

# 日志默认分页输出，--no-pager 改为正常的标准输出
$ journalctl --no-pager

# 以 JSON 格式(单行)输出
$ journalctl -b -u nginx.service -o json

# 以 JSON 格式(多行)输出，可读性更好

format:
      * cat
      * export
      * json
      * json-pretty
      * json-sse
      * short
      * short-iso
      * short-monotonic
      * short-precise
      * verbose

$ journalctl -b -u nginx.service  -o json-pretty

# 显示日志占据的硬盘空间
$ journalctl --disk-usage

# 指定日志文件占据的最大空间
$ journalctl --vacuum-size=1G

# 指定日志文件保存多久
$ journalctl --vacuum-time=1years

# 查看某个应用的日志
$ journalctl /sbin/crond
$ journalctl `which crond`

# 以UTC时间格式显示日志
$ journalctl --utc

# 简洁显示有关启动的日志
$ journalctl --list-boots

# 显示有关内核启动的日志
$ journalctl -k

hostnamectl

hostnamectl命令用于查看当前主机的信息。

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# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

# 设置主机名。
$ hostnamectl set-hostname <hostname>

localectl

localectl命令用于查看本地化设置。

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# 查看本地化设置
$ localectl
$ localectl status
$ localectl list-locales
$ localectl list-keymaps

# 设置本地化参数。
$ localectl set-locale LANG=en_GB.utf8
$ localectl set-keymap en_GB
$ localectl set-x11-keymap en_GB

timedatectl

timedatectl命令用于查看当前时区设置。

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# 查看当前时区设置
$ timedatectl

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

# 显示系统的当前时间和日期
$ timedatectl status

# 设置当前时区
$ timedatectl set-timezone America/New_York
$ timedatectl set-timezone UTC
$ timedatectl set-time YYYY-MM-DD
$ timedatectl set-time HH:MM:SS
$ timedatectl set-time 'YYYY-MM-DD HH:MM:SS'
$ timedatectl set-local-rtc boolean   # yes/no
$ timedatectl set-ntp boolean

# 设置硬件时钟以协调世界时UTC
$ timedatectl | grep local #首先确定你的硬件时钟是否设置为本地时区
$ timedatectl set-local-rtc 1 #将你的硬件时钟设置为本地时区
$ timedatectl set-local-rtc 0 #将你的硬件时钟设置为协调世界时

# 将Linux系统时钟同步到远程NTP服务器
$ timedatectl set-ntp true #自动时间同步到远程NTP服务器
$ timedatectl set-ntp false #禁用NTP时间同步
注意:你必须在系统上安装NTP以实现与NTP服务器的自动时间同步。

loginctl

loginctl命令用于查看当前登录的用户。

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# 列出当前session
$ loginctl list-sessions

# 列出当前登录用户
$ loginctl list-users

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

bootctl

与系统加载相关命令

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$ bootctl status
$ bootctl update
$ bootctl install
$ bootctl remove

其它命令

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$ busctl
$ machinectl
$ networkctl
$ systemd-cgtop
$ systemd-cgls

Systemd Unit

系统启动过程中，Systemd用Unit来组织那些各种不同的任务， 例如生成网络端口、配置硬件设备、加载存储设备、开启后台服务进程、等等

Systemd要求每一个任务对应一个Unit， 而每一个Unit都需要一个包含必要信息的配置文件，而这些配置文件的语法很简单，这也是Systemd的要实现的目的之一。

Systemd可以管理所有系统资源。不同的资源统称为Unit(单位)。

Unit一共分成12种

Service unit：系统服务
Target unit：多个Unit构成的一个组
Device Unit：硬件设备
Mount Unit：文件系统的挂载点
Automount Unit：自动挂载点
Path Unit：文件或路径
Scope Unit：不是由Systemd启动的外部进程
Slice Unit：进程组
Snapshot Unit：Systemd快照，可以切回某个快照
Socket Unit：进程间通信的socket
Swap Unit：swap文件
Timer Unit：定时器

Systemd通过配置文件的后缀名来判断unit的类型，比如一个service类型的unit的配置文件名通常类似于name.service， 一个mount类型的unit的配置文件名通常类似于name.mount。

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# 设置开机自启动某服务
$ systemctl enable name.service

# 停止开机自启动某服务
$ systemctl disable name.service

# 屏蔽(让它不能启动)或显示一个或多个服务
$ systemctl mask name.service

# 取消屏蔽(让它不能启动)或显示一个或多个服务
$ systemctl unmask name.service

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

# 编辑Unit配置文件的内容
$ systemctl edit name.service

# 显示Unit配置文件的内容
$ systemctl show name.service
$ systemctl show name.service -p property

# 查看当前系统的所有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
$ systemctl list-units --type service --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

# 列出所有服务
$ systemctl list-unit-files

Unit的状态

systemctl status命令用于查看系统状态和单个Unit的状态。

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# 显示系统状态
$ systemctl status

# 显示单个Unit的状态
$ sysystemctl status bluetooth.service

# 显示远程主机的某个 Unit 的状态
$ systemctl -H root@rhel7.example.com status httpd.service
除了status命令，systemctl还提供了三个查询状态的简单方法，主要供脚本内部的判断语句使用。

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

# 显示某个Unit是否处于启动失败状态
$ systemctl is-failed application.service

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

Unit管理

对于用户来说，最常用的是下面这些命令，用于启动和停止Unit(主要是 service)。

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

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

# 重启一个服务
$ systemctl restart name.service

#重新启动一个或多个已经激活的服务
$ systemctl try-restart name.service

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

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

# 重载所有修改过的配置文件
$ 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 httpd.service

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

Unit依赖关系

Unit之间存在依赖关系：A依赖于B，就意味着Systemd在启动A的时候，同时会去启动B。

列出一个Unit的所有依赖

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$ systemctl list-dependencies nginx.service

上面命令的输出结果之中，有些依赖是Target类型，默认不会展开显示。如果要展开Target，就需要使用--all参数。

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$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

Unit的配置文件

Systemd会自动生成一些unit，而这些unit并不会存在配置文件，但是它们可以通过systemctl来访问。

每一个Unit都有一个配置文件，告诉Systemd怎么启动这Unit。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。

systemctl enable命令用于在上面两个目录之间，建立符号链接关系。

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$ systemctl enable clamd@scan.service

等同于

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$ ln -s '/usr/lib/systemd/system/clamd@scan.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/clamd@scan.service'

如果配置文件里面设置了开机启动，systemctl enable命令相当于激活开机启动。

与之对应的，systemctl disable命令用于在两个目录之间，撤销符号链接关系，相当于撤销开机启动。

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$ systemctl disable clamd@scan.service

配置文件的后缀名，就是该Unit的种类，比如sshd.socket。如果省略，Systemd 默认后缀名为.service，所以sshd会被理解成sshd.service。

注: 如果同一个配置文件名都处于这两个文件夹中， systemd会忽略/usr/lib/systemd/system/中的同名配置文件。

配置文件的状态

systemctl list-unit-files命令用于列出所有配置文件。

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# 列出所有配置文件
$ systemctl list-unit-files

# 列出指定类型的配置文件
$ systemctl list-unit-files --type=service

这个命令会输出一个列表。

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$ systemctl list-unit-files

UNIT FILE              STATE
chronyd.service        enabled
clamd@.service         static
clamd@scan.service     disabled

这个列表显示每个配置文件的状态，一共有四种。

enabled：已建立启动链接
disabled：没建立启动链接
static：该配置文件没有[Install]部分(无法执行)，只能作为其他配置文件的依赖
masked：该配置文件被禁止建立启动链接

注意，从配置文件的状态无法看出，该Unit是否正在运行。这必须执行前面提到的systemctl status命令。

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$ systemctl status bluetooth.service

一旦修改配置文件，就要让SystemD重新加载配置文件，然后重新启动，否则修改不会生效。

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$ systemctl daemon-reload
$ systemctl restart httpd.service
配置文件的格式

配置文件就是普通的文本文件，可以用文本编辑器打开。

systemctl cat命令可以查看配置文件的内容。

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$ systemctl cat atd.service

[Unit]
Description=ATD daemon

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/bin/atd

[Install]
WantedBy=multi-user.target

从上面的输出可以看到，配置文件分成几个区块。每个区块的第一行，是用方括号表示的区别名，比如[Unit]。注意，配置文件的区块名和字段名，都是大小写敏感的。

每个区块内部是一些等号连接的键值对。

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[Section]
Directive1=value
Directive2=value

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注意:键值对的等号两侧不能有空格。

配置文件的区块

[Unit]区块通常是配置文件的第一个区块，用来定义Unit的元数据，以及配置与其他Unit的关系。它的主要字段如下

Description：简短描述
Documentation：文档地址
Requires：当前 Unit 依赖的其他 Unit，如果它们没有运行，当前 Unit 会启动失败
Wants：与当前 Unit 配合的其他 Unit，如果它们没有运行，当前 Unit 不会启动失败
BindsTo：与Requires类似，它指定的 Unit 如果退出，会导致当前 Unit 停止运行
Before：如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前 Unit 之后启动
After：如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前 Unit 之前启动
Conflicts：这里指定的 Unit 不能与当前 Unit 同时运行
Condition…：当前 Unit 运行必须满足的条件，否则不会运行
Assert…：当前 Unit 运行必须满足的条件，否则会报启动失败

[Install]通常是配置文件的最后一个区块，用来定义如何启动，以及是否开机启动。它的主要字段如下

WantedBy：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 Target 名 + .wants后缀构成的子目录中
RequiredBy：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 Target 名 + .required后缀构成的子目录中
Alias：当前 Unit 可用于启动的别名
Also：当前 Unit 激活(enable)时，会被同时激活的其他 Unit

[Service]区块用来 Service 的配置，只有Service类型的Unit才有这个区块。它的主要字段如下

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
ExecStart：启动当前服务的命令
ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
ExecStartPost：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
TimeoutSec：定义 Systemd 停止当前服务之前等待的秒数
Environment：指定环境变量

Systemd Target

启动计算机的时候，需要启动大量的Unit。如果每一次启动，都要一一写明本次启动需要哪些Unit，显然非常不方便。Systemd的解决方案就是Target。

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。

传统的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。

它与init进程的主要差别如下

  • 默认的RunLevel(在/etc/inittab文件设置)现在被默认的 Target 取代，位置是/etc/systemd/system/default.target，通常符号链接到graphical.target(图形界面)或者multi-user.target(多用户命令行)。
  • 启动脚本的位置，以前是/etc/init.d目录，符号链接到不同的 RunLevel 目录 (比如/etc/rc3.d、/etc/rc5.d等)，现在则存放在/lib/systemd/system和/etc/systemd/system目录。
  • 配置文件的位置，以前init进程的配置文件是/etc/inittab，各种服务的配置文件存放在/etc/sysconfig目录。现在的配置文件主要存放在/lib/systemd目录，在/etc/systemd目录里面的修改可以覆盖原始设置。

Target与传统RunLevel的对应关系如下

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Traditional runlevel      New target name     Symbolically linked to...

Runlevel 0           |    runlevel0.target -> poweroff.target
Runlevel 1           |    runlevel1.target -> rescue.target
Runlevel 2           |    runlevel2.target -> multi-user.target
Runlevel 3           |    runlevel3.target -> multi-user.target
Runlevel 4           |    runlevel4.target -> multi-user.target
Runlevel 5           |    runlevel5.target -> graphical.target
Runlevel 6           |    runlevel6.target -> reboot.target
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# 查看当前系统的所有Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

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

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

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

参考文档

http://www.google.com
http://fugangqiang.github.io/blog/post/linux/systemd介绍.html
http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/03/systemd-tutorial-commands.html

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