Systemd入门教程

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%E4%BB%8B%E7%BB%8D.html
http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/03/systemd-tutorial-commands.html

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