systemd 和 systemctl 使用简介[上]

August 18, 2018

随着debian默认启用systemd，主流发行版已经全面正式采用systemd来替换原来的sysv init了。Systemd的主要目的就是减少系统引导时间和计算开销。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(依赖于dbus)，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。

Systend的新特性：
-     系统引导时实现服务的并行启动；
-     按需激活进程；
-     系统实现快照；
-     基于依赖关系定义服务的控制逻辑；

#核心概念：unit
unit涵盖了相关的配置文件进行标识、识别和配置；文件中主要包含了系统服务、监听的socket、保存的快照以及其它与init相关的信息；这些配置文件主要保存在：
```
        /usr/lib/systemd/system
        /run/systemd/system
        /etc/systemd/system
```
systemd的unit配置文件包含很多种类型，我们以后缀名来区分出大体的类型。
unit的常见类型：
```
    Service unit:  文件扩展名.service,    用于定义系统服务；
    Target unit:    文件扩展名.target,      用于模拟实现"运行级别"；
    Device unit:    文件扩展名.device,      用于定义内核识别的设备；
    Mount unit:    文件扩展名.mount,      用于定义文件系统的挂载点；
    Socket unit:    文件扩展名.socket,      用于标识进程间通信用到的socket文件；
    Snapshot unit:  文件扩展名.snapshot,    用于管理系统快照；
    Swap unit:      文件扩展名.swap,        用于标识swap设备；
    Automount unit: 文件扩展名.automount,  用于定义文件系统自动点设备；
    Path unit:      文件扩展名.path,        用于定义文件系统中的一文件或目录；
```
对于Linux-3.10以后的内核来讲，即使用户没有挂载任何设备，也会看到以cgroup的设备挂载，这个叫做控制组，来实现内核中的资源分配的一种机制，以Docker，主要依赖的就是cgroup机制以及namespace机制用来实现。

以上就是unit特别常见的类型，那么为了了解systemd的工作方式，接下来我们就简单的描述一下其关键特性：
关键特性：

-     基于socket激活机制： 意味着socket与程序是可以进行分离的；
-     基于bus的激活机制；
-     基于device的激活机制；
-     基于path的激活机制；
-     系统快照：保存各unit的当前状态信息于持久存储设备中；
-     向后兼容SysV init脚本 /etc/init.d/

当服务启动时，可事先将socket分予给该服务程序，但该服务程序可先暂时并未启动，接下来我们还可以基于总线(bus)进行激活等特性。

不过需要注意的是，systemd也有不兼容的此前较老版本的功能特性。

不兼容特性：
-     systemctl的命令是固定不变的；
-     由非systemd启动的服务，systemctl无法与之通信，意味着systemd无法控制此服务；

#systemctl命令

我们使用很多次systemctl命令来管理服务，对于RHEL 7/Ubuntu16.04 以上来说，只要是service以及其它类型的unit的文件，都是由systemd进行管控的，而且还能兼容/etc/init.d/目录下的各个服务脚本，而且对于命令的使用也很好掌握。

service等类型的unit文件；
	systemctl命令：
```
        systemctl - Control the systemd system and service manager

systemctl [OPTIONS...] COMMAND [NAME...]
```

对于该命令来说，拥有着许多的子命令，与原来upstart和sysv init的对比

```
启动：service NAME start ==> systemctl start NAME.service
停止：service NAME stop ==> systemctl stop NAME.service
重启：service NAME restart ==> systemctl restart NAME.service
状态：service NAME status ==> systemctl status NAME.service
条件式重启：service NAME condrestart ==> systemctl try-restart NAME.service
重载或重启服务：systemctl reload-or-restart NAME.service
重载或条件式重启服务：systemctl reload-try-restart NAME.service

查看某服务当前激活与否的状态：systemctl is-active NAME.service
查看所有已激活的服务：systemctl list-units --type service
查看所有服务(已激活及未激活): chkconfig --list ==> systemctl list-units -t service --all
查看某服务是否能开机自启：chkconfig --list NAME ==> systemctl is-enable NAME.service

禁止某服务设定为开机自启：systemctl mask NAME.service
取消此禁止：systemctl umask NAME.service

查看服务的依赖关系：systemctl list-dependencies NAME.service
```
前面写到unit的常见类型，其中target类型就是用于实现其系统启动的运行级别，一共有七个运行级别，从0开始，到6结束，我们介绍一下这七个运行级别。
```
0：关机；
1：单用户模式，无网络连接，不运行守护进程，不允许非超级用户登录；
2：多用户模式，无网络连接，不运行守护进程；
3：多用户模式，正常启动系统；
4：用户自定义；
5：多用户模式，图形界面；
6：重启；
```
对应target如下
```
    0 ==> runlevel0.target, poweroff.target
    1 ==> runlevel1.target, rescue.target
    2 ==> runlevel2.target, multi-user.target
    3 ==> runlevel3.target, multi-user.target
    4 ==> runlevel4.target, multi-user.target
    5 ==> runlevel5.target, graphical.target
    6 ==> runlevel6.target, reboot.target
```
对应原来的init 切换方式如下：
```
切换切换：init N ==> systemctl isolate NAME.target

查看级别：runlevel ==> systemctl list-units --type target
查看所有级别：systemctl list-units -t target -a

获取默认运行级别：systemctl get-default
修改默认运行级别：systemctl get-default NAME.target

切换至紧急救援模式：systemctl rescre
切换至emergency模式：systemctl emergency
```
以上就是管理常见的target类型的命令，我们还有一些其它常用命令来进行总结。

其它常用命令：
```
    关机：systemctl halt, systemctl poweroff
    重启：systemctl reboot
    挂起：systemctl suspend
    快照：systemctl hibernate
    快照并挂起：systemctl hybrid-sleep
```
#systemd unit file
在介绍完systemd以及讲解了systemctl命令之后，我们来了解unit file，以及如何写出unit file。

而unit文件是由描述各其行为及配置指令组成的，其配置文件属于.ini风格，通过各种指令来管理以上的功能。

unit file共有三部分组成， 比如service unit file 一般组成如下
```
        [Unit]: 定义与Unit类型无关的通用选项；用于提供unit的描述信息，unit行为及依赖关系等；
        [Service]：与特定类型相关的专用选项；此处为Service类型；
        [Install]：定义由"systemctl enable"及"systemctl disable"命令在实现服务启用或禁用时用到的一些选项；
```
以上就是unit配置文件的结构，接下来我们说一下这三部分的常用选项。
Unit段的常用选项：
```
    Description：描述信息，意义性描述；
    After：定义unit的启动次序；表示当前unit应晚于哪些unit启动；其功能与Before相反；
    Requies：依赖到其它的units；强依赖，被依赖的units无法激活时，当前的unit即无法激活；
    Wants：依赖到其它的units；弱依赖；
    Confilcts：定义units 的冲突关系；
```
Service段的常用选项：
```
    Type：用于定义影响ExecStart及相关参数的功能的unit进程类型；
        类型：
            simple：
            forking：
            oneshot：
            dbus：
            notify：
            idle：
    EnvironmentFile：环境配置文件；
    ExecStart：指明启动unit要运行的命令或脚本；ExecStart, ExecStartPost
    ExecStop：指明停止unit要运行的命令或脚本；
    Restart:
```
Install段的常用配置：
    Alias：
    RequiredBy：被哪些unit所依赖；
    WantBy：被哪些unit所依赖；

** 另外，对于新创建的unit文件以及修改过的unit文件，我们需要使用systemctl来重载其配置文件才能生效！。**

```
 # systemctl daemon-reload
 ```
相关链接
- [arch 的 systemd 说明页面](https://wiki.archlinux.org/index.php/Systemd "arch 的 systemd 说明页面")
- [systemd 的手册页](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/ "systemd 的手册页")
- [systemd.unit 中文手册 - 金步国](http://www.jinbuguo.com/systemd/systemd.unit.html "systemd.unit 中文手册 - 金步国")
-  [systemd Optimizations优化](https://freedesktop.org/wiki/Software/systemd/Optimizations/ "systemd Optimizations优化")
- [DBus入门介绍](https://www.jianshu.com/p/c073daaf427f "DBus简介")
- [systemd/Timers](https://wiki.archlinux.org/index.php/Systemd/Timers "systemd/Timers")
- [systemd攻略](https://www.jianshu.com/p/8b3fba13fcad "systemd攻略")
- https://www.linuxidc.com/Linux/2018-11/155443.htm

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