由来

历史上，Linux 的启动一直采用init进程。下面的命令用来启动服务。

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$ sudo /etc/init.d/apache2 start
# 或者
$ service apache2 start

这种方法有两个缺点：

  • 一是启动时间长。init进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程。
  • 二是启动脚本复杂。init进程只是执行启动脚本，不管其他事情。脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长。

Systemd 概述

Systemd 就是为了解决这些问题而诞生的。它的设计目标是，为系统的启动和管理提供一套完整的解决方案。

使用了 Systemd，就不需要再用init了。Systemd 取代了initd，成为系统的第一个进程（PID 等于 1），其他进程都是它的子进程。

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$ systemctl --version

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。

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系统管理

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。

systemctl

systemctl 是 Systemd 的主要命令，用于管理系统

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# 重启系统
$ sudo systemctl reboot

# 关闭系统，切断电源
$ sudo systemctl poweroff

# CPU停止工作
$ sudo systemctl halt

# 暂停系统
$ sudo systemctl suspend

# 让系统进入冬眠状态
$ sudo systemctl hibernate

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

# 启动进入救援状态（单用户状态）
$ sudo systemctl rescue

systemd-analyze

systemd-analyze 命令用于查看启动耗时。

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# 查看启动耗时
$ systemd-analyze                                                                                       
# 查看每个服务的启动耗时
$ systemd-analyze blame

# 显示瀑布状的启动过程流
$ systemd-analyze critical-chain

# 显示指定服务的启动流
$ systemd-analyze critical-chain atd.service

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。
$ sudo hostnamectl set-hostname rhel

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

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

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Unit

Unit 含义

Systemd 可以管理所有系统资源。不同的资源称为 Unit (单位)

Unit 一共分成 12 种：

  • Service Unit: 系统服务器
  • Target Unit: 多个 Unit 构成的一个组
  • Devcie 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

systemctl list-units 命令可以查看当前系统的所有 Unit 。

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# 列出正在运行的 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

# 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

Unit 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。

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# 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
$ sudo systemctl start apache.service

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

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

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

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

# 重载所有修改过的配置文件
$ sudo 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
$ sudo systemctl set-property httpd.service CPUShares=500

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。

systemctl list-dependencies 命令列出一个 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（详见下文），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

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Unit 配置文件

概述

每一个 Unit 都有一个配置文件，告诉 Systemd 怎么启动这个 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

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$ sudo systemctl enable caddy.service
#  等同于
$ sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/caddy.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/caddy.service'

如果配置文件里面设置了开机启动， systemctl enable 命令就相当于激活开机启动； 与之对应， 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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$ sudo systemctl disable caddy.service

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

配置文件状态

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进的状态， 一共有四种：

  • enabled: 已建立启动链接
  • disabled: 没有建立启动链接
  • 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

Note: 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

一旦修改了配置文件， 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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$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl restart httpd.service

配置文件格式

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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[root@qxs ~]$ systemctl cat caddy
# /etc/systemd/system/caddy.service
[Unit]
Description=Caddy HTTP/2 web server
After=syslog.target
After=network.target

[Service]
User=www-data
Group=www-data
LimitNOFILE=64000
ExecStart=/usr/local/bin/caddy --conf=/etc/caddy/Caddyfile
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target

从上面的输出可以看到， 配置文件分成好几个区块。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。

每个区块内部都是一些符号链接的键值对

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[Section]
Directive1=value
Directive2=value
. . .

Note: 键值对的等号两侧不能有空格

配置文件的区块

[Unit]

[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。其主要字段如下：

  • Descritption: 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， 如果他们没有 运行， 当前的 Unit 不会启动失败
  • BindsTo: 与 Requires 类似， 它指定的 Unit 如果推出， 会导致当前 Unit 停止运行
  • Before: 如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前的 Unit 之后启动
  • After： 如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前的 Unit 之后启动
  • 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]

[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]

[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

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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。

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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
$ sudo 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
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

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

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。

日志管理

Systemd 统一管理所有 Unit 的启动日志。 带来的好处是，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）
$ sudo journalctl

# 查看内核日志（不显示应用日志）
$ sudo journalctl -k

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

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

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

# 显示尾部的最新10行日志
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

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

# 查看指定进程的日志
$ sudo journalctl _PID=1

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

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

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

# 实时滚动显示某个 Unit 的最新日志
$ sudo 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
$ sudo journalctl -p err -b

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

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

# 以 JSON 格式（多行）输出，可读性更好
$ sudo journalctl -b -u nginx.serviceqq
 -o json-pretty

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

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

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

See Also

Thanks to the authors 🙂