Linux的Init程序与系统服务管理

一、Init程序

        Init程序是linux启动过程中，初始化所有设备驱动程序和数据结构后，由内核启动的第一个用户级程序，并由Init程序完成系统

启动过程。各发行版本中主要使用的Init程序有Sysvinit、Upstart、Systemd，本文将介绍这三种Init程序。

（一）、Sysvinit

1. 运行级别

        Sysvinit是较早使用的Init程序，基于运行级别。系统以何种运行级别启动由Init读取/etc/inittab文件中的缺省级别设置来确定。

运行级别的定义具体如下：

 0 => 关机（halt）

 1 => 单用户模式（single）

 2 => 多用户

 3 => 完整的多用户模式（标准的运行级）

 4 => 系统保留

 5 => 完整的多用户，使用X11（X window）

 6 => 重启（reboot）

        Ubuntu很早就不使用Sysvinit了。现在的版本默认是没有/etc/inittab文件的，且运行级别的定义也有不同，具体如下：

 0 => 关闭系统（halt）

 1 => 单用户模式（single）

 6  => 重启（reboot）

 2，3，4，5 => 多用户模式（multi-user）

说明：这里的2、3、4、5都没有区分，是留给用户自己设置的。比如，修改ubuntu默认的运行级别为3，然后修改模式3的相关服务，可达到个人定制的目的。

2. 服务启动

        启动与关闭服务的脚本存放在/etc/rc[?].d目录下。其中[?]表示0~6，分别对应级别0~6。/etc/rcS.d/路径下的脚本会先于/etc/rc[?].d/

执行。/etc/rc.local会在/etc/rc[?].d/路径下的脚本执行完成后，最后执行。例如：运行级别为2，将执行/etc/rc2.d/下的脚本。

        脚本命名的方式：K开头（k=>kill）、S开头（S=>start）。K、S后面跟着的数字代表执行优先级，数字越小，执行顺序越高

（优先执行，比如K15优先于K20被执行）。当执行K开头的脚本，比如，K20acpid会执行/etc/init.d/acpid脚本，并给脚本传递一个

stop参数，指示其关闭acpi daemon服务。S开头的会传递start参数，指示其开启服务。而且/etc/rc[?].d/下面的脚本都是软链接，指向

/etc/init.d/中真正的执行脚本。若想要添加自定义的服务，需要将自定义服务的启动脚本放到/etc/init.d/路径下，并在对应的运行级别

目录下为其添加软链接。

        命令：service 服务名  start | stop | restart    或者/etc/init.d/  服务名  start | stop | restart 

        服务管理工具：chkconfig        sysv-rc-conf

说明：

        在Ubuntu中系统定义的服务存放在/etc/services文件中。在另一些发行版本中，部分非常驻服务由xinetd服务控制。xinetd服务配置文件保存在/etc/xinetd.conf。

例如Telnet服务就是由xinetd代理服务的。

3. Init执行流程--Sysvinit时代Linux启动流程：

1. BIOS

2. MBR

3. Grub

4. Linux-Kernel

5. Init

    a. 运行/sbin/init

    b. 读取/etc/inittab（该文件定义了运行级别）

    c. 执行/etc/rc.d/rc-sysinit

    d. 执行/etc/rcS.d/ 目录下的脚本

    e. 切换到默认的运行级别执行。假设运行级别是5，则执行/etc/rc5.d/目录下的脚本

     f. 执行/etc/rc.local（用户自定义的开机服务可放到该脚本中）

    g. 执行/bin/login（此时已完成Init全过程）

6. 完成系统初始化，用户登录。

（二）、Upstart

        Upstart init daemon是Sysvinit daemon的替代者，基于事件。可在系统启动、关闭、任务状态改变时启动或关闭服务。

1.  事件和作业

    a. 事件：

        Event就是Init得到的关于服务状态的变更信息。用户可通过initctl emit命令来手动触发一个事件，但通常情况下，事件是自动触发的。

Upstart有三种事件类型：

1) Signal Event：异步且非阻塞；

2) Method Event：同步且阻塞；

3) Hook Event：同步且阻塞。

Upstart的三个主要进程：

1) init：Upstart的主进程(PID=1)。职责是读取配置文件，处理各种服务和应用程序的依赖关系。根据事件来启动不同的功能和服务，

              并动态的进行管理。

2) initctl：Upstart的事件管理器。可被应用程序用来通知Init哪些事件发生。initctl list可类比Sysvinit的chkconfig。

3) telinit：管理运行级别。要研究Upstart是如何兼容Sysvinit的，就要从telinit命令入手。

附：/etc/init/rc-sysinit.conf脚本中telinit的使用（省略部分，只留下关键的）：

# rc-sysinit - System V initialisation compatibility
#
# This task runs the old System V-style system initialisation scripts,
# and enters the default runlevel when finished.

start on (filesystem and static-network-up) or failsafe-boot
stop on  runlevel

env DEFAULT_RUNLEVEL=2

emits runlevel

task

script
    # Check for default runlevel in /etc/inittab
    if [ -r /etc/inittab]
    then
	eval "$(sed -nre 's/^[^#][^:]*:([0-6sS]):initdefault:.*/DEFAULT_RUNLEVEL="\1";/p' /etc/inittab || true)"
    fi
    
    # Run the system initialisation scripts
    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || /etc/init.d/rcS

    # Switch into the default runlevel
    telinit "${DEFAULT_RUNLEVEL}"
end script

    b. 作业：

        job是一个工作的单元，一个任务或一个服务。用户可以用initctl start和initctl stop命令手动启动或终止一项job。

分类：

1) 任务（Task  job）：运行、并在执行结束后返回到等待状态的job；

2) 服务（Service  job）：后台服务进程，通常不会自己结束的job；

3) 抽象作业（Abstract  job）：只存在于Upstart内部。没有PID，定义“永久运行”的job。

2. 服务启动

        Upstart的服务启动配置放在/etc/init/目录下，以服务名.conf 文件存放。

在上图lightdm.conf配置文件中：

        start on：服务的依赖关系；

        emits：命令行发起事件。

在上图rsyslog.conf配置文件中：

        exec：服务启动命令；

        respawn：设置服务异常停止后服务自动重启；

        script  ... end script==>服务启动前后执行脚本。

说明：

        需要开机启动自定义服务，只要向/etc/init/中添加自定义服务*.conf配置文件，并添加启动文件到/etc/init.d/即可。

        命令/工具：initctl list==>查看所有服务状态  initctl start | stop | restart  服务名。还有一个命令update-rc.d也可以设置服务启停等，包含在insserv软件包中。

3.  Init执行流程--Upstart时代Linux启动流程：

1. BIOS

2. MBR

3. Grub

4. Linux-Kernel

5. Init

    a. 运行/sbin/init

    b. Upstart内部初始化，触发startup事件

    c. 触发依赖startup事件的服务，主要包括挂载文件系统、本地回环网络（即定义了start on startup的服务脚本）

    d. 触发rc-sysinit事件（/etc/init/rc-sysinit.conf），首先执行/ec/rcS.d/目录下的脚本（事实上，此后的过程与Sysvinit执行过程类似）

    e. 切换到默认的运行级别执行脚本。例如：/etc/rc2.d/目录下的脚本（Ubuntu默认是"env  DEFAULT_RUNLEVEL=2"     

        telinit "${DEFAULT_RUNLEVEL}"）

    f.  执行/etc/rc.local

    g. 执行/bin/login（完成Init过程）

6. 完成系统初始化，用户登录。

说明：很多细节的东西还不清楚，有待研究。

（三）、Systemd

1. 基本概念及原理

        Systemd与Sysvinit完全兼容，有更清晰的服务依赖关系，开机系统初始化服务并行启动，更少的shell开销。对应于运行级别的

概念，Systemd有target的概念与之对应，例如multi-user.target。

        以下是FedoraProject官网对Systemd的介绍（Fedora目前已经使用Systemd作为默认的Init）：

        Systemd是Linux下一个与SysV和LSB初始化脚本兼容的系统和服务管理器。Systemd使用socket和D-Bus来开启服务，提供基

于守护进程的按需启动策略，保留了Linux cgroups的进程追踪功能，支持快照和系统状态恢复，维护挂载和自挂载点，实现了各服

务间基于从属关系的一个更为精细的逻辑控制，拥有前卫的并行性能。Systemd无需经过任何修改便可以替代Sysvinit 。

2. 服务启动

        服务配置文件放在/lib/systemd/system/目录下，以*.service命名。没有运行级别的概念，完全兼容Sysvinit。

        rsyslog.service文件格式：

        [Unit]

        Description=System Logging Service
     
        [Service]

        ExecStartPre=/bin/systemctl stop systemd-kmsg-syslogd.service

        ExecStart=/usr/sbin/rsyslogd -n -c5

        Sockets=syslog.socket

        StandardOutput=null
     
        [Install]

        WantedBy=multi-user.target

    命令：systemctl enable | disable  *.service ==>设置服务 自动启动 | 非自动启动

                systemctl start | stop | restart *.service ==>服务启动 | 停止 | 重启

                systemctl status *.service ==>查看服务状态

    工具：systemadm ==>图形化的管理工具

3. Init执行流程--Systemd时代Linux启动流程：

    暂先留空，待以后再补充。

附：linux2.6.32.61版本的内核Init代码( /init/main.c )，说明kernel与/sbin/init的关系。

static noinline int init_post(void)
	__releases(kernel_lock)
{
	/* need to finish all async __init code before freeing the memory */
	async_synchronize_full();
	free_initmem();
	unlock_kernel();
	mark_rodata_ro();
	system_state = SYSTEM_RUNNING;
	numa_default_policy();

	if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
		printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

	(void) sys_dup(0);
	(void) sys_dup(0);

	current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE;

	if (ramdisk_execute_command) {
		run_init_process(ramdisk_execute_command);
		printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
				ramdisk_execute_command);
	}

	/*
	 * We try each of these until one succeeds.
	 *
	 * The Bourne shell can be used instead of init if we are
	 * trying to recover a really broken machine.
	 */
	if (execute_command) {
		run_init_process(execute_command);
		printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting "
					"defaults...\n", execute_command);
	}
	run_init_process("/sbin/init");     
	run_init_process("/etc/init");
	run_init_process("/bin/init");
	run_init_process("/bin/sh");

	panic("No init found.  Try passing init= option to kernel.");
}

二、系统服务管理

        以下是Ubuntu 12.04.5LTS所有的系统服务：

gf@gf:~$ initctl list

avahi-daemon start/running, process 1069            //  零配置网络服务

passwd stop/waiting                                                  //  管理用户密码和组数据

rc stop/waiting                                                            //  System V runlevel compatibility

rsyslog start/running, process 970                          //  增强的多线程系统日志

udev start/running, process 448                              //  用户空间dev文件系统

upstart-udev-bridge start/running, process 446    //  Bridge udev events into upstart

upstart-socket-bridge start/running, process 1118  //  Bridge socket events into upstart

ureadahead-other stop/waiting                               //  Read required files in advance for other mountpoints

console-setup stop/waiting                                      //  控制台字体和键盘布局设置程序

hwclock-save stop/waiting                                      //  查询和设置硬件时钟

irqbalance start/running, process 1332                 //  SMP(Symmetric Multi-Processing) 平衡中断的进程

failsafe stop/waiting                                                 //  启动故障自动检测

hybrid-gfx stop/waiting                                            //  nvidia的hybird检测（vi /etc/init/hybrid-gfx.conf）

                                                                                   //   dpkg -S   hybrid-detect   可以知道属于nvidia-common包的

modemmanager start/running, process 1148      //  管理调制解调器的dbus服务

rfkill-store stop/waiting                                            //  无线网络设备管理

atd start/running, process 1341                             //  计划任务

dbus start/running, process 1041                          //  系统消息总线

failsafe-x stop/waiting                                             // X启动故障自动检测

plymouth stop/waiting                                             //  开机启动画面plymouth管理器

resolvconf start/running                                          //  自动配置DNS信息

udev-fallback-graphics stop/waiting                     //  take actions to initiate fallback graphics

control-alt-delete stop/waiting                               //  control-alt-delete组合键

hwclock stop/waiting                                              //  查询和设置硬件时钟

network-manager start/running, process 1165   //  系统网络连接管理

alsa-store stop/waiting                                           //  alsa音频系统服务

module-init-tools stop/waiting                               //  管理内核模块的工具

setvtrgb stop/waiting                                              //  设置虚拟终端的颜色

shutdown stop/waiting                                           //  关机

alsa-restore stop/waiting                                       //  alsa音频系统服务

cron start/running, process 1340                         //  进程调度/计划任务 

lightdm start/running, process 1324                    //  桌面管理工具

mountall stop/waiting                                            //   挂载服务

binfmt-support stop/waiting                                  //  核心支持其他二进制文件格式

console stop/waiting                                             //  终端

acpid start/running, process 1352                      //  acpi守护进程

rcS stop/waiting                                                    //  System V single-user mode compatibility

ufw start/running                                                   //  防火墙

wait-for-state stop/waiting                                   //  ??

flush-early-job-log stop/waiting                          //  Ensure cached output from jobs that finish before the disk is writeable are flushed

                                                                                //  to disk as soon as it does becomes writeable

friendly-recovery stop/waiting                            //  崩溃恢复

rc-sysinit stop/waiting                                          //  System V initialisation compatibility

anacron stop/waiting                                           //  计划任务

udevtrigger stop/waiting                                     //  ??

container-detect stop/waiting                            //  Track if upstart is running in a container

udev-finish stop/waiting                                     //  save udev log and update rules

hostname stop/waiting                                       //  set system hostname

networking stop/waiting                                    //  configure virtual network devices

tty1 start/running, process 1577                      //  虚拟终端tty1

udevmonitor stop/waiting                                 //  log initial device creation

dmesg stop/waiting                                           //  save kernel messages to syslog

procps stop/waiting                                           //  sets kernel sysctl variables from /etc/sysctl.conf

rfkill-restore stop/waiting                                  //  restore software rfkill state

ureadahead stop/waiting                                 //  read required files in advance

gf@gf:~$

后记：

以下是介绍Init的系列文章，图文并茂，值得参考。

浅析 Linux 初始化 init 系统，第 1 部分: sysvinit： http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/1407_liuming_init1/index.html

浅析 Linux 初始化 init 系统，第 2 部分: UpStart：  http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/1407_liuming_init2/index.html

浅析 Linux 初始化 init 系统，第 3 部分: Systemd：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/1407_liuming_init3/index.html

修订：

参考：

注：

推荐文章，写的很不错的（2015年4月12日）

《探索Linux系统的启动过程》：http://www.linuxidc.com/Linux/2015-04/116076.htm