systemd服务分析

systemd 是 Linux 系统工具，用来启动守护进程，已成为大多数发行版的标准配置。

systemd 的优点是功能强大，使用方便，缺点是体系庞大，非常复杂；systemd执行服务是并行的，如果没有人为的干预附加启动依赖，同级服务启动顺序是乱序的，这个在后续会体现出来。

systemd囊括的功能板块很多，内容更倾向运维工作，目前因项目需求，就服务板块进行分析。

systemd不是简单的一个命令，而是非常复杂一组命令，涵盖系统管理的方方面面。

一、systemctl

systemctl是systemd的主要命令，用于整体管理系统各项服务等。

在systemctl眼里，最小的功能单位就是单元，也是单个进程的描述，一个个小的单元互相调用和依赖，组成一个庞大的任务管理系统，这就是 Systemd 的基本思想。

通过systemctl list-unit-files可以查看当前系统中所有的单元，如下：

每个单元都有一个描述单元的文件，用于规范单元的功能和执行的机制，分别存放在三个不同的目录：

1.1 查看单元

像上述的查看系统中所有的单元文件的命令如下：

/lib/systemd/system
/etc/systemd/system
/usr/lib/systemd/system

• /lib/systemd/system：主要存放的是系统默认的单元文件；
• /etc/systemd/system：用户安装的软件的单元文件；
• /usr/lib/systemd/system：用户自定义的单元文件；

1.2 单元的管理

明白了单元存在的含义，那么需要管理呀，怎么管理单元的动作，具体如下：

systemctl start [UnitName]
systemctl stop [UnitName]
systemctl restart [UnitName]
systemctl kill [UnitName]
systemctl status [UnitName]
systemctl enable [UnitName]
systemctl disable [UnitName]

顾名思义，通过systemctl控制对单元的开启、停止、重启等操作，这里着重说明的是：

• systemctl enable [UnitName]：用来开启单元的开机自启动，这步动作会生成一个符号链接，链接到你设计的单元指定的target下面，后续展开说明；
• systemctl disable [UnitName]：用来取消单元开机自启动；
  • 该服务需要慎用，对于某些服务来说，取消单元开机自启动时，会导致该单元某些文件的缺失，亲测！！
  • 在取消lightdm.service单元服务时，即使使用systemctl enable lightdm.service恢复开机自启动都无济于事，需要通过sudo apt-get install --reinstall lightdm进行重装。
  • systemctl status [UnitName]：查看单元当前状态，具体如下：
    通过查看status可以查看服务具体启动的信息，这个后续讲解自启动服务的时候会仔细分析到。

二、systemd-analyze

简单分析完systemctl的部分功能之后，systemd还提供了一个可以查看所有启动的总耗时的工具，systemd-analyze；

systemd-analyze  
systemd-analyze blame
systemd-analyze plot > filename.svg
systemd-analyze critical-chain
systemd-analyze critical-chain atd.service

• systemd-analyze：直接查看服务单元启动时间，如下
  • 
  • 
  • 这里不是简单的展开系统开机时间，而是包括了内核启动时间和用户启动时间，在两个不同的硬件上，可以看到，前者是虚拟机中执行的结果，后者直接搭载在板子上的linux系统甚至可以看到固件执行时间、加载时间、内核启动时间、以及用户启动时间，具体的含义有待后续进一步确认；
• systemd-analyze blame：查看每个服务的启动耗时，该命令直接将不同服务单元的启动用时打印出来，如下：

  • 

  • 不难看出plymouth-quit-wait.service单元服务执行用时11.832秒，但是这个顺序并不代表执行顺序，而是以耗时长短排序，需要得到启动顺序，执行后面的命令；

• systemd-analyze plot > filename.svg：通过执行该命令，可以在执行目录下生成一个filename.svg的文件，该文件建议使用浏览器打开：
  • 
  • 文件中可以清楚的看到服务单元的启动顺序，如果你多启动几次电脑，多生成几个文件进行服务启动顺序对比，你可以清晰的理解文章开头强调的systemd启动服务是乱序并行的说法。
• systemd-analyze critical-chain：显示瀑布状的启动过程流，这个命令可以看个大概；
  • 
  • 在“@”字符之后打印单位处于活动状态或启动后的时间。
  • 在“+”字符之后，在“+”字符之后打印单位开始的时间。
• systemd-analyze critical-chain atd.service：显示指定服务的启动流，具体看哪个服务就写哪个服务。

三、定制服务

前面介绍这么多都是纸上谈兵而已，需要真正使用上systemd的各种功能，首先要学会怎么读服务文件；

3.1 读懂服务文件

我们找一个.service文件去读，可以通过systemctl cat命令查看服务的配置文件，也可以直接到前面说的三个目录下去直接打开，这里打开rc-local.service来讲解：

#  This file is part of systemd.
#
#  systemd is free software; you can redistribute it and/or modify it
#  under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
#  the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
#  (at your option) any later version.

# This unit gets pulled automatically into multi-user.target by
# systemd-rc-local-generator if /etc/rc.local is executable.
[Unit]
Description=/etc/rc.local Compatibility
ConditionFileIsExecutable=/etc/rc.local
After=network.target

[Service]
Type=forking
ExecStart=/etc/rc.local start
TimeoutSec=0
RemainAfterExit=yes

一个服务怎么启动、什么时候启动、启动什么东西都是由他的配置文件决定的，如上所示，rc-local.service服务主要是执行/etc/rc.local的内容，这个关联到linux启动项的内容，这里不展开说明，后续会补充。

rc-local.service服务的结构分为两个板块，有[Unit]和[Service]，其实还有另外一个[Install]，后续会分别进行说明：

3.1.1 [Uint]：启动顺序和依赖关系

• Unit区块的Description字段给出当前服务的简单描述，Documentation字段给出文档位置；
• After字段：表示如果network.target或sshd-keygen.service需要启动，那么sshd.service应该在它们之后启动；
• Before字段，定义sshd.service应该在哪些服务之前启动；
• After和Before字段只涉及启动顺序，不涉及依赖关系；
• Wants字段：表示sshd.service与sshd-keygen.service之间存在"弱依赖"关系，即如果"sshd-keygen.service"启动失败或停止运行，不影响sshd.service继续执行；
• Requires字段则表示"强依赖"关系，即如果该服务启动失败或异常退出，那么sshd.service也必须退出；
• Wants字段与Requires字段只涉及依赖关系，与启动顺序无关，默认情况下是同时启动的。
• ConditionFileIsExecutable=/etc/rc.local指定执行文件；

3.1.2 [Service]：启动行为，定义如何启动当前服务

• EnvironmentFile字段：指定当前服务的环境参数文件。该文件内部的key=value键值对，可以用$key的形式，在当前配置文件中获取；
• ExecStart字段：定义启动进程时执行的命令；
• ExecReload字段：重启服务时执行的命令；
• ExecStop字段：停止服务时执行的命令；
• ExecStartPre字段：启动服务之前执行的命令；
• ExecStartPost字段：启动服务之后执行的命令；
• ExecStopPost字段：停止服务之后执行的命令；
• Type字段定义启动类型。它可以设置的值如下；
  • simple（默认值）：ExecStart字段启动的进程为主进程；
  • forking：ExecStart字段将以fork()方式启动，此时父进程将会退出，子进程将成为主进程；
  • oneshot：类似于simple，但只执行一次，Systemd 会等它执行完，才启动其他服务；
  • dbus：类似于simple，但会等待 D-Bus 信号后启动；
  • notify：类似于simple，启动结束后会发出通知信号，然后 Systemd 再启动其他服务；
  • idle：类似于simple，但是要等到其他任务都执行完，才会启动该服务。一种使用场合是为让该服务的输出，不与其他服务的输出相混合；
• KillMode字段：定义Systemd如何停止sshd服务；
  • control-group（默认值）：当前控制组里面的所有子进程，都会被杀掉；
  • process：只杀主进程；
  • mixed：主进程将收到SIGTERM信号，子进程收到SIGKILL信号；
  • none：没有进程会被杀掉，只是执行服务的stop命令;
• Restart字段：定义了sshd退出后，Systemd的重启方式；
  • no（默认值）：退出后不会重启；
  • on-success：只有正常退出时（退出状态码为0），才会重启；
  • on-failure：非正常退出时（退出状态码非0），包括被信号终止和超时，才会重启；
  • on-abnormal：只有被信号终止和超时，才会重启；
  • on-abort：只有在收到没有捕捉到的信号终止时，才会重启；
  • on-watchdog：超时退出，才会重启；
  • always：不管是什么退出原因，总是重启；
• RestartSec字段：表示 Systemd 重启服务之前，需要等待的秒数。上面的例子设为等待42秒；

3.1.3 [Install]：定义如何安装这个配置文件，即怎样做到开机启动

• WantedBy字段：表示该服务所在的 Target；Target的含义是服务组，表示一组服务。WantedBy=multi-user.target指的是，sshd 所在的 Target 是multi-user.target；

这个设置非常重要，因为执行systemctl enable sshd.service命令时，sshd.service的一个符号链接，就会放在/etc/systemd/system目录下面的multi-user.target.wants子目录之中。

分析完之后，回到[rc-local.service源码]( 3.1 读懂服务文件)，我们可以清楚的解析出来，该服务指定的执行文件为/etc/rc.local，规定该服务在network.target服务执行完成之后再执行，并且该服务类型为forking，该服务启动时执行的命令为/etc/rc.local start

3.2 target 服务组

在查看/etc/systemd/system和/lib/systemd/system下面的服务文件时，仔细的话可以看到分别有.service和.target以及.wants三种不同后缀的文件及文件夹。

像[3.1.3 [Install]]( 3.1.3 [Install]：定义如何安装这个配置文件，即怎样做到开机启动)中描述的WantedBy字段：表示该服务所在的 target；该target指的就是.target，每个.target指的都是一个独立的服务组，表示一组服务。

我们打开ssh.service可以看到WantedBy=multi-user.target，指定了ssh.service所在的服务组为multi-user.target多用户服务组。

[Unit]
Description=OpenBSD Secure Shell server
After=network.target auditd.service
ConditionPathExists=!/etc/ssh/sshd_not_to_be_run

[Service]
EnvironmentFile=-/etc/default/ssh
ExecStartPre=/usr/sbin/sshd -t
ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS
ExecReload=/usr/sbin/sshd -t
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
KillMode=process
Restart=on-failure
RestartPreventExitStatus=255
Type=notify

[Install]
WantedBy=multi-user.target
Alias=sshd.service

当我们执行systemctl enable sshd.service命令时，sshd.service的一个符号链接，就会放在/etc/systemd/system目录下面的multi-user.target.wants子目录之中；这里讲解了(1.2 单元的管理)中的疑点。

我们可以通过执行systemctl list-dependencies multi-user.target来查看当前multi-user.target服务组下的服务，

systemd的target

Systemd 目标	注释
runlevel0.target, poweroff.target	中断系统（halt）
runlevel1.target, rescue.target	单用户模式
runlevel2.target, runlevel4.target, multi-user.target	用户自定义启动级别，通常识别为级别3。
runlevel3.target, multi-user.target	多用户，无图形界面。用户可以通过终端或网络登录。
runlevel5.target, graphical.target	多用户，图形界面。继承级别3的服务，并启动图形界面服务。
runlevel6.target, reboot.target	重启
emergency.target	急救模式（Emergency shell）

Systemd默认的启动Target为multi-user.target，我们也可以通过指令去查看当前启动的target

$systemctl get-default
multi-user.target

一般来说，常用的 Target 有两个：一个是multi-user.target，表示多用户命令行状态；另一个是graphical.target，表示图形用户状态，它依赖于multi-user.target；

3.2.1 target 的配置文件

打开multi-user.target文件，如下：

#  This file is part of systemd.
#
#  systemd is free software; you can redistribute it and/or modify it
#  under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
#  the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
#  (at your option) any later version.

[Unit]
Description=Multi-User System
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=basic.target
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=basic.target rescue.service rescue.target
AllowIsolate=yes

可以看到target 配置文件里面没有启动命令，主要字段如下：

• Requires字段：要求basic.target一起运行。
• Conflicts字段：冲突字段。如果rescue.service或rescue.target正在运行，multi-user.target就不能运行，反之亦然。
• After：表示multi-user.target在basic.target 、 rescue.service、 rescue.target之后启动，如果它们有启动的话。
• AllowIsolate：允许使用systemctl isolate命令切换到multi-user.target。

修改配置文件以后，需要重新加载配置文件，然后重新启动相关服务。

# 重新加载配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 重启相关服务
$ sudo systemctl restart foobar

参考 > 阮一峰Systemd 入门教程