Linux服务管理之systemd简介

近年来，Linux系统的init进程经历了两次重大的演进，传统的sysinit已经逐渐淡出历史舞台，新的upstart和systemd各有特点，越来越多的Linux发行版采纳了systemd。‍RHEL 7.0也开始使用systemd‍。

systemd是Linux系统中最新的初始化系统（init），它的主要设计目标是克服sysinit固有的缺点，提高系统的启动速度。systemd和Ubuntu的upstart是竞争对手，预计会取代upstart，已经有消息称ubuntu也将采用systemd作为其标准的系统初始化系统。

systemd提供了比upstart更激进的并行启动能力，采用了socket/D-Bus activation等技术启动服务。一个显而易见的结果就是，具有更快的启动速度。为了减少系统的启动时间，systemd的目标是：

• 尽可能启动更少的进程。

• 尽可能并行启动更多的进程。

systemd提供了按需启动能力

当sysvinit系统初始化时，它会将所有可能用到的后台服务进程全部启动运行，并且系统必须等待所有的服务都启动就绪后，才允许用户登录。这种做法有两个缺点：首先是启动时间过长；其次是浪费了系统资源。某些服务很可能在很长一段时间内，甚至整个服务器运行期间都没有被使用过。花费在启动这些服务上的时间是不必要的；同样，花费在这些服务上的系统资源也是浪费的。systemd可以提供按需启动能力，只有在某个服务被真正请求时才启动它。当该服务结束后，systemd可以关闭它，等待下次需要时再次启动它。

systemd采用Linux的Cgroup特性跟踪和管理进程的生命周期

init系统的一个重要职责就是负责跟踪和管理服务进程的生命周期，它不仅可以启动一个服务，而且也必须能够停止服务。这看上去没什么特别的，然而在真正用代码实现时，你或许会发现停止服务比一开始想的要困难。

服务进程一般都会作为守护进程（daemon）在后台运行，为此服务程序有时候会派生（fork）两次。在upstart中，需要在配置文件中正确地配置expect，这样upstart通过对fork系统调用进行计数，从而获知真正的守护进程的PID号。为了处理这类问题，upstart通过strace来跟踪fork,exit等系统调用，但是这种方法很笨拙，且缺乏可扩展性。systemd则利用了Linux内核特性即Cgroup来完成跟踪任务。当停止服务时，通过查询Cgroup，systemd可以确保找到所有的相关进程，从而干净地停止服务。

Cgroup已经出现了很久，它主要用来实现系统资源配额管理。当进程创建子进程时，子进程会继承父进程的Cgroup。因此无论服务如何启动新的子进程，所有的这些相关进程都会属于同一个Cgroup，systemd只需要简单地遍历指定的Cgroup，即可正确地找到所有的相关进程，将它们一一停止。

启动挂载点和自动挂载管理

在传统的Linux系统中，用户可以用/etc/fstab文件来维护固定的文件系统挂载点。这些挂载点在系统启动过程中被自动挂载，一旦启动过程结束，这些挂载点就会确保存在。这些挂载点都 是对系统运行至关重要的文件系统，比如目录。和sysvinit一样，systemd管理这些挂载点，以便能够在系统启动时自动挂载它们。systemd还兼容/etc/fstab文件，你可以继续使用该文件管理挂载点。

有时候用户还需要动态挂载点，比如打算访问光盘时，才临时执行挂载以便访问其中的内容，而不访问光盘时该挂载点被取消（umount），以便节约资源。传统的，人们依赖autofs服务来实现这种功能。

systemd内建了自动挂载服务，无须另外安装autofs服务，可以直接使用systemd提供的自动挂载管理能力来实现autofs的功能。

实现事务性依赖关系管理

系统启动过程是由很多独立工作共同组成的，这些工作之间可能存在依赖关系，比如挂载一个NFS文件系统必须依赖网络能够正常工作。systemd虽然能够最大限度地并发执行很多有依赖关系的工作，但是类似于“挂载NFS”和“启动网络”这样的工作还是存在天生的先后依赖关系，无法并发执行。对于这些任务，systemd维护一个“事务一致性”的概念，保证所有相关的服务都可以正常启动而不会出现互相依赖，以至于死锁的情况。

能够对系统进行快照和恢复

systemd支持按需启动，因此系统的运行状态是动态变化的，人们无法准确地知道系统当前运行了哪些服务。systemd快照提供了一种将当前系统运行状态保存并恢复的能力。

比如系统当前正运行服务A和B，可以用systemd命令行对当前系统运行状况创建快照，然后将进程A停止，或者做其他的对系统的任意改变，比如启动新的进程C。在这些改变之后，运行systemd的快照恢复命令，就可立即将系统恢复到快照时刻的状态，即只有服务A，B在运行。一个可能的应用场景是调试，假设服务器出现一些异常，为了调试用户将当前状态保存为快照，然后可以进行任意操作，比如停止服务等，等调试结束后，恢复快照即可。注意：这个快照功能目前在systemd中并不完善。

日志服务

systemd自带了日志服务journald，该日志服务的设计初衷是克服现有的syslog服务的缺点。比如：

• syslog不安全，消息的内容无法验证。

• 数据没有严格的格式，非常随意。

systemd journald用二进制格式保存所有的日志信息，用户使用journalctl命令来查看日志信息，无须自己编写复杂，脆弱的字符串分析处理程序。