systemd概述

概念说明

Systemd 支持的 12 种 Unit 文件类型

.automount:用于控制自动挂载文件系统,相当于 SysV-init 的 autofs 服务
.device:对于 /dev 目录下的设备,主要用于定义设备之间的依赖关系
.mount:定义系统结构层次中的一个挂载点,可以替代过去的 /etc/fstab 配置文件
.path:用于监控指定目录或文件的变化,并触发其它 Unit 运行
.scope:这种 Unit 文件不是用户创建的,而是 Systemd 运行时产生的,描述一些系统服务的分组信息
.service:封装守护进程的启动、停止、重启和重载操作,是最常见的一种 Unit 文件
.slice:用于表示一个 CGroup 的树,通常用户不会自己创建这样的 Unit 文件
.snapshot:用于表示一个由 systemctl snapshot 命令创建的 Systemd Units 运行状态快照
.socket:监控来自于系统或网络的数据消息,用于实现基于数据自动触发服务启动
.swap:定义一个用户做虚拟内存的交换分区
.target:用于对 Unit 文件进行逻辑分组,引导其它 Unit 的执行。它替代了 SysV-init 运行级别的作用,并提供更灵活的基于特定设备事件的启动方式
.timer:用于配置在特定时间触发的任务,替代了 Crontab 的功能

Systemd 目录

Unit 文件按照 Systemd 约定,应该被放置指定的三个系统目录之一中。这三个目录是有优先级的,如下所示,越靠上的优先级越高。因此,在三个目录中有同名文件的时候,只有优先级最高的目录里的那个文件会被使用。

  • /etc/systemd/system:系统或用户自定义的配置文件
  • /run/systemd/system:软件运行时生成的配置文件
  • /usr/lib/systemd/system:系统或第三方软件安装时添加的配置文件。
    CentOS 7:Unit 文件指向该目录
    ubuntu 16:被移到了 /lib/systemd/system

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。

Unit 和 Target

Unit 是 Systemd 管理系统资源的基本单元,可以认为每个系统资源就是一个 Unit,并使用一个 Unit 文件定义。在 Unit 文件中需要包含相应服务的描述、属性以及需要运行的命令。

Target 是 Systemd 中用于指定系统资源启动组的方式,相当于 SysV-init 中的运行级别。

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。

Unit 文件结构

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[Unit]
Description=Hello World
After=docker.service
Requires=docker.service

[Service]
TimeoutStartSec=0
ExecStartPre=-/usr/bin/docker kill busybox1
ExecStartPre=-/usr/bin/docker rm busybox1
ExecStartPre=/usr/bin/docker pull busybox
ExecStart=/usr/bin/docker run --name busybox1 busybox /bin/ sh -c "while true; do echo Hello World; sleep 1; done"
ExecStop="/usr/bin/docker stop busybox1"
ExecStopPost="/usr/bin/docker rm busybox1"

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Unit 文件可以分为三个配置区段:

  • Unit 和 Install 段:所有 Unit 文件通用,用于配置服务(或其它系统资源)的描述、依赖和随系统启动的方式
  • Service 段:服务(Service)类型的 Unit 文件(后缀为 .service)特有的,用于定义服务的具体管理和操作方法

Unit 段

Description:描述这个 Unit 文件的信息
Documentation:指定服务的文档,可以是一个或多个文档的 URL 路径
Requires:依赖的其它 Unit 列表,列在其中的 Unit 模板会在这个服务启动时的同时被启动。并且,如果其中任意一个服务启动失败,这个服务也会被终止
Wants:与 Requires 相似,但只是在被配置的这个 Unit 启动时,触发启动列出的每个 Unit 模块,而不去考虑这些模板启动是否成功
After:与 Requires 相似,但是在后面列出的所有模块全部启动完成以后,才会启动当前的服务
Before:与 After 相反,在启动指定的任务一个模块之间,都会首先确证当前服务已经运行
Binds To:与 Requires 相似,失败时失败,成功时成功,但是在这些模板中有任意一个出现意外结束或重启时,这个服务也会跟着终止或重启
Part Of:一个 Bind To 作用的子集,仅在列出的任务模块失败或重启时,终止或重启当前服务,而不会随列出模板的启动而启动
OnFailure:当这个模板启动失败时,就会自动启动列出的每个模块
Conflicts:与这个模块有冲突的模块,如果列出的模块中有已经在运行的,这个服务就不能启动,反之亦然

Install 段

这部分配置的目标模块通常是特定运行目标的 .target 文件,用来使得服务在系统启动时自动运行。这个区段可以包含三种启动约束:

WantedBy:和 Unit 段的 Wants 作用相似,只有后面列出的不是服务所依赖的模块,而是依赖当前服务的模块。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 + .wants 后缀构成的子目录中,如 “/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/“

RequiredBy:和 Unit 段的 Wants 作用相似,只有后面列出的不是服务所依赖的模块,而是依赖当前服务的模块。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 + .required 后缀构成的子目录中 Also:当前 Unit enable/disable 时,同时 enable/disable 的其他 Unit Alias:当前 Unit 可用于启动的别名

Service 段

用来 Service 的配置,只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段分为服务生命周期和服务上下文配置两个方面。

服务生命周期控制相关
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
RemainAfterExit:值为 true 或 false(默认)。当配置为 true 时,Systemd 只会负责启动服务进程,之后即便服务进程退出了,Systemd 也仍然会认为这个服务还在运行中。这个配置主要是提供给一些并非常驻内存,而是启动注册后立即退出,然后等待消息按需启动的特殊类型服务使用的。
ExecStart:启动当前服务的命令
ExecStartPre:启动当前服务之前执行的命令
ExecStartPos: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
TimeoutStartSec:启动服务时等待的秒数,这一配置对于使用 Docker 容器而言显得尤为重要,因其第一次运行时可能需要下载镜像,严重延时会容易被 Systemd 误判为启动失败杀死。通常,对于这种服务,将此值指定为 0,从而关闭超时检测
TimeoutStopSec:停止服务时的等待秒数,如果超过这个时间仍然没有停止,Systemd 会使用 SIGKILL 信号强行杀死服务的进程

服务上下文配置相关
Environment:为服务指定环境变量
EnvironmentFile:指定加载一个包含服务所需的环境变量的列表的文件,文件中的每一行都是一个环境变量的定义
Nice:服务的进程优先级,值越小优先级越高,默认为 0。其中 -20 为最高优先级,19 为最低优先级
WorkingDirectory:指定服务的工作目录
RootDirectory:指定服务进程的根目录(/ 目录)。如果配置了这个参数,服务将无法访问指定目录以外的任何文件
User:指定运行服务的用户
Group:指定运行服务的用户组
MountFlags:服务的 Mount Namespace 配置,会影响进程上下文中挂载点的信息,即服务是否会继承主机上已有挂载点,以及如果服务运行执行了挂载或卸载设备的操作,是否会真实地在主机上产生效果。可选值为 shared、slaved 或 private
shared:服务与主机共用一个 Mount Namespace,继承主机挂载点,且服务挂载或卸载设备会真实地反映到主机上
slave:服务使用独立的 Mount Namespace,它会继承主机挂载点,但服务对挂载点的操作只有在自己的 Namespace 内生效,不会反映到主机上
private:服务使用独立的 Mount Namespace,它在启动时没有任何任何挂载点,服务对挂载点的操作也不会反映到主机上

LimitCPU / LimitSTACK / LimitNOFILE / LimitNPROC 等:限制特定服务的系统资源量,例如 CPU、程序堆栈、文件句柄数量、子进程数量等

  • 注意:如果在 ExecStart、ExecStop 等属性中使用了 Linux 命令,则必须要写出完整的绝对路径。对于 ExecStartPre 和 ExecStartPost 辅助命令,若前面有个 “-” 符号,表示忽略这些命令的出错。因为有些 “辅助” 命令本来就不一定成功,比如尝试清空一个文件,但文件可能不存在。

SysV-init 运行级别与 Systemd Target 对应的 Unit

SysV-Init Level Systemd Target 备注
0 poweroff.target 关闭系统
1 rescue.target 单用户系统
2 multi-user.target 用户定义/域特定运行级别,默认等同级别3
3 multi-user.target 多用户模式
4 multi-user.target 用户定义/域特定运行级别,默认等同级别3
5 graphical.target 多用户,图形界面
6 reboot.target 重启
emergency emergency.target 急救模式

Unit 文件占位符和模板

Unit 文件占位符

在 Unit 文件中,有时会需要使用到一些与运行环境有关的信息,例如节点 ID、运行服务的用户等。这些信息可以使用占位符来表示,然后在实际运行被动态地替换实际的值。

%n:完整的 Unit 文件名字,包括 .service 后缀名
%p:Unit 模板文件名中 @ 符号之前的部分,不包括 @ 符号
%i:Unit 模板文件名中 @ 符号之后的部分,不包括 @ 符号和 .service 后缀名
%t:存放系统运行文件的目录,通常是 “run”
%u:运行服务的用户,如果 Unit 文件中没有指定,则默认为 root
%U:运行服务的用户 ID
%h:运行服务的用户 Home 目录,即 %{HOME} 环境变量的值
%s:运行服务的用户默认 Shell 类型,即 %{SHELL} 环境变量的值
%m:实际运行节点的 Machine ID,对于运行位置每个的服务比较有用
%b:Boot ID,这是一个随机数,每个节点各不相同,并且每次节点重启时都会改变
%H:实际运行节点的主机名
%v:内核版本,即 “uname -r” 命令输出的内容
%%:在 Unit 模板文件中表示一个普通的百分号

Unit 模板

在现实中,往往有一些应用需要被复制多份运行。例如,用于同一个负载均衡器分流的多个服务实例,或者为每个 SSH 连接建立一个独立的 sshd 服务进程。

Unit 模板文件的写法与普通的服务 Unit 文件基本相同,不过 Unit 模板的文件名是以 @ 符号结尾的。通过模板启动服务实例时,需要在其文件名的 @ 字符后面附加一个参数字符串。

示例:apache@.service

  • apache@.service 模板
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[Unit]
Description=My Advanced Service Template
After=etcd.service docker.service
[Service]
TimeoutStartSec=0
ExecStartPre=-/usr/bin/docker kill apache%i
ExecStartPre=-/usr/bin/docker rm apache%i
ExecStartPre=/usr/bin/docker pull coreos/apache
ExecStart=/usr/bin/docker run --name apache%i -p %i:80 coreos/apache /usr/sbin/apache2ctl -D FOREGROUND
ExecStartPost=/usr/bin/etcdctl set /domains/example.com/%H:%i running
ExecStop=/usr/bin/docker stop apache1
ExecStopPost=/usr/bin/docker rm apache1
ExecStopPost=/usr/bin/etcdctl rm /domains/example.com/%H:%i
[Install]
WantedBy=multi-user.target

在服务启动时需要在 @ 后面放置一个用于区分服务实例的附加字符参数,通常这个参数用于监控的端口号或控制台 TTY 编译号。

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systemctl start apache@8080.service

Systemd 在运行服务时,总是会先尝试找到一个完整匹配的 Unit 文件,如果没有找到,才会尝试选择匹配模板。例如上面的命令,System 首先会在约定的目录下寻找名为 apache@8080.service 的文件,如果没有找到,而文件名中包含 @ 字符,它就会尝试去掉后缀参数匹配模板文件。对于 apache@8080.service,systemd 会找到 apache@.service 模板文件,并通过这个模板文件将服务实例化。

服务的生命周期

当一个新的 Unit 文件被放入 /etc/systemd/system/ 或 /usr/lib/systemd/system/ 目录中时,它是不会被自识识别的。

服务的激活
systemctl enable:在 /etc/systemd/system/ 建立服务的符号链接,指向 /usr/lib/systemd/system/ 中
systemctl start:依次启动定义在 Unit 文件中的 ExecStartPre、ExecStart 和 ExecStartPost 命令

服务的启动和停止

systemctl start:依次启动定义在 Unit 文件中的 ExecStartPre、ExecStart 和 ExecStartPost 命令
systemctl stop:依次停止定义在 Unit 文件中的 ExecStopPre、ExecStop 和 ExecStopPost 命令
systemctl restart:重启服务
systemctl kill:立即杀死服务

服务的开机启动和取消

systemctl enable:除了激活服务以外,也可以置服务为开机启动
systemctl disable:取消服务的开机启动

服务的修改和移除

systemctl daemon-reload:Systemd 会将 Unit 文件的内容写到缓存中,因此当 Unit 文件被更新时,需要告诉 Systemd 重新读取所有的 Unit 文件
systemctl reset-failed:移除标记为丢失的 Unit 文件。在删除 Unit 文件后,由于缓存的关系,即使通过 daemon-reload 更新了缓存,在 list-units 中依然会显示标记为 not-found 的 Unit。

Target 管理

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。

在传统的 SysV-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。

日志管理

Systemd 通过其标准日志服务 Journald 提供的配套程序 journalctl 将其管理的所有后台进程打印到 std:out(即控制台)的输出重定向到了日志文件。

Systemd 的日志文件是二进制格式的,必须使用 Journald 提供的 journalctl 来查看,默认不带任何参数时会输出系统和所有后台进程的混合日志。

默认日志最大限制为所在文件系统容量的 10%,可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 来指定该最大限制。

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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):--dmesg 或 -k
$ sudo journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志(其中包括了内核日志和各类系统服务的控制台输出):--system 或 -b
$ 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

# 查看指定服务的日志:--unit 或 -u
$ sudo journalctl -u docker.servcie

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

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 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:--lines 或 -n
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 将最新的日志显示在前面
$ sudo journalctl -r -u docker.service

# 改变输出的格式:--output 或 -o
$ sudo journalctl -r -u docker.service -o json-pretty

# 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

日常使用

获取当前正在使用的运行目标

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systemctl list-units --type=target

# 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

# 查看 Unit 配置文件的内容
$ systemctl cat docker.service

查看 Unit 的状态

enabled:已建立启动链接
disabled:没建立启动链接
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

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# 显示系统状态
$ systemctl status

# 显示单个 Unit 的状态
$ systemctl 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

Unit 的管理

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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

查看 Unit 的依赖关系

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# 列出一个 Unit 的所有依赖,默认不会列出 target 类型
$ systemctl list-dependencies nginx.service

# 列出一个 Unit 的所有依赖,包括 target 类型
$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

Systemd 工具集

systemctl:用于检查和控制各种系统服务和资源的状态
bootctl:用于查看和管理系统启动分区
hostnamectl:用于查看和修改系统的主机名和主机信息
journalctl:用于查看系统日志和各类应用服务日志
localectl:用于查看和管理系统的地区信息
loginctl:用于管理系统已登录用户和 Session 的信息
machinectl:用于操作 Systemd 容器
timedatectl:用于查看和管理系统的时间和时区信息
systemd-analyze 显示此次系统启动时运行每个服务所消耗的时间,可以用于分析系统启动过程中的性能瓶颈
systemd-ask-password:辅助性工具,用星号屏蔽用户的任意输入,然后返回实际输入的内容
systemd-cat:用于将其他命令的输出重定向到系统日志
systemd-cgls:递归地显示指定 CGroup 的继承链
systemd-cgtop:显示系统当前最耗资源的 CGroup 单元
systemd-escape:辅助性工具,用于去除指定字符串中不能作为 Unit 文件名的字符
systemd-hwdb:Systemd 的内部工具,用于更新硬件数据库
systemd-delta:对比当前系统配置与默认系统配置的差异
systemd-detect-virt:显示主机的虚拟化类型
systemd-inhibit:用于强制延迟或禁止系统的关闭、睡眠和待机事件
systemd-machine-id-setup:Systemd 的内部工具,用于给 Systemd 容器生成 ID
systemd-notify:Systemd 的内部工具,用于通知服务的状态变化
systemd-nspawn:用于创建 Systemd 容器
systemd-path:Systemd 的内部工具,用于显示系统上下文中的各种路径配置
systemd-run:用于将任意指定的命令包装成一个临时的后台服务运行
systemd-stdio- bridge:Systemd 的内部 工具,用于将程序的标准输入输出重定向到系统总线
systemd-tmpfiles:Systemd 的内部工具,用于创建和管理临时文件目录
systemd-tty-ask-password-agent:用于响应后台服务进程发出的输入密码请求

systemctl

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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

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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

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# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

# 设置主机名。
$ sudo hostnamectl set-hostname rhel7

timedatectl

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# 查看当前时区设置
$ timedatectl

# 显示所有可用的时区
$ timedatectl list-timezones

# 设置当前时区
$ sudo timedatectl set-timezone America/New_York
$ sudo timedatectl set-time YYYY-MM-DD
$ sudo timedatectl set-time HH:MM:SS

loginctl

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# 列出当前 session
$ loginctl list-sessions

# 列出当前登录用户
$ loginctl list-users

# 列出显示指定用户的信息
$ loginctl show-user ruanyf

systemd-ask-password

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$ PASSWORD=$(systemd-ask-password "Input Your Passowrd:")

systemd-run

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systemd-run 可以将一个指定的操作变成后台运行的服务。它的效果似乎与直接在命令后加上表示后台运行的 & 符号很相似。然而,它让命令成为服务还意味着,它的生命周期将由 Systemd 控制。具体来说,包括以下好处:

服务的生命击期由 Systemd 接管,不会随着启动它的控制台关闭而结束
可以通过 systemctl 工具管理服务的状态
可以通过 journalctl 工具查看和管理服务的日志信息
可以通过 Systemd 提供的方法限制服务的 CPU、内存、磁盘 IO 等系统资源的使用情况。