CentOS 7中systemd管理的示例分析

這篇文章給大家分享的是有關(guān)CentOS 7中systemd管理的示例分析的內(nèi)容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

CentOS系統(tǒng)啟動流程：

POST --> Boot Sequence --> Bootloader --> kernel + initramfs(initrd) --> rootfs --> /sbin/init

innit程序：

CentOS 5：SysV init

CetnOS 6:  Upstart

CentOS 7 : Systemd

Systemd新特性：

系統(tǒng)Sys V init和LSB init scripts兼容

系統(tǒng)引導(dǎo)時實現(xiàn)服務(wù)并行啟動；采用socket / D-Bus activation等技術(shù)啟動服務(wù)；為了減少系統(tǒng)啟動時間，systemd的目標是：盡可能啟動更少的進程；盡可能將更多的進程并行啟動；

按需激活進程；Systemd可以提供按需啟動的能力，只有在某個服務(wù)被真正請求的時候才啟動它。當(dāng)該服務(wù)結(jié)束，systemd可以關(guān)閉它，等待下次需要時再次啟動它。

能夠?qū)ο到y(tǒng)進行快照和恢復(fù)；

啟動掛載點和自動掛載點的管理：

Systemd自助管理系統(tǒng)上的掛載點，以便能夠在系統(tǒng)啟動時自動掛載它們。且兼容/etc/fstab文件；

實現(xiàn)事務(wù)依賴關(guān)系管理：

systemd 維護一個"事務(wù)一致性"的概念，保證所有相關(guān)的服務(wù)都可以正常啟動而不會出現(xiàn)互相依賴，以至于死鎖的情況。

基于內(nèi)生依賴關(guān)系定義服務(wù)控制邏輯；

system利用Linux內(nèi)核的特性即CGroup來完成進程跟蹤的任務(wù)。當(dāng)停止服務(wù)時，通過查詢CGroup，systemd可以確保找到所有的相關(guān)進程，從而干凈地停止服務(wù)；

日志服務(wù)：systemd自帶日志服務(wù)journald，該日志服務(wù)的設(shè)計初衷是克服現(xiàn)有的syslog服務(wù)的缺點。

System的基本概念

單元的概念：

系統(tǒng)初始化需要做的事情非常多。需要啟動后臺服務(wù)，比如啟動 SSHD 服務(wù)；需要做配置工作，比如掛載文件系統(tǒng)。這個過程中的每一步都被 systemd 抽象為一個配置單元，即 unit。可以認為一個服務(wù)是一個配置單元；一個掛載點是一個配置單元；一個交換分區(qū)的配置是一個配置單元；等等。systemd 將配置單元歸納為以下一些不同的類型。然而，systemd 正在快速發(fā)展，新功能不斷增加。所以配置單元類型可能在不久的將來繼續(xù)增加。

service：代表一個后臺服務(wù)進程，比如mysqld。這是常用的一類；

socket：此類配置單元封裝系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)中的一個套接字。當(dāng)下，systemd支持流式、數(shù)據(jù)包和連續(xù)包的AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX socket。每一個套接字配置單元都有一個相應(yīng)的服務(wù)配置單元 。相應(yīng)的服務(wù)在第一個"連接"進入套接字時就會啟動(例如：nscd.socket 在有新連接后便啟動 nscd.service)。

device ：此類配置單元封裝一個存在于 Linux 設(shè)備樹中的設(shè)備。每一個使用 udev 規(guī)則標記的設(shè)備都將會在 systemd 中作為一個設(shè)備配置單元出現(xiàn)。

mount ：此類配置單元封裝文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次中的一個掛載點。Systemd 將對這個掛載點進行監(jiān)控和管理。比如可以在啟動時自動將其掛載；可以在某些條件下自動卸載。Systemd 會將/etc/fstab 中的條目都轉(zhuǎn)換為掛載點，并在開機時處理。

automount ：此類配置單元封裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次中的一個自掛載點。每一個自掛載配置單元對應(yīng)一個掛載配置單元 ，當(dāng)該自動掛載點被訪問時，systemd 執(zhí)行掛載點中定義的掛載行為。

swap: 和掛載配置單元類似，交換配置單元用來管理交換分區(qū)。用戶可以用交換配置單元來定義系統(tǒng)中的交換分區(qū)，可以讓這些交換分區(qū)在啟動時被激活。

target ：此類配置單元為其他配置單元進行邏輯分組。它們本身實際上并不做什么，只是引用其他配置單元而已。這樣便可以對配置單元做一個統(tǒng)一的控制。這樣就可以實現(xiàn)大家都已經(jīng)非常熟悉的運行級別概念。比如想讓系統(tǒng)進入圖形化模式，需要運行許多服務(wù)和配置命令，這些操作都由一個個的配置單元表示，將所有這些配置單元組合為一個目標(target)，就表示需要將這些配置單元全部執(zhí)行一遍以便進入目標所代表的系統(tǒng)運行狀態(tài)。 (例如：multi-user.target 相當(dāng)于在傳統(tǒng)使用 SysV 的系統(tǒng)中運行級別 3)

timer：定時器配置單元用來定時觸發(fā)用戶定義的操作，這類配置單元取代了 atd、crond 等傳統(tǒng)的定時服務(wù)。

snapshot ：與 target 配置單元相似，快照是一組配置單元。它保存了系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)。

依賴關(guān)系：

雖然 systemd 將大量的啟動工作解除了依賴，使得它們可以并發(fā)啟動。但還是存在有些任務(wù)，它們之間存在天生的依賴，不能用"套接字激活"(socket activation)、D-Bus activation 和 autofs 三大方法來解除依賴（三大方法詳情見后續(xù)描述）。比如：掛載必須等待掛載點在文件系統(tǒng)中被創(chuàng)建；掛載也必須等待相應(yīng)的物理設(shè)備就緒。為了解決這類依賴問題，systemd 的配置單元之間可以彼此定義依賴關(guān)系。

Systemd 用配置單元定義文件中的關(guān)鍵字來描述配置單元之間的依賴關(guān)系。比如：unit A 依賴 unit B，可以在 unit B 的定義中用"require A"來表示。這樣 systemd 就會保證先啟動 A 再啟動 B。

Systemd事務(wù)：

Systemd 能保證事務(wù)完整性。Systemd 的事務(wù)概念和數(shù)據(jù)庫中的有所不同，主要是為了保證多個依賴的配置單元之間沒有環(huán)形引用。 存在循環(huán)依賴，那么 systemd 將無法啟動任意一個服務(wù)。此時systemd 將會嘗試解決這個問題，因為配置單元之間的依賴關(guān)系有兩種：required是強依賴；want 則是弱依賴，systemd 將去掉 wants 關(guān)鍵字指定的依賴看看是否能打破循環(huán)。如果無法修復(fù)，systemd會報錯。

Systemd 能夠自動檢測和修復(fù)這類配置錯誤，極大地減輕了管理員的排錯負擔(dān)。

Target和運行級別：

systemd 用目標（target）替代了運行級別的概念，提供了更大的靈活性，如您可以繼承一個已有的目標，并添加其它服務(wù)，來創(chuàng)建自己的目標。下表列舉了 systemd 下的目標和常見 runlevel 的對應(yīng)關(guān)系：

Systemd 的并發(fā)啟動原理

如前所述，在 Systemd 中，所有的服務(wù)都并發(fā)啟動，比如Avahi、D-Bus、livirtd、X11、HAL 可以同時啟動。乍一看，這似乎有點兒問題，比如 Avahi 需要syslog 的服務(wù)，Avahi 和syslog 同時啟動，假設(shè) Avahi 的啟動比較快，所以syslog 還沒有準備好，可是 Avahi 又需要記錄日志，這豈不是會出現(xiàn)問題？

Systemd 的開發(fā)人員仔細研究了服務(wù)之間相互依賴的本質(zhì)問題，發(fā)現(xiàn)所謂依賴可以分為三個具體的類型，而每一個類型實際上都可以通過相應(yīng)的技術(shù)解除依賴關(guān)系。

并發(fā)啟動原理之一：解決 socket 依賴

絕大多數(shù)的服務(wù)依賴是套接字依賴。比如服務(wù)A 通過一個套接字端口S1 提供自己的服務(wù)，其他的服務(wù)如果需要服務(wù)A，則需要連接S1。因此如果服務(wù)A 尚未啟動，S1就不存在，其他的服務(wù)就會得到啟動錯誤。所以傳統(tǒng)地，人們需要先啟動服務(wù)A，等待它進入就緒狀態(tài)，再啟動其他需要它的服務(wù)。Systemd認為，只要我們預(yù)先把S1 建立好，那么其他所有的服務(wù)就可以同時啟動而無需等待服務(wù)A 來創(chuàng)建S1 了。如果服務(wù)A 尚未啟動，那么其他進程向S1 發(fā)送的服務(wù)請求實際上會被Linux 操作系統(tǒng)緩存，其他進程會在這個請求的地方等待。一旦服務(wù)A 啟動就緒，就可以立即處理緩存的請求，一切都開始正常運行。

那么服務(wù)如何使用由 init 進程創(chuàng)建的套接字呢？

Linux 操作系統(tǒng)有一個特性，當(dāng)進程調(diào)用fork 或者exec 創(chuàng)建子進程之后，所有在父進程中被打開的文件句柄(file descriptor) 都被子進程所繼承。套接字也是一種文件句柄，進程A 可以創(chuàng)建一個套接字，此后當(dāng)進程A 調(diào)用 exec啟動一個新的子進程時，只要確保該套接字的close_on_exec 標志位被清空，那么新的子進程就可以繼承這個套接字。子進程看到的套接字和父進程創(chuàng)建的套接字是同一個系統(tǒng)套接字，就仿佛這個套接字是子進程自己創(chuàng)建的一樣，沒有任何區(qū)別。

這個特性以前被一個叫做 inetd 的系統(tǒng)服務(wù)所利用。Inetd 進程會負責(zé)監(jiān)控一些常用套接字端口，比如Telnet，當(dāng)該端口有連接請求時，inetd才啟動 telnetd 進程，并把有連接的套接字傳遞給新的telnetd 進程進行處理。這樣，當(dāng)系統(tǒng)沒有telnet 客戶端連接時，就不需要啟動telnetd 進程。Inetd可以代理很多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這樣就可以節(jié)約很多的系統(tǒng)負載和內(nèi)存資源，只有當(dāng)有真正的連接請求時才啟動相應(yīng)服務(wù)，并把套接字傳遞給相應(yīng)的服務(wù)進程。

和 inetd 類似，systemd 是所有其他進程的父進程，它可以先建立所有需要的套接字，然后在調(diào)用exec 的時候?qū)⒃撎捉幼謧鬟f給新的服務(wù)進程，而新進程直接使用該套接字進行服務(wù)即可。

并發(fā)啟動原理之二：解決 D-Bus 依賴

D-Bus 是 desktop-bus 的簡稱，是一個低延遲、低開銷、高可用性的進程間通信機制。它越來越多地用于應(yīng)用程序之間通信，也用于應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的通信。很多現(xiàn)代的服務(wù)進程都使用D-Bus取代套接字作為進程間通信機制，對外提供服務(wù)。比如簡化Linux 網(wǎng)絡(luò)配置的NetworkManager 服務(wù)就使用D-Bus 和其他的應(yīng)用程序或者服務(wù)進行交互：郵件客戶端軟件evolution 可以通過D-Bus 從NetworkManager 服務(wù)獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變，以便做出相應(yīng)的處理。

D-Bus 支持所謂"busactivation"功能。如果服務(wù)A 需要使用服務(wù) B 的 D-Bus 服務(wù)，而服務(wù) B 并沒有運行，則 D-Bus 可以在服務(wù) A 請求服務(wù) B 的 D-Bus 時自動啟動服務(wù) B。而服務(wù) A 發(fā)出的請求會被 D-Bus 緩存，服務(wù) A 會等待服務(wù) B 啟動就緒。利用這個特性，依賴D-Bus 的服務(wù)就可以實現(xiàn)并行啟動。

并發(fā)啟動原理之三：解決文件系統(tǒng)依賴

系統(tǒng)啟動過程中，文件系統(tǒng)相關(guān)的活動是最耗時的，比如掛載文件系統(tǒng)，對文件系統(tǒng)進行磁盤檢查（fsck），磁盤配額檢查等都是非常耗時的操作。在等待這些工作完成的同時，系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)。那些想使用文件系統(tǒng)的服務(wù)似乎必須等待文件系統(tǒng)初始化完成才可以啟動。但是systemd 發(fā)現(xiàn)這種依賴也是可以避免的。

Systemd 參考了 autofs 的設(shè)計思路，使得依賴文件系統(tǒng)的服務(wù)和文件系統(tǒng)本身初始化兩者可以并發(fā)工作。autofs可以監(jiān)測到某個文件系統(tǒng)掛載點真正被訪問到的時候才觸發(fā)掛載操作，這是通過內(nèi)核automounter 模塊的支持而實現(xiàn)的。比如一個open()系統(tǒng)調(diào)用作用在"/misc/cd/file1"的時候，/misc/cd 尚未執(zhí)行掛載操作，此時 open()調(diào)用被掛起等待，Linux 內(nèi)核通知 autofs，autofs 執(zhí)行掛載。這時候，控制權(quán)返回給open()系統(tǒng)調(diào)用，并正常打開文件。

Systemd 集成了 autofs 的實現(xiàn)，對于系統(tǒng)中的掛載點，比如/home，當(dāng)系統(tǒng)啟動的時候，systemd 為其創(chuàng)建一個臨時的自動掛載點。在這個時刻/home真正的掛載設(shè)備尚未啟動好，真正的掛載操作還沒有執(zhí)行，文件系統(tǒng)檢測也還沒有完成?？墒悄切┮蕾囋撃夸浀倪M程已經(jīng)可以并發(fā)啟動，他們的open()操作被內(nèi)建在systemd 中的autofs 捕獲，將該open()調(diào)用掛起（可中斷睡眠狀態(tài)）。然后等待真正的掛載操作完成，文件系統(tǒng)檢測也完成后，systemd將該自動掛載點替換為真正的掛載點，并讓open()調(diào)用返回。由此，實現(xiàn)了那些依賴于文件系統(tǒng)的服務(wù)和文件系統(tǒng)本身同時并發(fā)啟動。

當(dāng)然對于"/"根目錄的依賴實際上一定還是要串行執(zhí)行，因為systemd 自己也存放在/之下，必須等待系統(tǒng)根目錄掛載檢查好。

不過對于類似/home 等掛載點，這種并發(fā)可以提高系統(tǒng)的啟動速度，尤其是當(dāng)/home是遠程的 NFS 節(jié)點，或者是加密盤等，需要耗費較長的時間才可以準備就緒的情況下，因為并發(fā)啟動，這段時間內(nèi)，系統(tǒng)并不是完全無事可做，而是可以利用這段空余時間做更多的啟動進程的事情，總的來說就縮短了系統(tǒng)啟動時間。

Systemd 的使用

下面針對技術(shù)人員的不同角色來簡單地介紹一下 systemd 的使用。本文只打算給出簡單的描述，讓您對 systemd 的使用有一個大概的理解。具體的細節(jié)內(nèi)容太多，即無法在一篇短文內(nèi)寫全。還需要讀者自己去進一步查閱 systemd的文檔。

Unit 文件的編寫

開發(fā)人員開發(fā)了一個新的服務(wù)程序，比如httpd，就需要為其編寫一個配置單元文件以便該服務(wù)可以被systemd 管理，類似UpStart 的工作配置文件。在該文件中定義服務(wù)啟動的命令行語法，以及和其他服務(wù)的依賴關(guān)系等。

此外我們之前已經(jīng)了解到，systemd 的功能繁多，不僅用來管理服務(wù)，還可以管理掛載點，定義定時任務(wù)等。這些工作都是由編輯相應(yīng)的配置單元文件完成的。我在這里給出幾個配置單元文件的例子。

下面是 SSH 服務(wù)的配置單元文件，服務(wù)配置單元文件以.service為文件名后綴。

[root@kalaguiyin system]# cat/usr/lib/systemd/system/sshd.service 

[Unit]

Description=OpenSSH server daemon

After=network.target sshd-keygen.service

Wants=sshd-keygen.service

#[unit]部分，描述信息

[Service]

EnvironmentFile=/etc/sysconfig/sshd

ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $OPTIONS

ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID

KillMode=process

Restart=on-failure

RestartSec=42s

#[service]定義，ExecStartPre定義啟動服務(wù)之前應(yīng)該運行的命令；

#ExecStart 定義啟動服務(wù)的具體命令行語法。

[Install]

WantedBy=multi-user.target

#[install]部分：WangtedBy表明這個服務(wù)是在多用戶模式下所需要的。

那我們就來看下multi-user.target 吧：

[root@kalaguiyin system]# catmulti-user.target

[Unit]

Description=Multi-User System

Documentation=man:systemd.special(7)

Requires=basic.target

Conflicts=rescue.service rescue.target

After=basic.target rescue.servicerescue.target

AllowIsolate=yes

# Requires 定義表明 multi-user.target 啟動的時候 basic.target 也必須被啟動；另外 basic.target 停止的時# 候，multi-user.target 也必須停止。如果您接著查看 basic.target 文件，會發(fā)現(xiàn)它又指定了 sysinit.target 

# 其他的單元必須隨之啟動。同樣 sysinit.target 也會包含其他的單元。采用這樣的層層鏈接的結(jié)構(gòu)，最終所# 有需要支持多用戶模式的組件服務(wù)都會被初始化啟動好。

[Install]

Alias=default.target

#  Alias 定義，即定義本單元的別名，這樣在運行 systemctl 的時候就可以使用這個別名來引用本單元。

此外在/etc/systemd/system 目錄下還可以看到諸如*.wants 的目錄，放在該目錄下的配置單元文件等同于在[Unit]小節(jié)中的 wants 關(guān)鍵字，即本單元啟動時，還需要啟動這些單元。比如您可以簡單地把您自己寫的 foo.service 文件放入 multi-user.target.wants 目錄下，這樣每次都會被默認啟動了。

[root@kalaguiyin system]# pwd

/etc/systemd/system

[root@kalaguiyin system]# ls

basic.target.wants                          display-manager.service

bluetooth.target.wants                       getty.target.wants

dbus-org.bluez.service                       graphical.target.wants

printer.target.wants                                             sockets.target.wants

spice-vdagentd.target.wants                                            default.target    sysinit.target.wants                                              default.target.wants

再讓我們來看看sys-kernel-debug.mout文件，這個文件定義了一個文件掛載點：

[root@kalaguiyin system]# cat

sys-kernel-debug.mount

[Unit]

Description=Debug File System

Documentation=https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/debugfs.txt

Documentation=http://www.freedesktop.org/wiki/Software/systemd/APIFileSystems

DefaultDependencies=no

ConditionPathExists=/sys/kernel/debug

Before=sysinit.target

[Mount]

What=debugfs

Where=/sys/kernel/debug

Type=debugfs

這個配置單元文件定義了一個掛載點。掛載配置單元文件有一個[Mount]配置小節(jié)，里面配置了 What，Where 和Type 三個數(shù)據(jù)項。這都是掛載命令所必須的，例子中的配置等同于下面這個掛載命令：

mount –t debugfs /sys/kernel/debug debugfs

Systemd系統(tǒng)管理：

systemd 的主要命令行工具是 systemctl。

多數(shù)管理員應(yīng)該都已經(jīng)非常熟悉系統(tǒng)服務(wù)和 init 系統(tǒng)的管理，比如 service、chkconfig以及 telinit 命令的使用。systemd 也完成同樣的管理任務(wù)，只是命令工具systemctl 的語法有所不同而已。

啟動服務(wù)

systemctl start httpd.service 如圖1：

停止服務(wù)

systemctl stop httpd.service  如圖2：

重啟服務(wù)

systemctl restarthttpd.service  如圖3：

重載服務(wù)

systemctl reloadhttpd.service

條件式重啟

systemctl condrestarthttpd.service

狀態(tài)查看

systemctl statushttpd.service

列出可以啟動或停止的服務(wù)列表。

systemctl list-unit-files –type=service

設(shè)置服務(wù)為開機啟動

chkconfig httpd on

systemctl enablehttpd.service

取消服務(wù)開機啟動；

systemctl disablehttpd.service

檢查一個服務(wù)在當(dāng)前環(huán)境下被配置為啟用還是禁用。

systemctl is-enabledhttpd.service;echo $?

輸出在各個運行級別下服務(wù)的啟用和禁用情況

systemctl list-unit-files –type=service

列出某服務(wù)在哪些運行級別下啟用和禁用。

ls /etc/lib/systemd/system/*.wants/httpd.service

改變用戶運行級別:

systemctl isolatemulti-user.target

multi-user.target   ==  第3運行級別

graphical.target    ==  第5運行級別

runlevel3.target 符號鏈接，指向multi-user.target

runlevel5.target 符號鏈接，指向graphical.target

改變默認運行級別：

[root@kalaguiyinsystem]# systemctl set-default multi-user.target 

rm'/etc/systemd/system/default.target'

ln -s'/usr/lib/systemd/system/multi-user.target''/etc/systemd/system/default.target'

上述操作的實質(zhì)是刪除/usr/lib/systemd/system/default.target,然后將目標級別的target文件鏈接至/etc/systemd/system/default.target文件；

systemd 已經(jīng)不僅僅是一個初始化系統(tǒng)了：

systemd 還負責(zé)系統(tǒng)其他的管理配置，比如配置網(wǎng)絡(luò)，Locale 管理，管理系統(tǒng)內(nèi)核模塊加載等。

Systemd 出色地替代了sysvinit 的所有功能，但它并未就此自滿。因為init 進程是系統(tǒng)所有進程的父進程這樣的特殊性，systemd 非常適合提供曾經(jīng)由其他服務(wù)提供的功能，比如定時任務(wù) (以前由 crond 完成) ；會話管理 (以前由 ConsoleKit/PolKit 等管理) 。

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