systemd 服务管理

章节标题

systemd是现代Linux系统的默认服务管理系统，它提供了丰富的功能和更好的性能，取代了传统的SysVinit。本章节将详细介绍systemd的核心概念、架构、单元文件结构、管理命令和高级功能，帮助读者掌握systemd的使用方法和配置技巧。

核心知识点讲解

1. systemd的基本概念

systemd的定义

systemd是一个系统和服务管理器，它负责在Linux系统启动时初始化系统，管理系统服务的启动、停止、重启和监控等操作。

systemd的特点

  • 并行启动：服务可以并行启动，提高系统启动速度
  • 基于单元：使用单元（Unit）来管理不同类型的资源
  • 自动依赖管理：自动处理服务之间的依赖关系
  • 集成日志管理：通过journald组件提供统一的日志管理
  • 控制组集成：与cgroups集成，提供资源限制功能
  • 快照功能：支持系统状态的快照和恢复
  • 开机启动优化：通过分析启动过程，优化启动顺序

2. systemd的架构

核心组件

  • systemd：主守护进程，负责系统初始化和服务管理
  • journald：日志管理组件，收集和管理系统日志
  • logind：用户登录管理组件，管理用户会话
  • networkd：网络配置组件，管理网络接口和连接
  • resolved：DNS解析组件，提供DNS解析服务
  • timedated：时间管理组件，管理系统时间
  • hostnamectl：主机名管理组件，管理系统主机名
  • localed：区域设置管理组件，管理系统区域设置

启动流程

  1. BIOS/UEFI初始化：硬件自检，加载引导加载程序
  2. 引导加载程序：加载Linux内核和initramfs
  3. 内核初始化：挂载根文件系统，启动systemd
  4. systemd初始化：
    • 加载默认目标（default.target）
    • 启动基本服务（如udev、syslog等）
    • 启动网络服务
    • 启动用户服务
  5. 系统就绪：进入用户登录界面

3. systemd单元文件

单元类型

systemd使用不同类型的单元来管理系统资源：

  • service：服务单元，管理后台服务
  • socket：套接字单元，管理网络套接字
  • device：设备单元，管理硬件设备
  • mount：挂载单元，管理文件系统挂载
  • automount：自动挂载单元，管理自动挂载
  • target：目标单元，类似SysVinit的运行级别
  • timer：定时器单元，管理定时任务
  • path：路径单元，监控文件系统路径
  • slice：切片单元，管理资源分配
  • scope：作用域单元，管理外部创建的进程

单元文件结构

单元文件通常位于以下目录：

  • /etc/systemd/system/：系统管理员创建的单元文件
  • /usr/lib/systemd/system/：发行版提供的单元文件
  • /run/systemd/system/：运行时生成的单元文件

单元文件语法

单元文件采用INI格式，包含多个节（Section）：

[Unit]
Description=描述信息
Documentation=文档地址
After=依赖的服务或目标
Before=被依赖的服务或目标
Requires=强依赖关系
Wants=弱依赖关系
Conflicts=冲突的服务
Condition=条件表达式

[Service]
Type=服务类型（simple、forking、oneshot、dbus、notify、idle）
ExecStart=启动命令
ExecStartPre=启动前执行的命令
ExecStartPost=启动后执行的命令
ExecReload=重新加载配置的命令
ExecStop=停止命令
ExecStopPost=停止后执行的命令
Restart=重启策略
RestartSec=重启间隔时间
TimeoutSec=超时时间
User=运行用户
Group=运行组
WorkingDirectory=工作目录
Environment=环境变量

[Install]
WantedBy=目标单元
RequiredBy=目标单元
Also=同时安装的其他单元
Alias=服务别名

4. systemd管理命令

基本管理命令

  • systemctl：主要的systemd管理命令
  • systemd-analyze：分析系统启动时间
  • journalctl：查看系统日志
  • hostnamectl：管理主机名
  • timedatectl：管理系统时间
  • localectl：管理区域设置
  • loginctl：管理用户登录会话

systemctl命令

systemctl是systemd的主要管理命令，用于管理服务和其他单元：

  • 启动服务：systemctl start 服务名
  • 停止服务：systemctl stop 服务名
  • 重启服务：systemctl restart 服务名
  • 重新加载配置：systemctl reload 服务名
  • 查看服务状态：systemctl status 服务名
  • 启用服务：systemctl enable 服务名
  • 禁用服务：systemctl disable 服务名
  • 查看服务是否启用：systemctl is-enabled 服务名
  • 查看服务是否运行：systemctl is-active 服务名
  • 查看所有服务：systemctl list-units --type=service
  • 查看运行中的服务：systemctl list-units --type=service --state=running
  • 查看失败的服务：systemctl list-units --type=service --state=failed

5. systemd的高级功能

目标管理

目标（Target）是一组相关单元的集合，类似SysVinit的运行级别：

  • poweroff.target：关机
  • rescue.target：救援模式
  • multi-user.target：多用户文本模式
  • graphical.target：图形界面模式
  • reboot.target：重启

服务依赖管理

systemd会自动分析服务之间的依赖关系，确保服务按正确的顺序启动：

  • Requires：强依赖，依赖的服务失败时，当前服务也会失败
  • Wants：弱依赖，依赖的服务失败时，当前服务继续运行
  • After：指定启动顺序，确保在指定服务之后启动
  • Before：指定启动顺序，确保在指定服务之前启动

系统启动优化

systemd提供了多种工具来分析和优化系统启动过程：

  • systemd-analyze：分析系统启动时间
  • systemd-analyze blame：查看启动过程中各服务的耗时
  • systemd-analyze critical-chain：查看启动过程的关键路径
  • systemd-analyze plot：生成启动过程的可视化图表

日志管理

journald是systemd的日志管理组件，提供了统一的日志管理功能：

  • journalctl：查看系统日志
  • 日志存储：默认存储在/run/log/journal/目录
  • 日志持久化：可以配置为持久化存储
  • 日志过滤：支持按时间、服务、优先级等过滤日志

实用案例分析

案例1：管理系统服务

场景描述

需要管理系统中的SSH服务，包括启动、停止、重启、查看状态和配置开机自启。

解决方案

使用systemctl命令管理SSH服务：

# 查看SSH服务状态
systemctl status sshd

# 启动SSH服务
systemctl start sshd

# 停止SSH服务
systemctl stop sshd

# 重启SSH服务
systemctl restart sshd

# 重新加载SSH配置
systemctl reload sshd

# 启用SSH服务开机自启
systemctl enable sshd

# 禁用SSH服务开机自启
systemctl disable sshd

# 查看SSH服务是否启用
systemctl is-enabled sshd

# 查看SSH服务是否运行
systemctl is-active sshd

案例2：创建自定义服务

场景描述

需要创建一个自定义服务，用于管理一个后台应用程序，确保它在系统启动时自动启动，并在意外停止时自动重启。

解决方案

创建一个自定义的systemd服务单元文件：

# 创建服务单元文件
sudo vi /etc/systemd/system/myapp.service

# 添加以下内容
[Unit]
Description=My Custom Application
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/bin/myapp
ExecStop=/bin/kill -SIGTERM $MAINPID
Restart=always
RestartSec=5
User=myuser
Group=mygroup
WorkingDirectory=/opt/myapp
Environment="PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:/bin"
Environment="CONFIG_FILE=/opt/myapp/config.json"

[Install]
WantedBy=multi-user.target

# 重新加载systemd配置
sudo systemctl daemon-reload

# 启动服务
sudo systemctl start myapp

# 启用服务开机自启
sudo systemctl enable myapp

# 查看服务状态
sudo systemctl status myapp

案例3：优化系统启动速度

场景描述

系统启动速度较慢，需要分析启动过程，找出耗时较长的服务，并进行优化。

解决方案

使用systemd-analyze工具分析和优化系统启动过程：

# 分析系统启动时间
systemd-analyze

# 查看启动过程中各服务的耗时
systemd-analyze blame

# 查看启动过程的关键路径
systemd-analyze critical-chain

# 生成启动过程的可视化图表
systemd-analyze plot > boot.svg

# 优化措施：
# 1. 禁用不需要的服务
# 2. 调整服务的启动顺序
# 3. 优化服务的配置
# 4. 考虑使用socket激活方式

# 禁用不需要的服务
sudo systemctl disable bluetooth

# 查看服务的依赖关系
systemctl list-dependencies sshd

代码示例

示例1：systemd服务管理命令

# 查看所有服务
systemctl list-units --type=service

# 查看运行中的服务
systemctl list-units --type=service --state=running

# 查看失败的服务
systemctl list-units --type=service --state=failed

# 查看系统目标
systemctl list-units --type=target

# 查看默认目标
systemctl get-default

# 设置默认目标
systemctl set-default multi-user.target

# 切换到救援模式
systemctl isolate rescue.target

# 重启系统
systemctl reboot

# 关机
systemctl poweroff

# 挂起系统
systemctl suspend

# 休眠系统
systemctl hibernate

示例2：服务单元文件

简单服务示例

[Unit]
Description=Simple Example Service
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/bin/example.sh
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target

守护进程服务示例

[Unit]
Description=Daemon Example Service
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/var/run/example.pid
ExecStart=/usr/local/bin/example-daemon start
ExecStop=/usr/local/bin/example-daemon stop
ExecReload=/usr/local/bin/example-daemon reload
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Socket激活服务示例

# 服务单元文件
[Unit]
Description=Socket Activated Service

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/bin/socket-service

[Install]
WantedBy=multi-user.target

# 套接字单元文件
[Unit]
Description=Socket for Socket Activated Service

[Socket]
ListenStream=8080
Accept=true

[Install]
WantedBy=sockets.target

示例3：系统启动优化

# 分析系统启动时间
systemd-analyze

# 查看启动过程中各服务的耗时
systemd-analyze blame | head -10

# 查看启动过程的关键路径
systemd-analyze critical-chain

# 生成启动过程的可视化图表
systemd-analyze plot > boot.svg

# 禁用不需要的服务
sudo systemctl disable cups
sudo systemctl disable avahi-daemon
sudo systemctl disable NetworkManager-wait-online

# 查看服务的依赖关系
systemctl list-dependencies --reverse sshd

# 启用并行启动
sudo vi /etc/systemd/system.conf
# 修改以下行
# DefaultTimeoutStartSec=90s
# DefaultTimeoutStopSec=90s
# DefaultRestartSec=100ms

实践练习

练习1：使用systemctl管理服务

  1. 查看系统中所有的服务
  2. 查看运行中的服务
  3. 查看失败的服务
  4. 管理SSH服务（启动、停止、重启、查看状态）
  5. 配置SSH服务开机自启
  6. 禁用不需要的服务

练习2：创建自定义服务

  1. 编写一个简单的后台脚本
  2. 创建一个systemd服务单元文件
  3. 配置服务的启动、停止和重启行为
  4. 启动服务并查看状态
  5. 配置服务开机自启
  6. 测试服务的自动重启功能

练习3：优化系统启动速度

  1. 分析系统启动时间
  2. 查看启动过程中耗时较长的服务
  3. 查看启动过程的关键路径
  4. 禁用不需要的服务
  5. 调整服务的启动顺序
  6. 重新启动系统，验证启动速度是否有所改善

总结

本章节详细介绍了Linux系统中systemd服务管理系统的核心概念、架构、单元文件结构、管理命令和高级功能，包括：

  1. systemd的基本概念：了解systemd是一个系统和服务管理器，提供了丰富的功能和更好的性能

  2. systemd的架构：了解systemd的核心组件和启动流程

  3. systemd单元文件：了解单元文件的类型、结构和语法

  4. systemd管理命令：掌握systemctl命令的使用方法，用于管理服务和其他单元

  5. systemd的高级功能：了解目标管理、服务依赖管理、系统启动优化和日志管理等高级功能

通过本章节的学习，读者可以掌握systemd的使用方法和配置技巧，提高系统管理效率，优化系统启动速度，确保系统服务的稳定运行。systemd作为现代Linux系统的默认服务管理系统，掌握它的使用方法对于Linux系统管理员来说是非常重要的。

« 上一篇 服务管理概述 下一篇 » SysVinit 服务管理
↑