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[Linux] Systemd 入門教程：指令篇

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Systemd 是 Linux 系統工具，用來啟動守護程序，已成為大多數發行版的标準配置。

本文介紹它的基本用法，分為上下兩篇。今天介紹它的主要指令，下一篇介紹如何用于實戰。

[Linux] Systemd 入門教程：指令篇

一、由來

曆史上，Linux 的啟動一直采用init程序。

下面的指令用來啟動服務。

$ sudo /etc/init.d/apache2 start
# 或者
$ service apache2 start

這種方法有兩個缺點。

一是啟動時間長。​

​init​

​程序是串行啟動，隻有前一個程序啟動完，才會啟動下一個程序。

二是啟動腳本複雜。​

​init​

​程序隻是執行啟動腳本，不管其他事情。腳本需要自己處理各種情況，這往往使得腳本變得很長。

二、Systemd 概述

Systemd 就是為了解決這些問題而誕生的。它的設計目标是，為系統的啟動和管理提供一套完整的解決方案。

根據 Linux 慣例，字母​

​d​

​是守護程序（daemon）的縮寫。 Systemd 這個名字的含義，就是它要守護整個系統。

（上圖為 Systemd 作者 Lennart Poettering）

使用了 Systemd，就不需要再用​

​init​

​了。Systemd 取代了​

​initd​

​，成為系統的第一個程序（PID 等于 1），其他程序都是它的子程序。

$ systemctl --version

上面的指令檢視 Systemd 的版本。

Systemd 的優點是功能強大，使用友善，缺點是體系龐大，非常複雜。事實上，現在還有很多人反對使用 Systemd，理由就是它過于複雜，與作業系統的其他部分強耦合，違反"keep simple, keep stupid"的​​Unix 哲學​​。

[Linux] Systemd 入門教程：指令篇

（上圖為 Systemd 架構圖）

三、系統管理

Systemd 并不是一個指令，而是一組指令，涉及到系統管理的方方面面。

3.1 systemctl

​

​systemctl​

​是 Systemd 的主指令，用于管理系統。

# 重新開機系統
$ sudo systemctl reboot

# 關閉系統，切斷電源
$ sudo systemctl poweroff

# CPU停止工作
$ sudo systemctl halt

# 暫停系統
$ sudo systemctl suspend

# 讓系統進入冬眠狀态
$ sudo systemctl hibernate

# 讓系統進入互動式休眠狀态
$ sudo systemctl hybrid-sleep

# 啟動進入救援狀态（單使用者狀态）
$ sudo systemctl rescue

3.2 systemd-analyze

​systemd-analyze​

​指令用于檢視啟動耗時。

# 檢視啟動耗時
$ systemd-analyze                                                                                       

# 檢視每個服務的啟動耗時
$ systemd-analyze blame

# 顯示瀑布狀的啟動過程流
$ systemd-analyze critical-chain

# 顯示指定服務的啟動流
$ systemd-analyze critical-chain atd.service

3.3 hostnamectl

​hostnamectl​

​指令用于檢視目前主機的資訊。

# 顯示目前主機的資訊
$ hostnamectl

# 設定主機名。
$ sudo hostnamectl set-hostname rhel7

3.4 localectl

​localectl​

​指令用于檢視本地化設定。

# 檢視本地化設定
$ localectl

# 設定本地化參數。
$ sudo localectl set-locale LANG=en_GB.utf8
$ sudo localectl set-keymap en_GB

3.5 timedatectl

​timedatectl​

​指令用于檢視目前時區設定。

# 檢視目前時區設定
$ timedatectl

# 顯示所有可用的時區
$ timedatectl list-timezones                                                                                   

# 設定目前時區
$ sudo timedatectl set-timezone America/New_York
$ sudo timedatectl set-time YYYY-MM-DD
$ sudo timedatectl set-time HH:MM:SS

3.6 loginctl

​loginctl​

​指令用于檢視目前登入的使用者。

# 列出目前session
$ loginctl list-sessions

# 列出目前登入使用者
$ loginctl list-users

# 列出顯示指定使用者的資訊
$ loginctl show-user ruanyf

四、Unit

4.1 含義

Systemd 可以管理所有系統資源。不同的資源統稱為 Unit（機關）。

Unit 一共分成12種。

  • Service unit：系統服務
  • Target unit：多個 Unit 構成的一個組
  • Device Unit：硬體裝置
  • Mount Unit：檔案系統的挂載點
  • Automount Unit：自動挂載點
  • Path Unit：檔案或路徑
  • Scope Unit：不是由 Systemd 啟動的外部程序
  • Slice Unit：程序組
  • Snapshot Unit：Systemd 快照，可以切回某個快照
  • Socket Unit：程序間通信的 socket
  • Swap Unit：swap 檔案
  • Timer Unit：定時器

​systemctl list-units​

​指令可以檢視目前系統的所有 Unit 。

# 列出正在運作的 Unit
$ systemctl list-units

# 列出所有Unit，包括沒有找到配置檔案的或者啟動失敗的
$ systemctl list-units --all

# 列出所有沒有運作的 Unit
$ systemctl list-units --all --state=inactive

# 列出所有加載失敗的 Unit
$ systemctl list-units --failed

# 列出所有正在運作的、類型為 service 的 Unit
$ systemctl list-units --type=service

4.2 Unit 的狀态

​systemctl status​

​指令用于檢視系統狀态和單個 Unit 的狀态。

# 顯示系統狀态
$ systemctl status

# 顯示單個 Unit 的狀态
$ sysystemctl status bluetooth.service

# 顯示遠端主機的某個 Unit 的狀态
$ systemctl -H [email protected] status httpd.service

除了​

​status​

​指令，​

​systemctl​

​還提供了三個查詢狀态的簡單方法，主要供腳本内部的判斷語句使用。

# 顯示某個 Unit 是否正在運作
$ systemctl is-active application.service

# 顯示某個 Unit 是否處于啟動失敗狀态
$ systemctl is-failed application.service

# 顯示某個 Unit 服務是否建立了啟動連結
$ systemctl is-enabled application.service

4.3 Unit 管理

對于使用者來說，最常用的是下面這些指令，用于啟動和停止 Unit（主要是 service）。

# 立即啟動一個服務
$ sudo systemctl start apache.service

# 立即停止一個服務
$ sudo systemctl stop apache.service

# 重新開機一個服務
$ sudo systemctl restart apache.service

# 殺死一個服務的所有子程序
$ sudo systemctl kill apache.service

# 重新加載一個服務的配置檔案
$ sudo systemctl reload apache.service

# 重載所有修改過的配置檔案
$ sudo systemctl daemon-reload

# 顯示某個 Unit 的所有底層參數
$ systemctl show httpd.service

# 顯示某個 Unit 的指定屬性的值
$ systemctl show -p CPUShares httpd.service

# 設定某個 Unit 的指定屬性
$ sudo systemctl set-property httpd.service CPUShares=500

4.4 依賴關系

Unit 之間存在依賴關系：A 依賴于 B，就意味着 Systemd 在啟動 A 的時候，同時會去啟動 B。

​systemctl list-dependencies​

​指令列出一個 Unit 的所有依賴。

$ systemctl list-dependencies nginx.service

上面指令的輸出結果之中，有些依賴是 Target 類型（詳見下文），預設不會展開顯示。如果要展開 Target，就需要使用​

​--all​

​參數。

$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

五、Unit 的配置檔案

5.1 概述

每一個 Unit 都有一個配置檔案，告訴 Systemd 怎麼啟動這個 Unit 。

Systemd 預設從目錄​

​/etc/systemd/system/​

​讀取配置檔案。但是，裡面存放的大部分檔案都是符号連結，指向目錄​

​/usr/lib/systemd/system/​

​，真正的配置檔案存放在那個目錄。

​systemctl enable​

​指令用于在上面兩個目錄之間，建立符号連結關系。

$ sudo systemctl enable [email protected]
# 等同于
$ sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/[email protected]' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/[email protected]'

如果配置檔案裡面設定了開機啟動，​

​systemctl enable​

​指令相當于激活開機啟動。

與之對應的，​

​systemctl disable​

​指令用于在兩個目錄之間，撤銷符号連結關系，相當于撤銷開機啟動。

$ sudo systemctl disable [email protected]

配置檔案的字尾名，就是該 Unit 的種類，比如​

​sshd.socket​

​。如果省略，Systemd 預設字尾名為​

​.service​

​，是以​

​sshd​

​會被了解成​

​sshd.service​

​。

5.2 配置檔案的狀态

​systemctl list-unit-files​

​指令用于列出所有配置檔案。

# 列出所有配置檔案
$ systemctl list-unit-files

# 列出指定類型的配置檔案
$ systemctl list-unit-files --type=service

這個指令會輸出一個清單。

$ systemctl list-unit-files

UNIT FILE              STATE
chronyd.service        enabled
[email protected]         static
[email protected]     disabled

這個清單顯示每個配置檔案的狀态，一共有四種。

  • enabled：已建立啟動連結
  • disabled：沒建立啟動連結
  • static：該配置檔案沒有​

    ​[Install]​

     ​部分（無法執行），隻能作為其他配置檔案的依賴
  • masked：該配置檔案被禁止建立啟動連結

注意，從配置檔案的狀态無法看出，該 Unit 是否正在運作。這必須執行前面提到的​

​systemctl status​

​指令。

$ systemctl status bluetooth.service

一旦修改配置檔案，就要讓 SystemD 重新加載配置檔案，然後重新啟動，否則修改不會生效。

$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl restart httpd.service

5.3 配置檔案的格式

配置檔案就是普通的文本檔案，可以用文本編輯器打開。

​systemctl cat​

​指令可以檢視配置檔案的内容。

$ systemctl cat atd.service

[Unit]
Description=ATD daemon

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/bin/atd

[Install]
WantedBy=multi-user.target

從上面的輸出可以看到，配置檔案分成幾個區塊。每個區塊的第一行，是用方括号表示的差別名，比如​

​[Unit]​

​。注意，配置檔案的區塊名和字段名，都是大小寫敏感的。

每個區塊内部是一些等号連接配接的鍵值對。

[Section]
Directive1=value
Directive2=value

. . .

注意，鍵值對的等号兩側不能有空格。

5.4 配置檔案的區塊

​[Unit]​

​區塊通常是配置檔案的第一個區塊，用來定義 Unit 的中繼資料，以及配置與其他 Unit 的關系。它的主要字段如下。

  • ​Description​

     ​：簡短描述

  • ​Documentation​

     ​：文檔位址

  • ​Requires​

     ​：目前 Unit 依賴的其他 Unit，如果它們沒有運作，目前 Unit 會啟動失敗

  • ​Wants​

     ​：與目前 Unit 配合的其他 Unit，如果它們沒有運作，目前 Unit 不會啟動失敗

  • ​BindsTo​

     ​：與​

    ​Requires​

     ​類似，它指定的 Unit 如果退出，會導緻目前 Unit 停止運作

  • ​Before​

     ​：如果該字段指定的 Unit 也要啟動，那麼必須在目前 Unit 之後啟動

  • ​After​

     ​：如果該字段指定的 Unit 也要啟動，那麼必須在目前 Unit 之前啟動

  • ​Conflicts​

     ​：這裡指定的 Unit 不能與目前 Unit 同時運作

  • ​Condition...​

     ​：目前 Unit 運作必須滿足的條件，否則不會運作

  • ​Assert...​

     ​：目前 Unit 運作必須滿足的條件，否則會報啟動失敗

​[Install]​

​通常是配置檔案的最後一個區塊，用來定義如何啟動，以及是否開機啟動。它的主要字段如下。

  • ​WantedBy​

     ​：它的值是一個或多個 Target，目前 Unit 激活時（enable）符号連結會放入​

    ​/etc/systemd/system​

     ​目錄下面以 Target 名 + ​

    ​.wants​

     ​字尾構成的子目錄中

  • ​RequiredBy​

     ​：它的值是一個或多個 Target，目前 Unit 激活時，符号連結會放入​

    ​/etc/systemd/system​

    ​.required​

  • ​Alias​

     ​：目前 Unit 可用于啟動的别名

  • ​Also​

     ​：目前 Unit 激活（enable）時，會被同時激活的其他 Unit

​[Service]​

​區塊用來 Service 的配置，隻有 Service 類型的 Unit 才有這個區塊。它的主要字段如下。

  • ​Type​

     ​：定義啟動時的程序行為。它有以下幾種值。

  • ​Type=simple​

     ​：預設值，執行​

    ​ExecStart​

     ​指定的指令，啟動主程序

  • ​Type=forking​

     ​：以 fork 方式從父程序建立子程序，建立後父程序會立即退出

  • ​Type=oneshot​

     ​：一次性程序，Systemd 會等目前服務退出，再繼續往下執行

  • ​Type=dbus​

     ​：目前服務通過D-Bus啟動

  • ​Type=notify​

     ​：目前服務啟動完畢，會通知​

    ​Systemd​

     ​，再繼續往下執行

  • ​Type=idle​

     ​：若有其他任務執行完畢，目前服務才會運作

  • ​ExecStart​

     ​：啟動目前服務的指令

  • ​ExecStartPre​

     ​：啟動目前服務之前執行的指令

  • ​ExecStartPost​

     ​：啟動目前服務之後執行的指令

  • ​ExecReload​

     ​：重新開機目前服務時執行的指令

  • ​ExecStop​

     ​：停止目前服務時執行的指令

  • ​ExecStopPost​

     ​：停止當其服務之後執行的指令

  • ​RestartSec​

     ​：自動重新開機目前服務間隔的秒數

  • ​Restart​

     ​：定義何種情況 Systemd 會自動重新開機目前服務，可能的值包括​

    ​always​

     ​（總是重新開機）、​

    ​on-success​

     ​、​

    ​on-failure​

    ​on-abnormal​

    ​on-abort​

    ​on-watchdog​

  • ​TimeoutSec​

     ​：定義 Systemd 停止目前服務之前等待的秒數

  • ​Environment​

     ​：指定環境變量

Unit 配置檔案的完整字段清單，請參考官方文檔。

六、Target

啟動計算機的時候，需要啟動大量的 Unit。如果每一次啟動，都要一一寫明本次啟動需要哪些 Unit，顯然非常不友善。Systemd 的解決方案就是 Target。

簡單說，Target 就是一個 Unit 組，包含許多相關的 Unit 。啟動某個 Target 的時候，Systemd 就會啟動裡面所有的 Unit。從這個意義上說，Target 這個概念類似于"狀态點"，啟動某個 Target 就好比啟動到某種狀态。

傳統的​

​init​

​啟動模式裡面，有 RunLevel 的概念，跟 Target 的作用很類似。不同的是，RunLevel 是互斥的，不可能多個 RunLevel 同時啟動，但是多個 Target 可以同時啟動。

# 檢視目前系統的所有 Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

# 檢視一個 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 檢視啟動時的預設 Target
$ systemctl get-default

# 設定啟動時的預設 Target
$ sudo systemctl set-default multi-user.target

# 切換 Target 時，預設不關閉前一個 Target 啟動的程序，
# systemctl isolate 指令改變這種行為，
# 關閉前一個 Target 裡面所有不屬于後一個 Target 的程序
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

Target 與 傳統 RunLevel 的對應關系如下。

Traditional runlevel      New target name     Symbolically linked to...

Runlevel 0           |    runlevel0.target -> poweroff.target
Runlevel 1           |    runlevel1.target -> rescue.target
Runlevel 2           |    runlevel2.target -> multi-user.target
Runlevel 3           |    runlevel3.target -> multi-user.target
Runlevel 4           |    runlevel4.target -> multi-user.target
Runlevel 5           |    runlevel5.target -> graphical.target
Runlevel 6           |    runlevel6.target -> reboot.target

它與​

​init​

​程序的主要差别如下。

（1）預設的 RunLevel（在​

​/etc/inittab​

 ​檔案設定）現在被預設的 Target 取代，位置是​

​/etc/systemd/system/default.target​

 ​，通常符号連結到​

​graphical.target​

 ​（圖形界面）或者​

​multi-user.target​

​（多使用者指令行）。

（2）啟動腳本的位置，以前是​

​/etc/init.d​

 ​目錄，符号連結到不同的 RunLevel 目錄 （比如​

​/etc/rc3.d​

​/etc/rc5.d​

 ​等），現在則存放在​

​/lib/systemd/system​

 ​和​

​/etc/systemd/system​

​目錄。

（3）配置檔案的位置，以前​

​init​

 ​程序的配置檔案是​

​/etc/inittab​

 ​，各種服務的配置檔案存放在​

​/etc/sysconfig​

 ​目錄。現在的配置檔案主要存放在​

​/lib/systemd​

 ​目錄，在​

​/etc/systemd​

 ​目錄裡面的修改可以覆寫原始設定。

七、日志管理

Systemd 統一管理所有 Unit 的啟動日志。帶來的好處就是，可以隻用​

​journalctl​

​一個指令，檢視所有日志（核心日志和應用日志）。日志的配置檔案是​

​/etc/systemd/journald.conf​

​journalctl​

​功能強大，用法非常多。

# 檢視所有日志（預設情況下 ，隻儲存本次啟動的日志）
$ sudo journalctl

# 檢視核心日志（不顯示應用日志）
$ sudo journalctl -k

# 檢視系統本次啟動的日志
$ sudo journalctl -b
$ sudo journalctl -b -0

# 檢視上一次啟動的日志（需更改設定）
$ sudo journalctl -b -1

# 檢視指定時間的日志
$ 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"

# 顯示尾部的最新10行日志
$ sudo journalctl -n

# 顯示尾部指定行數的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 實時滾動顯示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 檢視指定服務的日志
$ sudo journalctl /usr/lib/systemd/systemd

# 檢視指定程序的日志
$ sudo journalctl _PID=1

# 檢視某個路徑的腳本的日志
$ sudo journalctl /usr/bin/bash

# 檢視指定使用者的日志
$ sudo journalctl _UID=33 --since today

# 檢視某個 Unit 的日志
$ sudo journalctl -u nginx.service
$ sudo journalctl -u nginx.service --since today

# 實時滾動顯示某個 Unit 的最新日志
$ sudo journalctl -u nginx.service -f

# 合并顯示多個 Unit 的日志
$ journalctl -u nginx.service -u php-fpm.service --since today

# 檢視指定優先級（及其以上級别）的日志，共有8級
# 0: emerg
# 1: alert
# 2: crit
# 3: err
# 4: warning
# 5: notice
# 6: info
# 7: debug
$ sudo journalctl -p err -b

# 日志預設分頁輸出，--no-pager 改為正常的标準輸出
$ sudo journalctl --no-pager

# 以 JSON 格式（單行）輸出
$ sudo journalctl -b -u nginx.service -o json

# 以 JSON 格式（多行）輸出，可讀性更好
$ sudo journalctl -b -u nginx.serviceqq
 -o json-pretty

# 顯示日志占據的硬碟空間
$ sudo journalctl --disk-usage

# 指定日志檔案占據的最大空間
$ sudo journalctl --vacuum-size=1G

# 指定日志檔案儲存多久
$ sudo journalctl --vacuum-time=1years

（完）

配置檔案 nginx 符号連結 apache 字段
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