Linux 工匠精神（一）：Systemd 命令完全指南

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理解 Linux 启动过程

在我们打开 Linux 电脑的电源后第一个启动的进程就是 init。分配给 init 进程的 PID 是 1。它是系统其他所有进程的父进程。当一台 Linux 电脑启动后，处理器会先在系统存储中查找 BIOS，之后 BIOS 会检测系统资源然后找到第一个引导设备，通常为硬盘，然后会查找硬盘的主引导记录（MBR），然后加载到内存中并把控制权交给它，以后的启动过程就由 MBR 控制。

主引导记录会初始化引导程序（Linux 上有两个著名的引导程序，GRUB 和 LILO，80% 的 Linux 系统在用 GRUB 引导程序），这个时候 GRUB 或 LILO 会加载内核模块。内核会马上查找 / sbin 下的 “init” 程序并执行它。从这里开始 init 成为了 Linux 系统的父进程。init 读取的第一个文件是 / etc/inittab，通过它 init 会确定我们 Linux 操作系统的运行级别。它会从文件 / etc/fstab 里查找分区表信息然后做相应的挂载。然后 init 会启动 / etc/init.d 里指定的默认启动级别的所有服务 / 脚本。所有服务在这里通过 init 一个一个被初始化。在这个过程里，init 每次只启动一个服务，所有服务 / 守护进程都在后台执行并由 init 来管理。

关机过程差不多是相反的过程，首先 init 停止所有服务，最后阶段会卸载文件系统。

以上提到的启动过程有一些不足的地方：一是启动时间长。init 进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程；二是启动脚本复杂。init 进程只是执行启动脚本，不管其他事情。脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长。而用一种更好的方式来替代传统 init 的需求已经存在很长时间了。也产生了许多替代方案。其中比较著名的有 Upstart，Epoch，Muda 和 Systemd。而 Systemd 获得最多关注并被认为是目前最佳的方案。

Systemd 概述

Systemd 就是为了解决这些问题而诞生的。它的设计目标是，为系统的启动和管理提供一套完整的解决方案。根据 Linux 惯例，字母 d 是守护进程（daemon）的缩写。Systemd 这个名字的含义，就是它要守护整个系统。

使用了 Systemd，就不需要再用 init 了。Systemd 取代了 initd，成为系统的第一个进程（PID 等于 1），其他进程都是它的子进程。

Systemctl 是一个 systemd 工具，主要负责控制 systemd 系统和服务管理器。systemctl 命令有两大类功能：一是控制 systemd 系统；二是管理系统上运行的服务。

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Systemd 初体验

Systemd 并不是一个命令，而是一组命令，涉及到系统管理的方方面面。

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1. 检查 systemd 安装的版本
# systemctl --version

2. 检查 systemd 和 systemctl 的二进制文件和库文件的安装位置
# whereis systemd 
# whereis systemctl

3. 检查 systemd 是否运行[systemd 是作为父进程（PID=1）运行的。在上面带（-e）参数的 ps 命令输出中，选择所有进程，（-a）选择除会话前导外的所有进程，并使用（-f）参数输出完整格式列表（即 -eaf）]
# ps -eaf | grep [s]ystemd

systemctl

systemctl 是 Systemd 的主命令，用于管理系统。

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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

systemd-analyze 命令用于查看启动耗时。

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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

hostnamectl 命令用于查看当前主机的信息。

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# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

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

localectl

localectl 命令用于查看本地化设置。

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# 查看本地化设置
$ localectl

# 设置本地化参数
$ sudo localectl set-locale LANG=en_GB.utf8
$ sudo localectl set-keymap en_GB

timedatectl

timedatectl 命令用于查看当前时区设置。

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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

loginctl 命令用于查看当前登录的用户。

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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

Unit

含义

Systemd 可以管理所有系统资源。不同的资源统称为 Unit（单位）。Unit 一共分成 12 种。

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Service unit：系统服务
Target unit：多个 Unit 构成的一个组
Device Unit：硬件设备
Mount Unit：文件系统的挂载点
Automount Unit：自动挂载点
Path Unit：文件或路径
Scope Unit：不是由 Systemd 启动的外部进程
Slice Unit：进程组
Snapshot Unit：Systemd 快照，可以切回某个快照
Socket Unit：进程间通信的 socket
Swap Unit：swap 文件
Timer Unit：定时器

systemctl list-units 命令可以查看当前系统的所有 Unit。

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# 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

Unit 的状态

systemctl status 命令用于查看系统状态和单个 Unit 的状态。

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# 显示系统状态
$ systemctl status

# 显示单个 Unit 的状态
$ sysystemctl 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

除了 status 命令，systemctl 还提供了三个查询状态的简单方法，主要供脚本内部的判断语句使用。

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# 显示某个 Unit 是否正在运行
$ systemctl is-active application.service

# 显示某个 Unit 是否处于启动失败状态
$ systemctl is-failed application.service

# 显示某个 Unit 服务是否建立了启动链接
$ systemctl is-enabled application.service

Unit 管理

对于用户来说，最常用的是下面这些命令，用于启动和停止 Unit（主要是 service）。

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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

依赖关系

Unit 之间存在依赖关系：A 依赖于 B，就意味着 Systemd 在启动 A 的时候，同时会去启动 B。

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# systemctl list-dependencies 命令列出一个 Unit 的所有依赖。
$ systemctl list-dependencies nginx.service

# 上面命令的输出结果之中，有些依赖是 Target 类型（详见下文），默认不会展开显示。如果要展开 Target，就需要使用 --all 参数。
$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

Unit 的配置文件

概述

每一个 Unit 都有一个配置文件，告诉 Systemd 怎么启动这个 Unit。

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。

systemctl enable 命令用于在上面两个目录之间，建立符号链接关系。

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$ sudo systemctl enable clamd@scan.service
# 等同于
$ sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/clamd@scan.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/clamd@scan.service'

如果配置文件里面设置了开机启动，systemctl enable 命令相当于激活开机启动。

与之对应的，systemctl disable 命令用于在两个目录之间，撤销符号链接关系，相当于撤销开机启动。

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$ sudo systemctl disable clamd@scan.service

配置文件的后缀名，就是该 Unit 的种类，比如 sshd.socket。如果省略，Systemd 默认后缀名为. service，所以 sshd 会被理解成 sshd.service。

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// 在开机时启用一个服务
$ sudo systemctl enable firewalld.service
// 在开机时禁用一个服务
$ sudo systemctl disable firewalld.service
// 查看服务是否开机启动
$ sudo systemctl is-enabled firewalld.service
// 查看开机启动的服务列表
$ sudo systemctl list-unit-files|grep enabled

配置文件的状态

systemctl list-unit-files 命令用于列出所有配置文件。

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# 列出所有配置文件
$ systemctl list-unit-files

# 列出指定类型的配置文件
$ systemctl list-unit-files --type=service

# 列出已建立启动链接的配置文件
$ sudo systemctl list-unit-files|grep enabled

这个列表显示每个配置文件的状态，一共有四种。

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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

一旦修改配置文件，就要让 SystemD 重新加载配置文件，然后重新启动，否则修改不会生效。

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

配置文件的格式

配置文件就是普通的文本文件，可以用文本编辑器打开。

systemctl cat 命令可以查看配置文件的内容。

[Unit]区块通常是配置文件的第一个区块，用来定义 Unit 的元数据，以及配置与其他 Unit 的关系。它的主要字段如下。

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Description：简短描述
Documentation：文档地址
Requires：当前 Unit 依赖的其他 Unit，如果它们没有运行，当前 Unit 会启动失败
Wants：与当前 Unit 配合的其他 Unit，如果它们没有运行，当前 Unit 不会启动失败
BindsTo：与 Requires 类似，它指定的 Unit 如果退出，会导致当前 Unit 停止运行
Before：如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前 Unit 之后启动
After：如果该字段指定的 Unit 也要启动，那么必须在当前 Unit 之前启动
Conflicts：这里指定的 Unit 不能与当前 Unit 同时运行
Condition...：当前 Unit 运行必须满足的条件，否则不会运行
Assert...：当前 Unit 运行必须满足的条件，否则会报启动失败

[Install]通常是配置文件的最后一个区块，用来定义如何启动，以及是否开机启动。它的主要字段如下。

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WantedBy：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 Target 名 + .wants 后缀构成的子目录中[Target 的含义是服务组，表示一组服务。WantedBy=multi-user.target 指的是，sshd 所在的 Target 是 multi-user.target。]
RequiredBy：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 Target 名 + .required 后缀构成的子目录中
Alias：当前 Unit 可用于启动的别名
Also：当前 Unit 激活（enable）时，会被同时激活的其他 Unit

[Service]区块用来 Service 的配置，只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段如下。

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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
ExecStart：启动当前服务的命令
ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
ExecStartPost：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
TimeoutSec：定义 Systemd 停止当前服务之前等待的秒数
Environment：指定环境变量

Systemd 实战

关闭防火墙 firewall

Centos7.x 中取消了 iptables, 用 firewall 取而代之。要关闭防火墙并禁止开机启动服务使用下面的命令:

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$ systemctl stop firewalld.service
$ systemctl disable firewalld.service

CentOS7 利用 systemctl 添加自定义系统服务

  1. 实例：服务用于开机运行 tomcat 项目:
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#vim /usr/lib/systemd/system/tomcat.service
 
[Unit]
Description=java tomcat project
After=tomcat.service
  
[Service]
Type=forking
User=users
Group=users
PIDFile=/usr/local/tomcat/tomcat.pid
ExecStart=/usr/local/tomcat/bin/startup.sh
ExecReload=
ExecStop=/usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh
PrivateTmp=true
  
[Install]
WantedBy=multi-user.target
  1. 添加可执行权限：
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$ chmod 754 /usr/lib/systemd/system/tomcat.service
  1. 设置为开机自启动：
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$ systemctl enable tomcat.service

参考博文

[1]. Systemd 入门教程：命令篇
[2]. Systemd 入门教程：实战篇
[3]. systemctl 命令完全指南

Linux 工匠精神系列

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