Posted on February 21st, 2018 in Resources by Mr
Systemd 入门教程:命令篇

Systemd 是 Linux 系统工具,用来启动守护进程,已成为大多数发行版的标准配置。

本文介绍它的基本用法,分为上下两篇。今天介绍它的主要命令,下一篇介绍如何用于实战。

一、由来

历史上,Linux 的启动一直采用init进程。

下面的命令用来启动服务。

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

这种方法有两个缺点。

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。

二、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。

(上图为 Systemd 作者 Lennart Poettering

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 --version

上面的命令查看 Systemd 的版本。

Systemd 的优点是功能强大,使用方便,缺点是系统庞大,非常复杂。事实上,现在还有很多人反对使用 Systemd,理由就是它过于复杂,与操作系统的其他部分强耦合,违反“keep simple, keep stupid”的Unix 哲学

(上图为 Systemd 架构图)

三、系统管理

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。

3.1 systemctl

systemctl是 Systemd 的主命令,用于管理系统。

# 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

3.2 systemd-analyze

systemd-analyze命令用于查看启动耗时。

# 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

3.3 hostnamectl

hostnamectl命令用于查看当前主机的信息。

# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

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

3.4 localectl

localectl命令用于查看本地化设置。

# 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

3.5 timedatectl

timedatectl命令用于查看当前时区设置。

# 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

3.6 loginctl

loginctl命令用于查看当前登录的用户。

# 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

四、Unit

4.1 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。

  • 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 。

# 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

4.2 Unit 的状态

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

# 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。

# 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

4.3 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)。

# 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

4.4 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。

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

五、Unit 的配置文件

5.1 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。

$ 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。

$ 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

5.2 配置文件的状态

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

# 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

这个命令会输出一个列表。

$ systemctl list-unit-files

UNIT FILE              STATE
chronyd.service        enabled
clamd@.service         static
clamd@scan.service     disabled

这个列表显示每个配置文件的状态,一共有四种。

  • 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

注意,从配置文件的状态无法看出,该 Unit 是否正在运行。这必须执行前面提到的systemctl status命令。

$ systemctl status bluetooth.service

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。

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

5.3 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。

$ systemctl cat atd.service

[Unit]
Description=ATD daemon

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

[Install]
WantedBy=multi-user.target

从上面的输出可以看到,配置文件分成几个区块。每个区块的第一行,是用方括号表示的区别名,比如[Unit]。注意,配置文件的区块名和字段名,都是大小写敏感的。

每个区块内部是一些等号连接的键值对。

[Section]
Directive1=value
Directive2=value

. . .

注意,键值对的等号两侧不能有空格。

5.4 配置文件的区块

[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。

  • 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。

  • 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
  • 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。

  • Type:定义启动时的进程行为。它有以下几种值。
  • simple:默认值,执行ExecStart指定的命令,启动主进程
  • 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
  • oneshot:一次性进程,Systemd 会等当前服务退出,再继续往下执行
  • dbus:当前服务通过D-Bus启动
  • notify:当前服务启动完毕,会通知Systemd,再继续往下执行
  • 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-successon-failureon-abnormalon-aborton-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

Unit 配置文件的完整字段清单,请参考官方文档

六、Target

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。

传统的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。

# 查看当前系统的所有 Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

# 查看一个 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 查看启动时的默认 Target
$ systemctl get-default

# 设置启动时的默认 Target
$ sudo systemctl set-default multi-user.target

# 切换 Target 时,默认不关闭前一个 Target 启动的进程,
# systemctl isolate 命令改变这种行为,
# 关闭前一个 Target 里面所有不属于后一个 Target 的进程
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

Target 与 传统 RunLevel 的对应关系如下。

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

它与init进程的主要差别如下。

(1)默认的 RunLevel(在/etc/inittab文件设置)现在被默认的 Target 取代,位置是/etc/systemd/system/default.target,通常符号链接到graphical.target(图形界面)或者multi-user.target(多用户命令行)。

(2)启动脚本的位置,以前是/etc/init.d目录,符号链接到不同的 RunLevel 目录 (比如/etc/rc3.d/etc/rc5.d等),现在则存放在/lib/systemd/system/etc/systemd/system目录。

(3)配置文件的位置,以前init进程的配置文件是/etc/inittab,各种服务的配置文件存放在/etc/sysconfig目录。现在的配置文件主要存放在/lib/systemd目录,在/etc/systemd目录里面的修改可以覆盖原始设置。

七、日志管理

Systemd 统一管理所有 Unit 的启动日志。带来的好处就是,可以只用journalctl一个命令,查看所有日志(内核日志和应用日志)。日志的配置文件是/etc/systemd/journald.conf

journalctl功能强大,用法非常多。

# 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)
$ sudo journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志
$ 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
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

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

# 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

(完)

推荐课程

6+X商业项目实战班
快速获得项目经验

6+X商业项目实战班

Web开发全栈项目班+1月实战
快速掌握面向工作的核心技术

Web开发全栈项目班+1月实战