systemd简介与特点

TrumanWong

8/7/2023

systemd简介

systemd是一个系统和服务管理器，它的主进程的默认进程ID是1。systemd 主进程是系统所有进程的起点。Linux系统在完成内核引导以后就开始运行systemd程序。systemd的主要功能包括：

在启动过程中并行启动系统服务
按需激活守护进程
基于依赖项的服务控制逻辑

systemd特点

按需启动

在System V系统中，系统服务被赋予了不同的优先级。系统启动时，System V的主进程init会按优先级依次启动服务，即按优先级排序，优先级高的先启动，启动完成后再启动优先级较低的服务。System V的启动过程类似于串行队列处理系统，排在队伍前面的先启动，前面的启动完成再启动后面的服务。这样做的好处是能解决服务之间的依赖性问题，例如需要使用网络的服务必须等待网络启动后才能启动。坏处是服务总是排队处理，效率太低。

System V的另一个问题是，启动系统时会将可能用到的所有服务都启动。有些服务可能从未使用过，例如打印服务CUPS、蓝牙服务Bluetooth等，这些服务虽未被使用过，但却一直运行在系统中消耗着系统资源。

为了解决这些问题，systemd采取了两项技术：

引入了并行启动的概念，为每一个需要启动的守护进程建立一个套接字，这些套接字对于使用它们的进程来说是抽象的，这样它们可以允许不同守护进程之间进行交互。所有服务都尽可能地并行启动，使用缓冲池的方式解决服务的依赖性，同时还尽可能启动更少的进程，进一步提高启动速度。
使用按需启动技术，只有服务在被请求时才会启动服务，当请求结束，服务会被关闭，以此方式来节约系统资源。

采用Linux的Cgroup特性跟踪和管理进程的生命周期

System V的init进程不仅需要启动服务，还要能跟踪和管理服务进程的生命周期，这项工作非常有难度。服务进程通常在后台运行，有时服务进程会多次派生，其难度在于要准确获得派生进程的PID才能完整关闭服务。

Cgroup是Linux内核的特性，主要用来实现系统资源配额管理。当进程创建子进程时，子进程会自动继承父进程的Cgroup。因此无论进程如何派生子进程，它们的Cgroup都是一样的。systemd正是利用了Linux内核的Cgroup特性来跟踪进程的，当服务停止后，systemd只需要遍历查询指定的Cgroup，就可以找到所有子进程，然后一一结束即可。

日志服务

systemd还针对性地重新设计了系统的日志服务journald，其主要是针对正在使用的syslog的一些缺点。syslog的缺点主要存在两方面：其一是日志不安全，进程在产生日志消息时，消息的内容均由进程自主产生，任何进程都可以互相冒充，因为syslog并不会验证消息的来源是否属实；其二是日志消息没有严格的格式，这使得自动化处理日志变得困难、低效。

journald进行了重新设计，不再使用文本格式存放日志，而使用二进制文件存放日志；同时还有可移植性高、资源消耗少、结构简单、可扩展、安全性高等优点。

单元类型

systemd配置文件被称为单元，根据类型不同，以不同的扩展名结尾。系统初始化需要做的事情非常多，需要启动后台服务，比如启动sshd服务；需要做配置工作，比如挂载文件系统。这个过程中的每一步都被systemd抽象为一个配置单元，即单元unit。可以认为一个服务是一个配置单元；一个挂载点是一个配置单元；一个交换分区的配置是一个配置单元。systemd将配置单元归纳为一些不同的类型。

在systemd中，服务、设备、挂载等资源统一被称为单元，所以systemd中有许多单元类型。服务单元文件的扩展名是.service，同Shell脚本的功能相似。

systemd单元文件放置位置有以下路径：

/usr/lib/systemd/system：与安装的 RPM 软件包一起分发的 systemd 单元文件。
/run/systemd/system：在运行时创建的 systemd 单元文件。该目录优先于安装了的服务单元文件的目录。
/etc/systemd/system：使用 systemctl enable 命令创建的 systemd 单元文件，以及为扩展服务添加的单元文件。这个目录优先于带有运行时单元文件的目录。

常见的单元类型及作用如下：

device：管理硬件设备及其可用性，例如网卡、终端等。
mount：处理文件系统挂载，systemd将会自动对此挂载点进行监控和管理。通常此类挂载点都是systemd通过检测/etc/fstab文件后自动配置的。
automount：自动挂载点，通常每一个单元对应一个配置单元。当挂载点被访问时，systemd自动执行挂载行为。
swap：管理交换分区的挂载。
service：控制和管理单个系统服务，如nginx、mysqld等。
socket：此类配置单元用来封装一个系统和服务的套接字，当连接到来时，systemd会启动与此套接字对应的服务。
target：表示定义系统状态的一组单元，便于对单元进行统一的控制。例如，每一个运行级别都是一个target分组单元，包含了进入该级别需要运行的单元。
timer：调度任务以特定间隔运行，可用来替代cron和at计划任务。
snapshot：可用于临时保存systemd单元集的状态，稍后可通过激活已保存的快照单元来恢复该状态。