Linux Systemd 服务管理教程

Systemd 简介

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。

• 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。
• 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。

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。

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。Systemd 是一系列工具的集合，其作用也远远不仅是启动操作系统，它还接管了后台服务、结束、状态查询，以及日志归档、设备管理、电源管理、定时任务等许多职责，并支持通过特定事件（如插入特定 USB 设备）和特定端口数据触发的 On-demand（按需）任务。Systemd 的后台服务还有一个特殊的身份——它是系统中 PID 值为 1 的进程。

Systemd 架构

Systemd 目录

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。

• /etc/systemd/system：系统或用户自定义的配置文件
• /run/systemd/system：软件运行时生成的配置文件
• /usr/lib/systemd/system：系统或第三方软件安装时添加的配置文件。

Systemd 的 Unit 文件

Unit 文件按照 Systemd 约定，应该被放置指定的三个系统目录之一中。这三个目录是有优先级的，越靠上的优先级越高。因此，在三个目录中有同名文件的时候，只有优先级最高的目录里的那个文件会被使用。

Systemd 可以管理所有系统资源，不同的资源统称为 Unit（单位）。

在 Systemd 的生态圈中，Unit 文件统一了过去各种不同系统资源配置格式，例如服务的启/停、定时任务、设备自动挂载、网络配置、虚拟内存配置等。而 Systemd 通过不同的文件后缀来区分这些配置文件。

Systemd 支持的 12 种 Unit 文件类型

.automount：用于控制自动挂载文件系统，相当于 SysV-init 的 autofs 服务

.device：对于 /dev 目录下的设备，主要用于定义设备之间的依赖关系

.mount：定义系统结构层次中的一个挂载点，可以替代过去的 /etc/fstab 配置文件

.path：用于监控指定目录或文件的变化，并触发其它 Unit 运行

.scope：这种 Unit 文件不是用户创建的，而是 Systemd 运行时产生的，描述一些系统服务的分组信息

.service：封装守护进程的启动、停止、重启和重载操作，是最常见的一种 Unit 文件

.slice：用于表示一个 CGroup 的树，通常用户不会自己创建这样的 Unit 文件

.snapshot：用于表示一个由 systemctl snapshot 命令创建的 Systemd Units 运行状态快照

.socket：监控来自于系统或网络的数据消息，用于实现基于数据自动触发服务启动

.swap：定义一个用户做虚拟内存的交换分区

.target：用于对 Unit 文件进行逻辑分组，引导其它 Unit 的执行。它替代了 SysV-init 运行级别的作用，并提供更灵活的基于特定设备事件的启动方式

.timer：用于配置在特定时间触发的任务，替代了 Crontab 的功能

# 重新加载一个服务的配置文件
$ sudo systemctl reload nginx.service

# 重载所有修改过的配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

启动服务
$ sudo systemctl start nginx

查看一下该服务的状态
$ sudo systemctl status nginx

停止服务
$ sudo systemctl stop nginx.service

服务停不下来。这时候就不得不"杀进程"了
$ sudo systemctl kill nginx.service

重启服务
$ sudo systemctl restart nginx.service

开机启动 可省略.service
$ sudo systemctl enable nginx
# 等同于
$ sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/nginx.service' '/etc/systemd/system/nginx.service'

Systemd Service Unit 文件结构

注意，键值对的等号两侧不能有空格。

# Stop dance for nginx
# =======================
#
# ExecStop sends SIGSTOP (graceful stop) to the nginx process.
# If, after 5s (--retry QUIT/5) nginx is still running, systemd takes control
# and sends SIGTERM (fast shutdown) to the main process.
# After another 5s (TimeoutStopSec=5), and if nginx is alive, systemd sends
# SIGKILL to all the remaining processes in the process group (KillMode=mixed).
#
# nginx signals reference doc:
# http://nginx.org/en/docs/control.html
#
[Unit]
Description=A high performance web server and a reverse proxy server
Documentation=man:nginx(8)
After=network.target nss-lookup.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/run/nginx.pid
ExecStartPre=/usr/sbin/nginx -t -q -g 'daemon on; master_process on;'
ExecStart=/usr/sbin/nginx -g 'daemon on; master_process on;'
ExecReload=/usr/sbin/nginx -g 'daemon on; master_process on;' -s reload
ExecStop=-/sbin/start-stop-daemon --quiet --stop --retry QUIT/5 --pidfile /run/nginx.pid
TimeoutStopSec=5
KillMode=mixed

[Install]
WantedBy=multi-user.target

如上所示，Systemd 服务的 Unit 文件可以分为三个配置区段：

• Unit 和 Install 段：所有 Unit 文件通用，用于配置服务（或其它系统资源）的描述、依赖和随系统启动的方式
• Service 段：服务（Service）类型的 Unit 文件（后缀为 .service）特有的，用于定义服务的具体管理和操作方法

Unit 段

• Description：描述这个 Unit 文件的信息
• Documentation：指定服务的文档，可以是一个或多个文档的 URL 路径
• Requires：依赖的其它 Unit 列表，列在其中的 Unit 模板会在这个服务启动时的同时被启动。并且，如果其中任意一个服务启动失败，这个服务也会被终止
• Wants：与 Requires 相似，但只是在被配置的这个 Unit 启动时，触发启动列出的每个 Unit 模块，而不去考虑这些模板启动是否成功
• After：与 Requires 相似，但是在后面列出的所有模块全部启动完成以后，才会启动当前的服务
• Before：与 After 相反，在启动指定的任务一个模块之间，都会首先确证当前服务已经运行
• Binds To：与 Requires 相似，失败时失败，成功时成功，但是在这些模板中有任意一个出现意外结束或重启时，这个服务也会跟着终止或重启
• Part Of：一个 Bind To 作用的子集，仅在列出的任务模块失败或重启时，终止或重启当前服务，而不会随列出模板的启动而启动
• OnFailure：当这个模板启动失败时，就会自动启动列出的每个模块
• Conflicts：与这个模块有冲突的模块，如果列出的模块中有已经在运行的，这个服务就不能启动，反之亦然

Service 段

用来 Service 的配置，只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段分为服务生命周期和服务上下文配置两个方面。

服务生命周期控制相关

• 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
• RemainAfterExit：值为 true 或 false（默认）。当配置为 true 时，Systemd 只会负责启动服务进程，之后即便服务进程退出了，Systemd 也仍然会认为这个服务还在运行中。这个配置主要是提供给一些并非常驻内存，而是启动注册后立即退出，然后等待消息按需启动的特殊类型服务使用的。
• ExecStart：启动当前服务的命令
• ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
• ExecStartPos：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
• TimeoutStartSec：启动服务时等待的秒数，这一配置对于使用 Docker 容器而言显得尤为重要，因其第一次运行时可能需要下载镜像，严重延时会容易被 Systemd 误判为启动失败杀死。通常，对于这种服务，将此值指定为 0，从而关闭超时检测
• TimeoutStopSec：停止服务时的等待秒数，如果超过这个时间仍然没有停止，Systemd 会使用 SIGKILL 信号强行杀死服务的进程

服务上下文配置相关

• Environment：为服务指定环境变量
• EnvironmentFile：指定加载一个包含服务所需的环境变量的列表的文件，文件中的每一行都是一个环境变量的定义
• Nice：服务的进程优先级，值越小优先级越高，默认为 0。其中 -20 为最高优先级，19 为最低优先级
• WorkingDirectory：指定服务的工作目录
• RootDirectory：指定服务进程的根目录（/ 目录）。如果配置了这个参数，服务将无法访问指定目录以外的任何文件
• User：指定运行服务的用户
• Group：指定运行服务的用户组
• MountFlags：服务的 Mount Namespace 配置，会影响进程上下文中挂载点的信息，即服务是否会继承主机上已有挂载点，以及如果服务运行执行了挂载或卸载设备的操作，是否会真实地在主机上产生效果。可选值为 shared、slaved 或 private
  • shared：服务与主机共用一个 Mount Namespace，继承主机挂载点，且服务挂载或卸载设备会真实地反映到主机上
  • slave：服务使用独立的 Mount Namespace，它会继承主机挂载点，但服务对挂载点的操作只有在自己的 Namespace 内生效，不会反映到主机上
  • private：服务使用独立的 Mount Namespace，它在启动时没有任何任何挂载点，服务对挂载点的操作也不会反映到主机上
• LimitCPU / LimitSTACK / LimitNOFILE / LimitNPROC 等：限制特定服务的系统资源量，例如 CPU、程序堆栈、文件句柄数量、子进程数量等

注意：如果在 ExecStart、ExecStop 等属性中使用了 Linux 命令，则必须要写出完整的绝对路径。对于 ExecStartPre 和 ExecStartPost 辅助命令，若前面有个 “-” 符号，表示忽略这些命令的出错。因为有些 “辅助” 命令本来就不一定成功，比如尝试清空一个文件，但文件可能不存在。

Unit 文件占位符

在 Unit 文件中，有时会需要使用到一些与运行环境有关的信息，例如节点 ID、运行服务的用户等。这些信息可以使用占位符来表示，然后在实际运行被动态地替换实际的值。

• %n：完整的 Unit 文件名字，包括 .service 后缀名
• %p：Unit 模板文件名中 @ 符号之前的部分，不包括 @ 符号
• %i：Unit 模板文件名中 @ 符号之后的部分，不包括 @ 符号和 .service 后缀名
• %t：存放系统运行文件的目录，通常是 “run”
• %u：运行服务的用户，如果 Unit 文件中没有指定，则默认为 root
• %U：运行服务的用户 ID
• %h：运行服务的用户 Home 目录，即 %{HOME} 环境变量的值
• %s：运行服务的用户默认 Shell 类型，即 %{SHELL} 环境变量的值
• %m：实际运行节点的 Machine ID，对于运行位置每个的服务比较有用
• %b：Boot ID，这是一个随机数，每个节点各不相同，并且每次节点重启时都会改变
• %H：实际运行节点的主机名
• %v：内核版本，即 “uname -r” 命令输出的内容
• %%：在 Unit 模板文件中表示一个普通的百分号

Install 段

这部分配置的目标模块通常是特定运行目标的 .target 文件，用来使得服务在系统启动时自动运行。这个区段可以包含三种启动约束：

• WantedBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服务所依赖的模块，而是依赖当前服务的模块。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，如 “/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/“
• 一般来说，常用的 Target 有两个：一个是multi-user.target，表示多用户命令行状态；另一个是graphical.target，表示图形用户状态，它依赖于multi-user.target。官方文档有一张非常清晰的 Target 依赖关系图。

root@ip-172-31-16-69:/lib/systemd/system# find /etc/systemd/system/* -type d 
/etc/systemd/system/cloud-final.service.wants
/etc/systemd/system/cloud-init.target.wants
/etc/systemd/system/emergency.target.wants
/etc/systemd/system/final.target.wants
/etc/systemd/system/getty.target.wants
/etc/systemd/system/mdmonitor.service.wants
/etc/systemd/system/multi-user.target.wants
/etc/systemd/system/network-online.target.wants
/etc/systemd/system/open-vm-tools.service.requires
/etc/systemd/system/paths.target.wants
/etc/systemd/system/rescue.target.wants
/etc/systemd/system/sleep.target.wants
/etc/systemd/system/snapd.mounts.target.wants
/etc/systemd/system/sockets.target.wants
/etc/systemd/system/sshd-keygen@.service.d
/etc/systemd/system/sysinit.target.wants
/etc/systemd/system/timers.target.wants

• RequiredBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服务所依赖的模块，而是依赖当前服务的模块。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
• Also：当前 Unit enable/disable 时，同时 enable/disable 的其他 Unit
• Alias：当前 Unit 可用于启动的别名

Unit 管理

# 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

# 查看 Unit 配置文件的内容
$ systemctl cat docker.service

创建自定义Unit 案例

创建x11服务文件x11.service

[Unit]
Description=x11vnc server
After=network.target

[Service]
Type=forking
#PIDFile=/root/.vnc/x11vnc.pid
ExecStart=/usr/bin/x11vnc -display :1 -forever -bg -rfbauth /root/.vnc/passwd
#ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
#ExecStop=/bin/kill -s TERM $MAINPID

[Install]
WantedBy=multi-user.target

创建gunicorn服务文件gunicorn.service

[Unit] 
Description=reset snapshot server 
After=network.target 
 
[Service] 
WorkingDirectory=/root/flask 
PIDFile=/root/flask/log/gunicorn.pid 
ExecStart=/usr/local/bin/gunicorn -w 2 -b 0.0.0.0:5000 pro_resnapshot:app 
ExecReload=/bin/kill -s -HUP $MAINPID 
ExecStop=/bin/kill -s TERM $MAINPID 
  
#ExecStart=/bin/echo execstart 
#ExecReload=/bin/echo execreload 
#ExecStop=/bin/echo execstop 
#ExecStartPre=/bin/echo execstartpre 
#ExecStartPost=/bin/echo execstartpost 
#ExecStopPost=/bin/echo execstoppost 
 
Type=simple 
 
[Install] 
WantedBy=multi-user.target

一般我们使用apt或yum安装的软件会自动创建Unit文件, 直接使用systemctl status xxx就可以了, 下图enabled说明是开机启动, 否则systemctl enable xxx设置开机启动

如果没有可以自己创建

1. 创建Unit文件放入/usr/lib/systemd/system 目录下
2. 重载配置文件sudo systemctl daemon-reload
3. 设置开机启动sudo systemctl enable x11
4. 查看状态sudo systemctl enable x11

日志管理

Systemd 通过其标准日志服务 Journald 提供的配套程序 journalctl 将其管理的所有后台进程打印到 std:out（即控制台）的输出重定向到了日志文件。

Systemd 的日志文件是二进制格式的，必须使用 Journald 提供的 journalctl 来查看，默认不带任何参数时会输出系统和所有后台进程的混合日志。

默认日志最大限制为所在文件系统容量的 10%，可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 来指定该最大限制。

# 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）：--dmesg 或 -k
$ sudo journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志（其中包括了内核日志和各类系统服务的控制台输出）：--system 或 -b
$ 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

# 查看指定服务的日志：--unit 或 -u
$ sudo journalctl -u docker.servcie

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

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 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：--lines 或 -n
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 将最新的日志显示在前面
$ sudo journalctl -r -u docker.service

# 改变输出的格式：--output 或 -o
$ sudo journalctl -r -u docker.service -o json-pretty

# 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

Systemd 工具集

• systemctl：用于检查和控制各种系统服务和资源的状态
• bootctl：用于查看和管理系统启动分区
• hostnamectl：用于查看和修改系统的主机名和主机信息
• journalctl：用于查看系统日志和各类应用服务日志
• localectl：用于查看和管理系统的地区信息
• loginctl：用于管理系统已登录用户和 Session 的信息
• machinectl：用于操作 Systemd 容器
• timedatectl：用于查看和管理系统的时间和时区信息
• systemd-analyze 显示此次系统启动时运行每个服务所消耗的时间，可以用于分析系统启动过程中的性能瓶颈
• systemd-ask-password：辅助性工具，用星号屏蔽用户的任意输入，然后返回实际输入的内容
• systemd-cat：用于将其他命令的输出重定向到系统日志
• systemd-cgls：递归地显示指定 CGroup 的继承链
• systemd-cgtop：显示系统当前最耗资源的 CGroup 单元
• systemd-escape：辅助性工具，用于去除指定字符串中不能作为 Unit 文件名的字符
• systemd-hwdb：Systemd 的内部工具，用于更新硬件数据库
• systemd-delta：对比当前系统配置与默认系统配置的差异
• systemd-detect-virt：显示主机的虚拟化类型
• systemd-inhibit：用于强制延迟或禁止系统的关闭、睡眠和待机事件
• systemd-machine-id-setup：Systemd 的内部工具，用于给 Systemd 容器生成 ID
• systemd-notify：Systemd 的内部工具，用于通知服务的状态变化
• systemd-nspawn：用于创建 Systemd 容器
• systemd-path：Systemd 的内部工具，用于显示系统上下文中的各种路径配置
• systemd-run：用于将任意指定的命令包装成一个临时的后台服务运行
• systemd-stdio- bridge：Systemd 的内部 工具，用于将程序的标准输入输出重定向到系统总线
• systemd-tmpfiles：Systemd 的内部工具，用于创建和管理临时文件目录
• systemd-tty-ask-password-agent：用于响应后台服务进程发出的输入密码请求

查看原文：Linux Systemd 服务管理教程

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