Linux：使用systemd管理行程-有解無憂

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參考：Systemd服務管理教程 Systemd 入門教程：實戰篇 Systemd 入門教程：命令篇

概述

systemd是目前Linux系統上主要的系統守護行程管理工具，由于init一方面對于行程的管理是串行化的，容易出現阻塞情況，另一方面init也僅僅是執行啟動腳本，并不能對服務本身進行更多的管理，所以從CentOS 7 開始也由systemd取代了init作為默認的系統行程管理工具，

systemd所管理的所有系統資源都稱作Unit，通過systemd命令集可以方便的對這些Unit進行管理，比如systemctl、hostnamectl、timedatectl、localctl等命令，這些命令雖然改寫了init時代用戶的命令使用習慣（不再使用chkconfig、service等命令），但確實也提供了很大的便捷性，

特點

提供了服務按需啟動的能力，使得特定的服務只有在真定被請求時才啟動，顯著提高開機啟動效率
允許更多的行程并行啟動： Systemd 通過 Socket 快取、DBus 快取和建立臨時掛載點等方法進一步解決了啟動行程之間的依賴，做到了所有系統服務并發啟動，
使用 CGroup 跟蹤和管理行程的生命周期：通過 CGroup 不僅能夠實作服務之間訪問隔離，限制特定應用程式對系統資源的訪問配額，還能更精確地管理服務的生命周期，
專用的系統日志管理服務：Journald，這個服務的設計初衷是克服現有 Syslog 服務的日志內容易偽造和日志格式不統一等缺點，Journald 用二進制格式保存所有的日志資訊，因而日志內容很難被手工偽造，Journald 還提供了一個 journalctl 命令來查看日志資訊，這樣就使得不同服務輸出的日志具有相同的排版格式，便于資料的二次處理，

systemctl語法

systemctl [OPTIONS...] {COMMAND} ...

command：

start：啟動指定的unit，例如systemctl start nginx
stop：關閉指定的unit，例如systemctl stop nginx
restart：重啟指定unit，例如systemctl restart nginx
reload：多載指定unit，例如systemctl reload nginx
enable：系統開機時自動啟動指定unit，前提是組態檔中有相關配置，例如systemctl enable nginx
disable：開機時不自動運行指定unit，例如systemctl disable nginx
status：查看指定unit當前運行狀態，例如systemctl status nginx

查看當前系統Unit

# 列出正在運行的 Unit
$ systemctl list-units

# 列出所有Unit，包括沒有找到組態檔的或者啟動失敗的
$ systemctl list-units --all

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

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

# 列出所有正在運行的、型別為 service 的 Unit
$ systemctl list-units --type=service

# 查看 Unit 組態檔的內容
$ systemctl cat docker.service

查看Unit狀態

enabled：已建立啟動鏈接
disabled：沒建立啟動鏈接
static：該組態檔沒有 [Install] 部分（無法執行），只能作為其他組態檔的依賴
masked：該組態檔被禁止建立啟動鏈接

# 顯示系統狀態
$ systemctl status

# 顯示單個 Unit 的狀態
$ ystemctl status bluetooth.service

# 顯示遠程主機的某個 Unit 的狀態
$ systemctl -H [email protected] status httpd.service

Unit管理

# 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

# 重啟一個服務
$ sudo systemctl restart apache.service

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

# 重新加載一個服務的組態檔
$ sudo systemctl reload apache.service

# 多載所有修改過的組態檔
$ sudo systemctl daemon-reload

# 顯示某個 Unit 的所有底層引數
$ 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

查看 Unit 的依賴關系

# 列出一個 Unit 的所有依賴，默認不會列出 target 型別
$ systemctl list-dependencies nginx.service

# 列出一個 Unit 的所有依賴，包括 target 型別
$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

Target 管理

Target 就是一個 Unit 組，包含許多相關的 Unit ，啟動某個 Target 的時候，Systemd 就會啟動里面所有的 Unit，

在傳統的 SysV-init 啟動模式里面，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，

# 查看當前系統的所有 Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

# 查看一個 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 查看啟動時的默認 Target
$ systemctl get-default

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

# 切換 Target 時，默認不關閉前一個 Target 啟動的行程，systemctl isolate 命令改變這種行為，關閉前一個 Target 里面所有不屬于后一個 Target 的行程
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

journalctl語法

Systemd 通過其標準日志服務 Journald 提供的配套程式 journalctl 將其管理的所有后臺行程列印到 std:out（即控制臺）的輸出重定向到了日志檔案，

Systemd 的日志檔案是二進制格式的，必須使用 Journald 提供的 journalctl 來查看，默認不帶任何引數時會輸出系統和所有后臺行程的混合日志，

默認日志最大限制為所在檔案系統容量的 10%，可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 來指定該最大限制，

語法：

journalctl [OPTIONS...] [MATCHES...]

示例

# 查看所有日志（默認情況下 ，只保存本次啟動的日志）
$ sudo journalctl

# 查看內核日志（不顯示應用日志）：--dmesg 或 -k
$ sudo journalctl -k

# 查看系統本次啟動的日志（其中包括了內核日志和各類系統服務的控制臺輸出）：--system 或 -b
$ sudo journalctl -b
$ sudo journalctl -b -0

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

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

# 查看指定服務的日志
$ sudo journalctl /usr/lib/systemd/systemd

# 實時滾動顯示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 查看指定時間的日志
$ 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：--lines 或 -n
$ sudo journalctl -n

# 顯示尾部指定行數的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 將最新的日志顯示在前面
$ sudo journalctl -r -u docker.service

# 改變輸出的格式：--output 或 -o
$ sudo journalctl -r -u docker.service -o json-pretty

# 查看指定行程的日志
$ sudo journalctl _PID=1

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

# 查看指定用戶的日志
$ sudo journalctl _UID=33 --since today

# 查看某個 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

# 查看指定優先級（及其以上級別）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

# 日志默認分頁輸出，--no-pager 改為正常的標準輸出
$ 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

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

systemd工具集

systemctl：用于檢查和控制各種系統服務和資源的狀態
bootctl：用于查看和管理系統啟動磁區
hostnamectl：用于查看和修改系統的主機名和主機資訊
journalctl：用于查看系統日志和各類應用服務日志
localectl：用于查看和管理系統的地區資訊
loginctl：用于管理系統已登錄用戶和 Session 的資訊
machinectl：用于操作 Systemd 容器
timedatectl：用于查看和管理系統的時間和時區資訊
systemd-analyze 顯示此次系統啟動時運行每個服務所消耗的時間，可以用于分析系統啟動程序中的性能瓶頸
systemd-ask-password：輔助性工具，用星號屏蔽用戶的任意輸入，然后回傳實際輸入的內容
systemd-cat：用于將其他命令的輸出重定向到系統日志
systemd-cgls：遞回地顯示指定 CGroup 的繼承鏈
systemd-cgtop：顯示系統當前最耗資源的 CGroup 單元
systemd-escape：輔助性工具，用于去除指定字串中不能作為 Unit 檔案名的字符
systemd-hwdb：Systemd 的內部工具，用于更新硬體資料庫
systemd-delta：對比當前系統配置與默認系統配置的差異
systemd-detect-virt：顯示主機的虛擬化型別
systemd-inhibit：用于強制延遲或禁止系統的關閉、睡眠和待機事件
systemd-machine-id-setup：Systemd 的內部工具，用于給 Systemd 容器生成 ID
systemd-notify：Systemd 的內部工具，用于通知服務的狀態變化
systemd-nspawn：用于創建 Systemd 容器
systemd-path：Systemd 的內部工具，用于顯示系統背景關系中的各種路徑配置
systemd-run：用于將任意指定的命令包裝成一個臨時的后臺服務運行
systemd-stdio- bridge：Systemd 的內部工具，用于將程式的標準輸入輸出重定向到系統總線
systemd-tmpfiles：Systemd 的內部工具，用于創建和管理臨時檔案目錄
systemd-tty-ask-password-agent：用于回應后臺服務行程發出的輸入密碼請求

systemd配置

組態檔說明

每一個Unit都需要有一個組態檔用于告知systemd對于服務的管理方式
組態檔存放于/usr/lib/systemd/system/，設定開機啟動后會在/etc/systemd/system目錄建立軟鏈接檔案
每個Unit的組態檔配置默認后綴名為.service
在/usr/lib/systemd/system/目錄中分為system和user兩個目錄，一般將開機不登陸就能運行的程式存在系統服務里，也就是/usr/lib/systemd/system
組態檔使用方括號分成了多個部分，并且區分大小寫

相關檔案說明：

相關檔案	CentOS6	CentOS7
服務啟動的腳本啟動路徑	/etc/init.d	/usr/lib/systemd/system
開機自啟服務存放路徑	/etc/rcN.d	/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/
默認運行級別組態檔	/etc/inittab	/etc/systemd/system/default.target

配置說明

Unit 段

Description：描述這個 Unit 檔案的資訊
Documentation：指定服務的檔案，可以是一個或多個檔案的 URL 路徑
Requires：依賴的其它 Unit 串列，列在其中的 Unit 模板會在這個服務啟動時的同時被啟動，并且，如果其中任意一個服務啟動失敗，這個服務也會被終止
Wants：與 Requires 相似，但只是在被配置的這個 Unit 啟動時，觸發啟動列出的每個 Unit 模塊，而不去考慮這些模板啟動是否成功
After：與 Requires 相似，但是在后面列出的所有模塊全部啟動完成以后，才會啟動當前的服務
Before：與 After 相反，在啟動指定的任務一個模塊之間，都會首先確證當前服務已經運行
Binds To：與 Requires 相似，失敗時失敗，成功時成功，但是在這些模板中有任意一個出現意外結束或重啟時，這個服務也會跟著終止或重啟
Part Of：一個 Bind To 作用的子集，僅在列出的任務模塊失敗或重啟時，終止或重啟當前服務，而不會隨列出模板的啟動而啟動
OnFailure：當這個模板啟動失敗時，就會自動啟動列出的每個模塊
Conflicts：與這個模塊有沖突的模塊，如果列出的模塊中有已經在運行的，這個服務就不能啟動，反之亦然

Install 段

這部分配置的目標模塊通常是特定運行目標的 .target 檔案，用來使得服務在系統啟動時自動運行，這個區段可以包含三種啟動約束：

WantedBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服務所依賴的模塊，而是依賴當前服務的模塊，它的值是一個或多個 Target，當前 Unit 激活時（enable）符號鏈接會放入 /etc/systemd/system 目錄下面以 <Target 名> + .wants 后綴構成的子目錄中，如 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/
RequiredBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服務所依賴的模塊，而是依賴當前服務的模塊，它的值是一個或多個 Target，當前 Unit 激活時，符號鏈接會放入 /etc/systemd/system 目錄下面以 <Target 名> + .required 后綴構成的子目錄中
Also：當前 Unit enable/disable 時，同時 enable/disable 的其他 Unit
Alias：當前 Unit 可用于啟動的別名

Service 段

用來 Service 的配置，只有 Service 型別的 Unit 才有這個區塊，它的主要欄位分為服務生命周期和服務背景關系配置兩個方面，

服務生命周期控制相關

Type：定義啟動時的行程行為，它有以下幾種值：
- Type=simple：默認值，執行ExecStart指定的命令，啟動主行程
- Type=forking：以 fork 方式從父行程創建子行程，創建后父行程會立即退出
- Type=oneshot：一次性行程，Systemd 會等當前服務退出，再繼續往下執行
- Type=dbus：當前服務通過D-Bus啟動
- Type=notify：當前服務啟動完畢，會通知Systemd，再繼續往下執行
- Type=idle：若有其他任務執行完畢，當前服務才會運行
RemainAfterExit：值為 true 或 false（默認），當配置為 true 時，Systemd 只會負責啟動服務行程，之后即便服務行程退出了，Systemd 也仍然會認為這個服務還在運行中，這個配置主要是提供給一些并非常駐記憶體，而是啟動注冊后立即退出，然后等待訊息按需啟動的特殊型別服務使用的，
ExecStart：啟動當前服務的命令
ExecStartPre：啟動當前服務之前執行的命令
ExecStartPos：啟動當前服務之后執行的命令
ExecReload：重啟當前服務時執行的命令
ExecStop：停止當前服務時執行的命令
ExecStopPost：停止當其服務之后執行的命令
RestartSec：自動重啟當前服務間隔的秒數
Restart：定義何種情況 Systemd 會自動重啟當前服務，可能的值包括 always（總是重啟）、on-success、on-failure、on-abnormal、on-abort、on-watchdog
TimeoutStartSec：啟動服務時等待的秒數，這一配置對于使用 Docker 容器而言顯得尤為重要，因其第一次運行時可能需要下載鏡像，嚴重延時會容易被 Systemd 誤判為啟動失敗殺死，通常，對于這種服務，將此值指定為 0，從而關閉超時檢測
TimeoutStopSec：停止服務時的等待秒數，如果超過這個時間仍然沒有停止，Systemd 會使用 SIGKILL 信號強行殺死服務的行程

服務背景關系配置相關

Environment：為服務指定環境變數
EnvironmentFile：指定加載一個包含服務所需的環境變數的串列的檔案，檔案中的每一行都是一個環境變數的定義
Nice：服務的行程優先級，值越小優先級越高，默認為 0，其中 -20 為最高優先級，19 為最低優先級
WorkingDirectory：指定服務的作業目錄
RootDirectory：指定服務行程的根目錄（/ 目錄），如果配置了這個引數，服務將無法訪問指定目錄以外的任何檔案
User：指定運行服務的用戶
Group：指定運行服務的用戶組
MountFlags：服務的 Mount Namespace 配置，會影響行程背景關系中掛載點的資訊，即服務是否會繼承主機上已有掛載點，以及如果服務運行執行了掛載或卸載設備的操作，是否會真實地在主機上產生效果，可選值為 shared、slaved 或 private
- shared：服務與主機共用一個 Mount Namespace，繼承主機掛載點，且服務掛載或卸載設備會真實地反映到主機上
- slave：服務使用獨立的 Mount Namespace，它會繼承主機掛載點，但服務對掛載點的操作只有在自己的 Namespace 內生效，不會反映到主機上
- private：服務使用獨立的 Mount Namespace，它在啟動時沒有任何任何掛載點，服務對掛載點的操作也不會反映到主機上
LimitCPU / LimitSTACK / LimitNOFILE / LimitNPROC 等：限制特定服務的系統資源量，例如 CPU、程式堆疊、檔案句柄數量、子行程數量等

注意：如果在 ExecStart、ExecStop 等屬性中使用了 Linux 命令，則必須要寫出完整的絕對路徑，對于 ExecStartPre 和 ExecStartPost 輔助命令，若前面有個 “-” 符號，表示忽略這些命令的出錯，因為有些 “輔助” 命令本來就不一定成功，比如嘗試清空一個檔案，但檔案可能不存在，

Unit 檔案占位符

在 Unit 檔案中，有時會需要使用到一些與運行環境有關的資訊，例如節點 ID、運行服務的用戶等，這些資訊可以使用占位符來表示，然后在實際運行被動態地替換實際的值，

%n：完整的 Unit 檔案名字，包括 .service 后綴名
%p：Unit 模板檔案名中 @ 符號之前的部分，不包括 @ 符號
%i：Unit 模板檔案名中 @ 符號之后的部分，不包括 @ 符號和 .service 后綴名
%t：存放系統運行檔案的目錄，通常是 “run”
%u：運行服務的用戶，如果 Unit 檔案中沒有指定，則默認為 root
%U：運行服務的用戶 ID
%h：運行服務的用戶 Home 目錄，即 %{HOME} 環境變數的值
%s：運行服務的用戶默認 Shell 型別，即 %{SHELL} 環境變數的值
%m：實際運行節點的 Machine ID，對于運行位置每個的服務比較有用
%b：Boot ID，這是一個亂數，每個節點各不相同，并且每次節點重啟時都會改變
%H：實際運行節點的主機名
%v：內核版本，即 “uname -r” 命令輸出的內容
%%：在 Unit 模板檔案中表示一個普通的百分號

修改組態檔后重啟

修改組態檔以后，需要重新加載組態檔，然后重新啟動相關服務，

# 重新加載組態檔
$ sudo systemctl daemon-reload

# 重啟相關服務
$ sudo systemctl restart foobar

常見中間件配置

Nginx

[Unit]
Description=nginx
After=network.target
  
[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecReload=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s quit
PrivateTmp=true
  
[Install]
WantedBy=multi-user.target

MySQL

[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql

Type=forking

PIDFile=/var/run/mysqld/mysqld.pid

# Disable service start and stop timeout logic of systemd for mysqld service.
TimeoutSec=0

# Execute pre and post scripts as root
PermissionsStartOnly=true

# Needed to create system tables
ExecStartPre=/usr/bin/mysqld_pre_systemd

# Start main service
ExecStart=/usr/sbin/mysqld --daemonize --pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid $MYSQLD_OPTS

# Use this to switch malloc implementation
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/mysql

# Sets open_files_limit
LimitNOFILE = 5000

Restart=on-failure

RestartPreventExitStatus=1

PrivateTmp=false

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