1.Systemd簡介

Systemd是什么，以前linux系統啟動init機制，由于init一方面對于進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。Systemd就是為了解決這些問題而誕生的。它的設計目標是，為系統的啟動和管理提供一套完整的解決方案，根據Linux慣例，字母d是守護進程（daemon）的縮寫，Systemd這個名字的含義，就是它要守護整個系統。使用了Systemd，就不需要再用init了。Systemd取代了initd，成為系統的第一個進程（PID 等于 1），其他進程都是它的子進程。

Systemd是目前Linux系統上主要的系統守護進程管理工具，有如下特點：

1.支持并行化任務

2.同時采用socket式與D-Bus總線式激活服務；

3.按需啟動守護進程（daemon）；

4.利用Linux的cgroups監視進程；

5.支持快照和系統恢復；

6.維護掛載點和自動掛載點；

7.各服務間基于依賴關系進行精密控制。

Systemd可以管理所有系統資源，不同的資源統稱為 Unit（單元）,Unit一共分成以下12種。

1.Service：裝守護進程的啟動、停止、重啟和重載操作，是最常見的一種 Unit 文件

2.Target：多個Unit構成的一個邏輯組，用于對 Unit 文件進行邏輯分組，引導其它 Unit 的執行。它替代了 SysV-init 運行級別的作用，并提供更靈活的基于特定設備事件的啟動方式

3.Device：硬件設備，主要用于定義設備之間的依賴關系

4.Mount：文件系統的掛載點，可以替代過去的/etc/fstab 配置文件

5.Automount：自動掛載點，相當于 SysV-init 的 autofs 服務

6.Path：用于監控指定文件或路徑的變化，并觸發其它 Unit 運行

7.Scope：不是用戶創建的，而是 Systemd 運行時產生的，描述一些系統服務的分組信息

8.Slice：進程組，用于表示一個 CGroup 的樹，通常也不是用戶創建的

9.Snapshot：Systemd快照，可以切回某個快照

10.Socket：監控來自于系統或網絡的數據消息，用于實現基于數據自動觸發服務啟動

11.Swap：虛擬內存的交換分區

12.Timer Unit：定時器，用于配置在特定時間觸發的任務，替代了 Crontab 的功能

2.SystemdService配置文件

每一個被管理單元（Unit）都需要有一個配置文件用于告知systemd對于該單元（Unit）的管理方式。Systemd默認從目錄/etc/systemd/system/讀取配置文件，但是里面存放的大部分文件都是符號鏈接，指向目錄/lib/systemd/system，配置文件存放于/lib/systemd/system/，開機啟動后會在/etc/systemd/system目錄建立軟鏈接文件，systemctl enable命令用于在/etc/systemd/system/與/lib/systemd/system/兩個目錄之間建立符號鏈接關系。systemctl disable命令用于在兩個目錄之間撤銷符號鏈接關系，相當于撤銷開機啟動。配置文件的后綴名，就是該Unit的種類，比如sshd.socket；如果命令行中省略后綴名，Systemd默認后綴名為.service，所以當systemctl enable sshd會被理解成systemctl enable sshd.service。

以sshd.service的配置為例，可用”systemctl cat sshd.service”命令查看sshd服務的配置文件：

# /lib/systemd/system/ssh.service [Unit] Description=OpenBSD Secure Shell server Documentation=man:sshd(8) man:sshd_config(5) After=network.target auditd.service ConditionPathExists=!/etc/ssh/sshd_not_to_be_run [Service] EnvironmentFile=-/etc/default/ssh ExecStartPre=/usr/sbin/sshd -t ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS ExecReload=/usr/sbin/sshd -t ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID KillMode=process Restart=on-failure RestartPreventExitStatus=255 Type=notify RuntimeDirectory=sshd RuntimeDirectoryMode=0755 [Install] WantedBy=multi-user.target Alias=sshd.service

通常一個service服務單元的配置包含3個區塊：Unit，Service和Install。

2.1 Unit區塊

[Unit]區塊通常是配置文件的第一個區塊，用來定義 Unit 的元數據，以及配置與其他 Unit 的關系。它的主要字段如下：

Description：簡短描述

Documentation：文檔地址

Requires：當前Unit依賴的其他Unit，如果它們沒有運行，當前Unit會啟動失敗

Wants：與當前Unit配合的其他Unit，如果它們沒有運行，當前Unit不會啟動失敗

BindsTo：與Requires類似，它指定的 Unit 如果退出，會導致當前Unit停止運行

Before：如果該字段指定的Unit也要啟動，那么必須在當前Unit之后啟動

After：如果該字段指定的Unit也要啟動，那么必須在當前Unit之前啟動

Conflicts：這里指定的Unit 不能與當前Unit同時運行

Condition...：當前Unit運行必須滿足的條件，否則不會運行

Assert...：當前Unit運行必須滿足的條件，否則會報啟動失敗

2.2 Service區塊

[Service]區塊用來Service的配置，只有Service類型的Unit才有這個區塊。它的主要字段如下：

Type：定義啟動時的進程行為。它有以下幾種值。

Type=simple：默認值，執行ExecStart指定的命令，啟動主進程

Type=forking：以fork方式從父進程創建子進程，創建后父進程會立即退出

Type=oneshot：一次性進程，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

ExecStart：啟動當前服務的命令

ExecStartPre：啟動當前服務之前執行的命令

ExecStartPost：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

TimeoutSec：定義Systemd停止當前服務之前等待的秒數

Environment：指定環境變量

2.3 Install區塊

[Install]通常是配置文件的最后一個區塊，用來定義如何啟動，以及是否開機啟動。它的主要字段如下:

WantedBy：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

RequiredBy：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

Alias：當前Unit 可用于啟動的別名

Also：當前Unit激活（enable）時，會被同時激活的其他Unit

3.服務監控啟動

3.1 socket觸發的服務

涉及網絡的服務，可以通過 socket 來觸發啟動。也就是說服務本身在沒連接業務時不用一直空跑著，可以讓systemd 幫忙監聽一個 socket ，以減少資源消耗。當真正有業務連接進來時，才喚醒目標服務。要達成這樣的配置，目標服務程序在實現上也有一定要求。

開發一個常規的網絡服務，一般有以下幾個關鍵步驟：

1.創建一個socket

2.調用bind將該socket綁定一個端口

3.調用listen監聽端口，將該socket變成監聽文件描敘符fd

4.調用accept接收一個客戶端連接，得到一個新的連接文件描敘符fd

5.讀寫連接socket的fd，完成業務邏輯

借助 systemd 強大且通用的服務功能，它可以幫忙完成前兩步，并且將 socket 的 fd 傳給被激活的程序，后者就只要從第3步開始實現工作。

由socker觸發的服務對應于 systemd 的配置文件要有兩個，后綴分別是.socket與.service ，除后綴外的文件名要相同，這樣就能自動關聯，例如名為hello-world-socket的服務：

hello-world-socket.socket

[Unit] Description=Hello World Socket [Socket] ListenStream=0.0.0.0:1234

hello-world-socket.service

[Unit] Description=Hello World Socket Service [Service] ExecStart=/absolute/path/to/hello-world-socket.exe

如上，.socket的配置，需要有[Socket]段，ListenStream字段表示了要監聽的地址與端口。相應的 .service 配置，與之前例子一樣，描敘了如何啟動服務。因為這是想由 socket 激活的 service ，故沒有配置重啟字段。

在systemctl的大多數子命令中，如start，其參數默認是假定.service單元配置的。例如systemctl start hello-world-socket 等效于 systemctl start hello-world-socket.service 。但在這個例子中，有兩種同名單元配置，且按要求先只啟動 hello-world-socket.socket ，所以要寫完整的單元名：

systemctl start hello-world-socket.socket

3.2 定時器觸發的服務

對于定時器觸發的服務首先要配置一個 .timer 單元文件，例如：

hello-world.timer

[Unit] Description=The Hello-World Timer [Timer] OnCalendar=*-*-* *:*:00

其中，OnCalendar 的配置格式同 crontab ，上例表示每分鐘觸發。

然后需要一個同名的 .service 單元文件。本文開頭編譯的 hello-world.exe 正好可作為該定時器啟動的程序，例如：

hello-world.service

[Unit] Description=The Hello-World Timer [Service] Type=oneshot ExecStart=/absolute/path/to/hello-world.exe StandardOutput=file:/absolute/path/to/stdout-file

然后啟動定時器，并查看狀態：

systemctl start hello-world.timer systemctl status hello-world.timer

4.服務異常重運行

為了確保服務在遭遇故障時能夠自動重啟。在Systemd的服務單元文件中，Restart指令是控制服務重啟行為的核心設置。本文章將探討Restart=on-failure與Restart=always這兩個選項的區別，幫助開發人員對系統服務做出更適合的選擇。Restart指令定義了當服務停止時Systemd的行為。它可以精細控制服務在遇到不同退出情況時是否應該重啟。這是確保關鍵服務可靠性的重要機制，尤其是在生產環境中，服務的持續運行對業務至關重要

4.1 Restart=on-failure：智能重啟

當服務單元文件中設置了Restart=on-failure時，Systemd會在服務因錯誤退出時嘗試重啟服務。"錯誤退出"通常是指服務以非零狀態碼結束運行，這可能是由于程序崩潰、遇到未處理的異常或其他非正常情況導致的。例如，如果你的服務由于內存不足而崩潰，on-failure將確保服務嘗試重新啟動。但如果服務是由于正常的系統維護任務而被停止，或者開發人員故意停止服務進行調試，那么它將不會被重啟。

其應用場景如下：

生產環境：在不希望因為維護或更新操作而自動重啟服務的生產環境中使用。

故障排除：當服務可能需要在出現問題時停止，以便進行故障排除時。

有條件的重啟：當你只想在服務因特定問題而停止時重啟。

4.2 Restart=always：無條件重啟

與on-failure相對的是Restart=always選項。不管服務是如何終止的，系統都會嘗試將其重啟。這意味著即使服務被管理員有意關閉，或者服務正常結束，Systemd也會立即嘗試將其重啟。

這種策略適用于那些必須始終運行的服務，無論它們是因為何種原因停止的。這確保了即使在進行系統更新或維護時，服務也能盡可能快地恢復運行。

其應用場景如下：

關鍵服務：對于那些系統的核心功能，如數據庫服務或Web服務器，這些服務的任何停機時間都是不可接受的。

高可用性要求：在需要最大程度減少服務停機時間的環境中。

簡化管理：在希望無論服務如何停止都能立即重啟的情況下。