datetime:2025/03/26 14:41:00

author:nzb

systemd详解

一、简介

systemd 是一种用于 Linux 操作系统的系统和服务管理器，被设计为 init 系统的替代品。它负责在系统启动时启动系统组件，以及在系统运行期间管理系统进程。自从 Linux 内核 2.6.32 版本后，许多主流的 Linux 发行版，如 Fedora、Ubuntu、Debian 和 CentOS ，都采用了 systemd 作为默认的初始化系统。

二、主要特点

• 并行启动服务：
  • systemd 能够并行地启动系统服务，缩短系统启动时间。
  • 通过服务的依赖关系，确保必要的服务按正确的顺序启动。
• 按需启动（ Socket 激活）：
  • 仅在需要时启动服务，减少资源消耗。
  • 使用套接字激活机制，systemd 可以在有请求时自动启动相关服务。
• 统一的进程管理：
  • 提供 systemctl 命令，统一管理系统服务的启动、停止、重启和状态查询。
  • 支持服务的自动重启、监控和日志记录。
• cgroups 资源控制：
  • 利用 Linux 内核的 cgroups（控制组）功能，systemd 可以限制和监控服务的资源使用，如 CPU、内存和 I/O。
• 日志系统（journald）：
  • 内置日志系统 systemd-journald，收集和管理系统日志。
  • 支持集中化的二进制日志存储，提供灵活的日志查询功能。
• 目标单元（Targets）：
  • 替代传统的运行级别（runlevels），提供更灵活的系统状态管理。
  • 通过目标单元，可以定义系统在不同状态下应该运行的服务集合。
• 定时器单元（Timers）：
  • 替代 cron 等传统定时任务调度器。
  • 可以为服务配置定时启动和周期性执行。

三、核心概念

• 单元（Units）：

  • systemd 以单元为基本管理对象，每个单元代表系统中的一个资源或服务。
  • 常见的单元类型：
    • 服务单元（.service）：管理系统服务。
    • 目标单元（.target）：表示系统的状态或运行级别。
    • 挂载单元（.mount）：管理文件系统挂载点。
    • 套接字单元（.socket）：用于套接字激活机制。
    • 定时器单元（.timer）：管理定时任务。
    • 设备单元（.device）：表示内核识别的设备。
    • 路径单元（.path）：监控文件系统中的路径变化。

• 单元文件：

  • 定义单元的行为和配置，通常位于 /lib/systemd/system/ 或 /etc/systemd/system/ 目录下。
  • 单元文件的基本结构包括 [Unit]、[Service]、[Install] 等节。
• 依赖关系：
  • 单元之间可以通过依赖关系（如 Requires、Wants、Before、After）来定义启动顺序和条件。

四、常用命令

• 管理服务：

# 启动服务
 sudo systemctl start 服务名.service
 ​
 # 停止服务
 sudo systemctl stop 服务名.service
 ​
 # 重启服务
 sudo systemctl restart 服务名.service
 ​
 # 重新加载服务配置（不重启服务）
 sudo systemctl reload 服务名.service
 ​
 # 查看服务状态
 systemctl status 服务名.service

• 启用/禁用服务自启动：

 # 设置服务开机自启动
 sudo systemctl enable 服务名.service
 ​
 # 取消服务开机自启动
 sudo systemctl disable 服务名.service
 ​
 # 查看服务是否设置为开机自启动
 systemctl is-enabled 服务名.service

• 查看系统状态：

 # 查看系统所有已启动的服务和单元
 systemctl list-units
 ​
 # 查看所有可用的单元
 systemctl list-unit-files
​

• 日志查看：

 # 查看所有日志
 journalctl
 ​
 # 查看特定服务的日志
 journalctl -u 服务名.service
 ​
 # 实时查看日志（类似于 tail -f）
 journalctl -f
 ​
 # 查看系统最近一次启动的日志
 journalctl -b

五、自定义systemd服务

以下是创建自定义 systemd 服务的步骤：

编写服务文件：

在 /etc/systemd/system/ 目录下创建一个新的服务文件，例如 myservice.service。

 [Unit]
 Description=My Custom Service
 After=network.target
 ​
 [Service]
 Type=simple
 ExecStart=/usr/bin/mycommand --option
 Restart=on-failure
 RestartSec=5
 ​
 [Install]
 WantedBy=multi-user.target

• [Unit] 部分：
  • Description：对服务的简要描述。
  • After：指定服务的启动顺序。
• [Service] 部分：
  • Type：服务类型，常用的有 simple、forking、oneshot、notify 等。
  • ExecStart：指定服务启动时执行的命令或脚本。
  • Restart：定义服务在退出时的重启策略，如 no、on-success、on-failure、always 等。
  • RestartSec：在服务重启前的等待时间。
• [Install] 部分：
  • WantedBy：定义服务的目标单元，通常设置为 multi-user.target，表示在多用户模式下启动。

重新加载 systemd 配置：

sudo systemctl daemon-reload

启动并启用服务：

 # 启动服务
 sudo systemctl start myservice.service
 ​
 # 设置服务开机自启动
 sudo systemctl enable myservice.service

查看服务状态和日志：

 # 查看服务状态
 systemctl status myservice.service
 ​
 # 查看服务日志
 journalctl -u myservice.service

六、示例

使用 systemd 管理 kubectl port-forward

可以将 kubectl port-forward 命令配置为 systemd 服务，以提高稳定性和可靠性。

创建服务文件：

创建文件 /etc/systemd/system/thanos-port-forward.service，内容如下：

 [Unit]
 Description=Thanos Port Forward Service
 After=network.target
 ​
 [Service]
 Type=simple
 ExecStart=/usr/bin/kubectl port-forward --address 0.0.0.0 -n default svc/thanos-query-headless 8081:9090
 Restart=on-failure
 RestartSec=5
 StandardOutput=append:/data/forward/query.log
 StandardError=append:/data/forward/query.log
 ​
 [Install]
 WantedBy=multi-user.target

注意：

• ExecStart 中的命令需要使用命令的完整路径，可以通过 which kubectl 获取，例如 /usr/bin/kubectl。
• StandardOutput 和 StandardError 用于指定日志文件的位置，将服务的输出和错误追加到指定的日志文件中。

重新加载 systemd 配置：

sudo systemctl daemon-reload

启动并启用服务：

 # 启动服务
 sudo systemctl start thanos-port-forward.service
 ​
 # 设置服务开机自启动
 sudo systemctl enable thanos-port-forward.service

查看服务状态和日志：

 # 查看服务状态
 systemctl status thanos-port-forward.service
 ​
 # 查看服务日志
 journalctl -u thanos-port-forward.service

服务管理：

 # 停止服务
 sudo systemctl stop thanos-port-forward.service
 ​
 # 重启服务
 sudo systemctl restart thanos-port-forward.service

七、服务文件

在创建 systemd 服务文件时，需要了解各个配置项的含义。

• [Unit]

  • Description：对服务的描述。
  • Documentation：提供服务的文档链接。
  • After：定义服务的启动顺序，表示本服务在指定的服务或目标之后启动。
  • Requires：指定本服务依赖的其他服务，如果被依赖的服务无法启动，则本服务也无法启动。
  • Wants：类似于 Requires，但依赖关系较弱，如果被依赖的服务无法启动，systemd 仍会启动本服务。

• [Service]

  • Type：指定服务的启动类型，常见的有：
    • simple：默认类型，ExecStart 指定的命令为主进程。
    • forking：ExecStart 指定的命令会派生出一个子进程，父进程会退出，服务的主进程为子进程。
    • oneshot：适用于一次性运行的任务，systemd 会等待命令执行完成。
    • notify：服务启动后，会发送通知信号告知 systemd，适用于支持 sd_notify 的程序。
    • idle：服务会在其他任务执行完毕后再启动。
  • ExecStart：指定启动服务时执行的命令或脚本。
  • ExecReload：指定重新加载服务时执行的命令。
  • ExecStop：指定停止服务时执行的命令。
  • Restart：定义服务的重启策略：
    • no：不重启（默认）。
    • on-success：服务正常退出时重启。
    • on-failure：服务异常退出时重启。
    • always：无论退出状态如何，始终重启。
  • RestartSec：服务重启前的等待时间。
  • User：指定运行服务的用户。
  • Group：指定运行服务的用户组。
  • Environment：设置环境变量。
  • WorkingDirectory：指定工作目录。

• [Install]

  • WantedBy：指定服务所属的目标单元，当执行 enable 操作时，systemd 会在对应的目标单元目录下创建符号链接。
  • RequiredBy：类似于 WantedBy ，但依赖关系更强。

八、日志管理

使用 journalctl 查看日志：

 # 查看所有日志
 journalctl
 ​
 # 查看特定时间段的日志
 journalctl --since "2023-10-01" --until "2023-10-02"
 ​
 # 查看内核日志
 journalctl -k
 ​
 # 查看引导日志
 journalctl -b
 ​
 # 查看服务日志
 journalctl -u 服务名.service
 ​
 # 按照优先级过滤日志
 journalctl -p err

日志持久化配置：

默认情况下，journald 的日志存储在内存中，系统重启后日志会丢失。为了持久化日志，需要进行以下配置：

• 创建日志存储目录：

 sudo mkdir -p /var/log/journal
 sudo systemd-tmpfiles --create --prefix /var/log/journal

• 修改配置文件/etc/systemd/journald.conf，设置：

 [Journal]
 Storage=persistent

• 重启systemd-journald服务：

sudo systemctl restart systemd-journald

九、定时器

systemd 提供了定时器单元，替代传统的 cron ，用于调度定时任务。

• 创建定时器服务单元：

创建服务文件 /etc/systemd/system/mytask.service：

 [Unit]
 Description=My Scheduled Task
 ​
 [Service]
 Type=oneshot
 ExecStart=/usr/bin/mycommand --option

• 创建定时器单元：
  • OnCalendar：定义任务的调度时间。
  • Persistent：如果错过了预定时间，系统启动后立即执行。

创建定时器文件 /etc/systemd/system/mytask.timer：

 [Unit]
 Description=Run MyTask every day at 2 AM
 ​
 [Timer]
 OnCalendar=*-*-* 02:00:00
 Persistent=true
 ​
 [Install]
 WantedBy=timers.target

• 启用并启动定时器：

 sudo systemctl daemon-reload
 sudo systemctl enable mytask.timer
 sudo systemctl start mytask.timer

• 查看定时器状态：

 systemctl list-timers

十、总结

systemd 是现代 Linux 系统中强大的系统和服务管理器，提供了统一的进程管理、日志记录和系统初始化功能。 通过 systemd ，可以更稳定和可靠地管理系统服务，如 kubectl port-forward 进程，避免因进程意外终止导致的服务不可用问题。 学习并掌握 systemd 的使用，对于系统运维和服务管理具有重要意义。