CentOS7-systemd

Yaoxuan Wei

2017-07-21 (Updated: 2020-11-29)

Linux, OS

systemd是CentOS7所使用的全新的init程序.

Systemd:

POST -> Boot Sequence -> Bootloader -> kernel + initramfs(initrd) -> rootfs -> /sbin/init

systemd的架构图:

systemd

Systemd

之前就已经说过, CnetOS5,6上的运行级别这个概念在systemd上已经失去了意义.但是systemd依然可以兼容之前的SysV init脚本, 但是即使不使用脚本, systemd仍然可以进行服务的启动.但是, 当然, 使用脚本的启动速度是很慢的.

接下来说一下Systemd的新特性有哪些:

实现系统引导的时候服务的并行启动
可以实现按需激活进程, 也就是说在需要这个进程的时候才去激活它, 这样就比较节省资源
支持系统状态快照 ( 蛤?这也可以?没用过呢…)
基于依赖关系来定义服务控制逻辑

因此到了CentOS7上, systemd已经完全取代了之前的init.

这么说来, CentOS6所使用的Startup init是十分短命的, 而当时Systemd的开发者就已经建议RH使用Systemd instead of StartUp了, 然而我们都知道RH以安全著称, 因此并没有使用. 当时的新版Fedora就使用了(小白鼠).

对于Systemd而言有一个核心概念 – unit 也就是单元

而这个unit的配置主要是依靠其配置文件进行标示和配置: 文件主要包括了系统服务,监听的套接字, 保存的系统快照以及其他和init相关的信息. 每一个unit都有一个配置文件. 这些配置文件都保存在这些位置:

/usr/lib/systemd/system && /run/systemd/system&&/etc/systemd/system

目前我们可以简单的把unit当做之前的一个一个服务脚本, 负责进行服务的启动, 重载, 终止, 重启等等… 但要明确的是, 决不能把unit和这些服务脚本画上等号. 这是因为, unit除了进行这些服务的管理之外还有别的功能.归根结底: unit是有类型的

Unit的类型

其中最多最重要的就是这个服务类型的unit,叫做Service Unit 这些文件的扩展名就是*.service 比如: httpd.service sshd.service crond.service 等等

在之前说init的时候, 我们可以在/etc/rc.d/init.d/里面看到许许多多的的服务脚本而在systemd来看这些类似的东西都放在/usr/lib/systemd/system 里面, 这个目录里还有很多其他扩展名的东西: path target wants …

而且如你所见, 这些文件不需要执行权限因为他们仅仅是systemd的配置文件.

除开service, 第二重要的配置文件就是target类型的, 叫做目标单元. 主要用于模拟实现”运行级别”

第三种叫做device unit, 文件扩展名就是device, 这个文件主要用来负责定义内核识别的设备.

接着还有进行文件系统挂载的mount unit, 也就是用来定义文件系统挂载点

还有socket unit, 后缀名.socket, 用来标识进程间进行通信的socket文件.

另外, 还有snapshot unit, 后缀名就叫做.snapshot, 用于管理系统快照.

下一个swap unit, 后缀.swap, 用来干什么也很容易就知道了: 表示和管理swap设备.

最后还有两项, 一个后缀是叫.automount, 用来定义文件系统的自动挂载点, 以及Path unit, 后缀名就是.path, 用来定义文件系统中与一个文件或者一个目录. 仅在某些特定的场景下才会使用.

以上这些就是unit的类型, 用一张图来说明就是:

Unit

systemd的关键特性

基于socket的激活机制

在系统引导的时候systemd对所有支持这种模式的服务, 分别创建需要监听的套接字, 并在服务启动之后, 立即将这个套接字传递给它.

这样做的好处是: 可以实现多个服务的并行启动, 而且如果用不到这个服务的时候我就不启动, 反正套接字创建好了(我不关心服务的启动与否),这样当有人访问套接字, systemd就会收到, 接着就可以去激活相应的进程服务, 也就是按需激活. 这就像CentOS5,6上的超级守护进程和瞬时启动进程.

其实也就是: 1. socket和服务程序分离, 由一个统一的systemd来进行启动. 2. 只要我套接字建立完毕,那么其他依赖服务都可以进行启动(因为认定已经启动), 从而实现并行启动.

基于bus的激活机制

D-bus是一个最早见于Linux的IPC实现, 用于桌面. 其实就是一个用于桌面应用的消息系统/通讯机制.

systemd可以使得所有使用D-Bus的服务在第一次访问的时候按需激活.

基于Device的激活机制

就像是在Windows上插入U盘之后就会有相应的进程被激活一样, 这一机制使得当我们有硬件上的更新(可用)的时候有systemd有能力激活相应服务.(就比如说automount)

基于Path的激活机制

也就是某个目录下文件发生变动的时候, 激活相应的程序.说白了就是特定文件路径的监控从而激活.

系统快照

就像我们所使用的vmware等虚拟化应用的暂停功能一样. systemd能够将当前系统的各个unit的临时数据(当前状态信息)进行持久化(写入磁盘..), 说白了就是保存状态. 然后再下次开机的时候载入这些文件从而使得系统恢复之前的状态.

向后兼容sysV init脚本

这个大家再熟悉不过了, 最起码systemd可以完美兼容start, stop, status, restart这样的操作脚本. 而CentOS7 也保留了这种风格.

以上就是systemd的关键特性, 现在我们说说他和sysV不兼容(不同)的地方以及一些point

systemd对之前sysV的系统运行级别的模拟和兼容是有限的, 0,6,3,5, 事实上systemd用不到这个东西, 他只是通过target unit来进行模拟.
target unit和之前的运行级别是不能做对等的, 因为target unit有十几个之多.
systemd使用systemctl来进行服务操作的命令, 其支持的子命令不仅仅是上述4个. 在sysV时代, 用户可以进行拓展和自定义脚本, 但在systemd中, 子命令是固定不变的.
systemd只能与systemd相通信的应用通信, 也就是说非systemd的应用他没法管.(比如service启动的)
我们知道在init的时候, 当我们进行运行级别的切换的时候, 会执行/etc/rcX.d/init.d/对应级别的脚本, 所有K开头的都会执行stop操作, 而S的进行start操作. 但是这样存在的问题就是, 如果我的服务没有启动,还是会执行一遍stop操作, 这就是多余操作. 因此systemd就不会这样了, systemd会动态进行关闭操作, 仅关闭需要关闭以及当前正在运行的服务和程序.同理,S开头的也是.
系统服务不会读取来自标准输入的数据,systemd启动时不会和标准输入进行交互,他自行控制着所以服务的管理.
我们的系统服务不会从用户那里继承任何信息, 包括PATH等环境变量等等. 因此建议在使用应用程序使用绝对路径这样每个服务都会在最纯净的运行环境中, 而和用户没有任何关系.
每个服务operation的timeout都设置成5min

管理系统服务

使用service unit, 也可以兼容早期的运行脚本. 运行的命令叫做: systemctl 完整的一个命令是: systemctl COMMAND name.service

比如我们现在以久负盛名,大名鼎鼎的httpd.service来做个实验:

[root@WWW ~]# rpm -q httpd
httpd-2.4.6-45.el7.centos.4.x86_64 # 系统已经安装此软件包
# 默认可以省略.service, 也就是说 你可以直接写应用的名字
[root@WWW ~]# systemctl status httpd
● httpd.service - The Apache HTTP Server
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/httpd.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: inactive (dead)
     Docs: man:httpd(8)
           man:apachectl(8)
# 显然此时服务是非激活的, 也就是未启动.
[root@WWW ~]# systemctl start httpd
# 启动服务了, 现在来看一下当前服务的状态
[root@WWW ~]# systemctl status httpd
● httpd.service - The Apache HTTP Server
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/httpd.service; disabled; vendor preset: disabled) # disabled 表示该服务不会随着开机启动
   Active: active (running) since Sun 2017-09-03 08:42:26 EDT; 2s ago
     Docs: man:httpd(8)
           man:apachectl(8)
 Main PID: 2553 (httpd)
   Status: "Processing requests..."
   # 刚启动的状态, 处理请求
   CGroup: /system.slice/httpd.service
           ├─2553 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2554 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2555 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2556 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2557 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           └─2558 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND

Sep 03 08:42:26 WWW systemd[1]: Starting The Apache HTTP Server...
Sep 03 08:42:26 WWW httpd[2553]: AH00558: httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 192.168.56.101. Set the 'ServerNa...his message
Sep 03 08:42:26 WWW systemd[1]: Started The Apache HTTP Server.
Hint: Some lines were ellipsized, use -l to show in full.
[root@WWW ~]# systemctl status httpd
● httpd.service - The Apache HTTP Server
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/httpd.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (running) since Sun 2017-09-03 08:42:26 EDT; 6min ago
     Docs: man:httpd(8)
           man:apachectl(8)
 Main PID: 2553 (httpd)
   Status: "Total requests: 0; Current requests/sec: 0; Current traffic:   0 B/sec"
   # 状态出现了更新, 没有请求, 流量为0
   CGroup: /system.slice/httpd.service
           ├─2553 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2554 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2555 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2556 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─2557 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           └─2558 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND

Sep 03 08:42:26 WWW systemd[1]: Starting The Apache HTTP Server...
Sep 03 08:42:26 WWW httpd[2553]: AH00558: httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 192.168.56.101. Set the 'ServerNa...his message
Sep 03 08:42:26 WWW systemd[1]: Started The Apache HTTP Server.
Hint: Some lines were ellipsized, use -l to show in full.
# 现在停止服务
[root@WWW ~]# systemctl stop httpd

在旧的sysV时代, 我们的status只有一句干巴巴的说明, 服务已经启动/服务没有启动.. 现在的systemd可以提供非常详细的信息来让我们进行debug或者查看相关信息.

现在我们来列举一下systemctl

启动: systemctl start name.service == service name start
停止: systemctl stop name.service == service name stop
重启: systemctl restart name.service == service name restart
状态: systemctl status name.service == service name status
条件式重启: systemctl try-restart name.service == service name condrestart # 条件式重启是指: 如果这个服务启动了, 那么就停掉他再进行启动操作, 如果没有启动就不作操作.
查看某服务当前是否激活: systemctl is-active name.service
查看所有已经激活的服务: systemctl list-units
- 查看所有的在后面加上 –all, 可以组合
- 查看特定的类型的在后面加上 –type={target,service…}, 可以组合.

与chkconfig的对应关系:

设定某服务开机自启/关闭: chkconfig name on/off ==> systemctl enable/disable name.service

比disable更强大的禁止自启是: systemctl mask name.service 这将会连接到/dev/null, 从而使启动这些变成不可能. 翻过来就是systemctl umask name.service 可以取消mask的效果.

为了查看服务是否开机自启, 上面也已经展示了, 使用systemctl status name.service就可以了.

如果要查看所有开机自启的服务, 在chkconfig时代, 还是使用: chkconfig –list

但是systemctl就提供了非常清晰的信息:

[root@WWW ~]# systemctl list-unit-files --type=service
# 这样展示的是所有的unit, 其中有disabled的, 有enabled的, 有static的
# 如果仅仅想要列出特定STATE的, 就在后面加上筛选条件就行了
UNIT FILE                                     STATE   
arp-ethers.service                            disabled
atd.service                                   enabled 
auditd.service                                enabled 
autovt@.service                               enabled 
blk-availability.service                      disabled
brandbot.service                              static  
chrony-dnssrv@.service                        static  
...(omitted)
[root@WWW ~]# systemctl list-unit-files --type=service --state=enabled
# 别忘了要加d
UNIT FILE                                   STATE  
atd.service                                 enabled
auditd.service                              enabled
autovt@.service                             enabled
chronyd.service                             enabled
crond.service                               enabled
dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service   enabled
dbus-org.freedesktop.NetworkManager.service enabled
dbus-org.freedesktop.nm-dispatcher.service  enabled
...(omitted)

现在我们就来谈谈这个target unit.

我们说过这个是用来实现运行级别的模拟的. 因此所有以target结尾的文件就是用来将需要启动的服务定义在一起, 使得他们能够一起启动.

在/usr/lib/systemd/system这个目录下, 我们可以看到:

lrwxrwxrwx. 1 root root  15 Jun 25 08:38 runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  13 Jun 25 08:38 runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Jun 25 08:38 runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Jun 25 08:38 runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Jun 25 08:38 runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  16 Jun 25 08:38 runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  13 Jun 25 08:38 runlevel6.target -> reboot.target

这些就是在模拟不同的运行级别, 可以很清晰的看到2,3,4都是一样的. 我们在使用init的时候, 切换运行等级的命令是init N. 而在systemd中使用的是以子命令的形式: systemctl isolate name.target 另外建议在使用systemd的机器上就不再要用runlevel来查看运行等级了, 因为意义不大.当然使用也是可以使用的. 那么应该使用什么命令来查看. 在上面已经说过了!其实就是systemctl list-units --type target 这会展示当前已经加载的unit. 如果是获取默认的运行级别, 在过去使用的/etc/inittab, 现在使用的命令是systemctl get-default 如果是修改默认的运行级别呢? 过去我们要修改iinittab这个文件, 但是现在封装的更友好, 我们直接使用systemctl set-default name.target就行了. 其实这一步骤做的操作就是:

[root@WWW system]# systemctl get-default
multi-user.target
[root@WWW system]# systemctl set-default multi-user.target
Removed symlink /etc/systemd/system/default.target. # 删除符号链接
Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/multi-user.target. # 创建一个新的符号链接

所以默认的target就取决于这个软链接的指向.

systemd可以非常快速的切换到救急模式和紧急模式, 命令如下:

[root@WWW ~]# systemctl emergency
PolicyKit daemon disconnected from the bus.
We are no longer a registered authentication agent.

Broadcast message from root@WWW on pts/0 (Mon 2017-09-04 07:51:33 EDT):

The system is going down to emergency mode NOW!
# 会有一个广播, 告知正在使用这台机器的用户.
# 来看一下现在机器的状态.
[root@WWW ~]# systemctl list-units --type target
UNIT             LOAD   ACTIVE SUB    DESCRIPTION
emergency.target loaded active active Emergency Mode

LOAD   = Reflects whether the unit definition was properly loaded.
ACTIVE = The high-level unit activation state, i.e. generalization of SUB.
SUB    = The low-level unit activation state, values depend on unit type.

1 loaded units listed. Pass --all to see loaded but inactive units, too.
To show all installed unit files use 'systemctl list-unit-files'.
# 仅仅只载入了一个target文件
[root@WWW ~]# systemctl rescue
Error getting authority: Error initializing authority: Could not connect: Connection refused (g-io-error-quark, 39)
[root@WWW ~]# systemctl list-units --type target
UNIT                LOAD   ACTIVE SUB    DESCRIPTION
cryptsetup.target   loaded active active Encrypted Volumes
local-fs-pre.target loaded active active Local File Systems (Pre)
local-fs.target     loaded active active Local File Systems
rescue.target       loaded active active Rescue Mode
swap.target         loaded active active Swap
sysinit.target      loaded active active System Initialization

LOAD   = Reflects whether the unit definition was properly loaded.
ACTIVE = The high-level unit activation state, i.e. generalization of SUB.
SUB    = The low-level unit activation state, values depend on unit type.

6 loaded units listed. Pass --all to see loaded but inactive units, too.
To show all installed unit files use 'systemctl list-unit-files'.
# 进入了rescue模式
[root@WWW ~]# systemctl isolate multi-user.target
Error getting authority: Error initializing authority: Could not connect: Connection refused (g-io-error-quark, 39)
# 现在就切换回来吧

那么emergency和rescue的区别是什么呢? 从加载的target模块就可以看出来了. emergency更加彻底.

在CentOS6上, 我们也可以使用emergency模式, 只需要在grub的e 编辑模式下, 传递emergency这个参数就可以了.

最后我们再来说一下其他的常用命令:

关机, hhh没有想到这个我也会说吧~ 熟知的shutdown当然也可以使用, 但是你也可以使用systemct halt. 同时也可以使用systemctl poweroff 重启就是systemctl restart 我们还可以挂起系统: 使用systemctl suspend 如果你是虚拟机在实验, 那么这个暂停我是不知道怎么恢复..如果你知道还请告知.使用systemctl hibernate 来使得机器休眠. 其实这个休眠就是systemd的快照功能, 他可以保持当前的工作状态, 当你回头重启的时候还可以继续下去. 当然, 如果不是仅仅做个快照, 还同时挂起, 就使用systemdctl hybrid-sleep 简单的说就是一个是重启, 一个是关闭啦需要注意的是, 你的登录状态会保留, 所以还是要小心使用.

如果你的服务不能正常启动是因为依赖的话, 那么你可以使用systemctl的子命令来查看:

1	[root@WWW ~]# systemctl list-dependencies httpd

dependencies

所依赖的会使用树形结构表示出来, 还会注明当前的激活情况.

systemd的子命令实在是太多了. 在启用之初曾被人说, 违背了UNIX的simple原则. 当然他确实强大方便.

Unit设定文件及自定义

关于此项, 暂时忽略. 后续补充.

其他

我们知道在Linux下找回密码只要能够进入并且挂载/, 再重新设定root的密码就可以了. 以前我们使用rescue模式/单用户来操作.但在systemd上这就没有用了.

在新版的systemd 的管理机制中，预设的rescue 模式是无法直接取得root 权限的！还是得要使用root 的密码才能够登入rescure 环境！所以我们透过一个名为rd.break的核心参数来处理！只是需要注意的是， rd.break 是在Ram Disk 里面的作业系统状态，因此你不能直接取得原本的linux 系统操作环境。所以，还需要chroot 的支援. 更由于SELinux 的问题，你可能还得要加上某些特殊的流程才能顺利的搞定root 密码的重新设置. 这样说有些不清楚. 我们来走一个流程.

首先在grub界面使用e进入编辑模式, 在标有linux16的那一行的最后加上rd.break这个核心参数.

之后就可以执行了,使用ctrl+x,这时开机你会看到这样的界面

这个时候我们不需要输入密码就可以进入系统! 但是注意这个时候我们进入的位置是/sysroot 并且使用mount查看当前挂载情况的时候, 你会发现当前的系统挂载了/sysroot这个目录,并且是仅仅可读不可写的.所以我们要先把他重新挂载成可读写.

1	switch_root:/# mount -o remount, rw /sysroot

接着我们进行根切换, 注意这是暂时切换.

1 2	switch_root:/# chroot /sysroot sh-4.2#

接着就可以进行密码更改了. 你会发现这时的/sys /proc都是空的.

更改完毕后, 别忘了要先退出这个根. 然后在重新启动就可以了.

关于这些的原理和其他的一些, 在后面的GRUB2中会说明. 后面的GRUB2中会说明.