Systemd入门教程：命令篇

导读	传统的Linux系统启动过程主要由著名的init进程（也被称为SysV init启动系统）来处理，而基于init的启动系统被认为有效率不足的问题，systemd是Linux系统机器的另一种启动方式，宣称弥补了以传统Linux SysV init为基础的系统的缺点；Systemd是用来启动守护进程，已成为大多数发行版的标准配置,学完systemd命令后，你会发现systemd很强大。

systemd的特性有：

• 支持并行化任务
• 同时采用socket式与D-Bus总线式激活服务；
• 按需启动守护进程（daemon）；
• 利用Linux的cgroups监视进程；
• 支持快照和系统恢复；
• 维护挂载点和自动挂载点；
• 各服务间基于依赖关系进行精密控制。

一、由来

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:

一是启动时间长。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。
二是启动脚本复杂。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。

二、Systemd概述

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。

（上图为Systemd作者Lennart Poettering）

使用了Systemd，就不需要再用init了。Systemd取代了initd，成为系统的第一个进程（PID 等于 1），其他进程都是它的子进程。

$ systemctl --version  #命令查看Systemd的版本。

Systemd的优点是功能强大，使用方便，缺点是体系庞大，非常复杂。事实上，现在还有很多人反对使用Systemd，理由就是它过于复杂，与操作系统的其他部分强耦合，违反”keep simple, keep stupid”的Unix哲学。

（上图为Systemd架构图）

三、系统管理

Systemd并不是一个命令，而是一组命令，涉及到系统管理的方方面面。

3.1 systemctl 是Systemd的主命令，用于管理系统

#重启系统
$ sudo systemctl reboot

#关闭系统，切断电源
$ sudo systemctl poweroff

#CPU停止工作
$ sudo systemctl halt

#暂停系统
$ sudo systemctl suspend

#让系统进入冬眠状态
$ sudo systemctl hibernate

#让系统进入交互式休眠状态
$ sudo systemctl hybrid-sleep

#启动进入救援状态（单用户状态）
$ sudo systemctl rescue

3.2 systemd-analyze 命令用于查看启动耗时

#查看启动耗时
$ systemd-analyze                                                                                       

#查看每个服务的启动耗时
$ systemd-analyze blame

#显示瀑布状的启动过程流
$ systemd-analyze critical-chain

#显示指定服务的启动流
$ systemd-analyze critical-chain atd.service

3.3 hostnamectl 命令用于查看当前主机的信息

#显示当前主机的信息
$ hostnamectl

#设置主机名。
$ sudo hostnamectl set-hostname rhel7

3.4 localectl 命令用于查看本地化设置

#查看本地化设置
$ localectl

#设置本地化参数。
$ sudo localectl set-locale LANG=en_GB.utf8
$ sudo localectl set-keymap en_GB

3.5 timedatectl 命令用于查看当前时区设置

#查看当前时区设置
$ timedatectl

#显示所有可用的时区
$ timedatectl list-timezones                                                                                   

#设置当前时区
$ sudo timedatectl set-timezone America/New_York
$ sudo timedatectl set-time YYYY-MM-DD
$ sudo timedatectl set-time HH:MM:SS

3.6 loginctl 命令用于查看当前登录的用户

#列出当前session
$ loginctl list-sessions

#列出当前登录用户
$ loginctl list-users

#列出显示指定用户的信息
$ loginctl show-user ruanyf

四、Unit

4.1 含义

Systemd可以管理所有系统资源，不同的资源统称为 Unit（单位）,Unit一共分成以下12种。

Service unit：系统服务
Target unit：多个Unit构成的一个组
Device Unit：硬件设备
Mount Unit：文件系统的挂载点
Automount Unit：自动挂载点
Path Unit：文件或路径
Scope Unit：不是由Systemd启动的外部进程
Slice Unit：进程组
Snapshot Unit：Systemd快照，可以切回某个快照
Socket Unit：进程间通信的socket
Swap Unit：swap文件
Timer Unit：定时器

systemctl list-units命令可以查看当前系统的所有Unit。

#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

4.2 Unit的状态

systemctl status命令用于查看系统状态和单个Unit的状态。

#显示系统状态
$ systemctl status

#显示单个Unit的状态
$ sysystemctl status bluetooth.service

#显示远程主机的某个Unit的状态
$ systemctl -H root@rhel7.example.com status httpd.service

除了status命令，systemctl还提供了三个查询状态的简单方法，主要供脚本内部的判断语句使用。

#显示某个Unit是否正在运行
$ systemctl is-active application.service

#显示某个Unit是否处于启动失败状态
$ systemctl is-failed application.service

#显示某个Unit服务是否建立了启动链接
$ systemctl is-enabled application.service

4.3 Unit管理

对于用户来说，最常用的是下面这些命令，用于启动和停止Unit（主要是service）。

#立即启动一个服务
$ sudo systemctl start apache.service

#立即停止一个服务
$ sudo systemctl stop apache.service

#重启一个服务
$ sudo systemctl restart apache.service

#杀死一个服务的所有子进程
$ sudo systemctl kill apache.service

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

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

#显示某个 Unit 的所有底层参数
$ systemctl show httpd.service

#显示某个 Unit 的指定属性的值
$ systemctl show -p CPUShares httpd.service

#设置某个 Unit 的指定属性
$ sudo systemctl set-property httpd.service CPUShares=500

4.4 依赖关系

Unit之间存在依赖关系：A依赖于B，就意味着Systemd在启动A的时候，同时会去启动B。
systemctl list-dependencies命令列出一个Unit的所有依赖。

$ systemctl list-dependencies nginx.service

上面命令的输出结果之中，有些依赖是Target类型（详见下文），默认不会展开显示。如果要展开Target，就需要使用--all参数。

$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

五、Unit的配置文件

5.1 概述

每一个Unit都有一个配置文件，告诉Systemd怎么启动这个Unit。
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。

systemctl enable命令用于在上面两个目录之间，建立符号链接关系。

$ sudo systemctl enable clamd@scan.service
#等同于
$ sudo ln -s '/usr/lib/systemd/system/clamd@scan.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/clamd@scan.service'

如果配置文件里面设置了开机启动，systemctl enable命令相当于激活开机启动，与之对应的，systemctl disable命令用于在两个目录之间，撤销符号链接关系，相当于撤销开机启动。

$ sudo systemctl disable clamd@scan.service

配置文件的后缀名，就是该Unit的种类，比如sshd.socket；如果省略，Systemd默认后缀名为.service，所以sshd会被理解成sshd.service。

5.2 配置文件的状态

systemctl list-unit-files命令用于列出所有配置文件。

#列出所有配置文件
$ systemctl list-unit-files

#列出指定类型的配置文件
$ systemctl list-unit-files --type=service

这个命令会输出一个列表。

$ systemctl list-unit-files

UNIT FILE              STATE
chronyd.service        enabled
clamd@.service         static
clamd@scan.service     disabled

这个列表显示每个配置文件的状态，一共有四种。

enabled：已建立启动链接
disabled：没建立启动链接
static：该配置文件没有[Install]部分（无法执行），只能作为其他配置文件的依赖
masked：该配置文件被禁止建立启动链接

注意，从配置文件的状态无法看出，该 Unit 是否正在运行。这必须执行前面提到的systemctl status命令。

$ systemctl status bluetooth.service

一旦修改配置文件，就要让 SystemD 重新加载配置文件，然后重新启动，否则修改不会生效。

$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl restart httpd.service

5.3 配置文件的格式

配置文件就是普通的文本文件，可以用文本编辑器打开。

systemctl cat命令可以查看配置文件的内容。
$ systemctl cat atd.service
[Unit]
Description=ATD daemon

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/bin/atd

[Install]
WantedBy=multi-user.target

从上面的输出可以看到，配置文件分成几个区块。每个区块的第一行，是用方括号表示的区别名，比如[Unit]。注意，配置文件的区块名和字段名，都是大小写敏感的。

每个区块内部是一些等号连接的键值对。

[Section]
Directive1=value
Directive2=value

注意，键值对的等号两侧不能有空格。

5.4 配置文件的区块

[Unit]区块通常是配置文件的第一个区块，用来定义 Unit 的元数据，以及配置与其他 Unit 的关系。它的主要字段如下。

Description：简短描述
Documentation：文档地址
Requires：当前Unit依赖的其他Unit，如果它们没有运行，当前Unit会启动失败
Wants：与当前Unit配合的其他Unit，如果它们没有运行，当前Unit不会启动失败
BindsTo：与Requires类似，它指定的 Unit 如果退出，会导致当前Unit停止运行
Before：如果该字段指定的Unit也要启动，那么必须在当前Unit之后启动
After：如果该字段指定的Unit也要启动，那么必须在当前Unit之前启动
Conflicts：这里指定的Unit 不能与当前Unit同时运行
Condition...：当前Unit运行必须满足的条件，否则不会运行
Assert...：当前Unit运行必须满足的条件，否则会报启动失败

Install]通常是配置文件的最后一个区块，用来定义如何启动，以及是否开机启动。它的主要字段如下。

WantedBy：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
RequiredBy：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
Alias：当前Unit 可用于启动的别名
Also：当前Unit激活（enable）时，会被同时激活的其他Unit

[Service]区块用来Service的配置，只有Service类型的Unit才有这个区块。它的主要字段如下。

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
ExecStart：启动当前服务的命令
ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
ExecStartPost：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
TimeoutSec：定义Systemd停止当前服务之前等待的秒数
Environment：指定环境变量

Unit配置文件的完整字段清单，请参考官方文档。

六、Target

启动计算机的时候，需要启动大量的Unit。如果每一次启动，都要一一写明本次启动需要哪些Unit，显然非常不方便。Systemd的解决方案就是Target。

简单说，Target就是一个Unit组，包含许多相关的Unit。启动某个Target的时候，Systemd就会启动里面所有的Unit。从这个意义上说，Target这个概念类似于“状态点”，启动某个Target就好比启动到某种状态。

传统的init启动模式里面，有RunLevel的概念，跟Target的作用很类似。不同的是，RunLevel是互斥的，不可能多个RunLevel同时启动，但是多个Target可以同时启动。

#查看当前系统的所有Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

#查看一个 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

#查看启动时的默认 Target
$ systemctl get-default

#设置启动时的默认Target
$ sudo systemctl set-default multi-user.target

#切换Target时，默认不关闭前一个Target启动的进程，
# systemctl isolate命令改变这种行为，
#关闭前一个Target里面所有不属于后一个Target的进程
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

Target与传统RunLevel的对应关系如下。

Traditional runlevel      New target name     Symbolically linked to...

Runlevel 0           |    runlevel0.target -> poweroff.target
Runlevel 1           |    runlevel1.target -> rescue.target
Runlevel 2           |    runlevel2.target -> multi-user.target
Runlevel 3           |    runlevel3.target -> multi-user.target
Runlevel 4           |    runlevel4.target -> multi-user.target
Runlevel 5           |    runlevel5.target -> graphical.target
Runlevel 6           |    runlevel6.target -> reboot.target

它与init进程的主要差别如下。
（1）默认的RunLevel（在/etc/inittab文件设置）现在被默认的Target取代，位置是/etc/systemd/system/default.target，通常符号链接到graphical.target（图形界面）或者multi-user.target（多用户命令行）。

（2）启动脚本的位置，以前是/etc/init.d目录，符号链接到不同的RunLevel目录（比如/etc/rc3.d、/etc/rc5.d等），现在则存放在/lib/systemd/system和/etc/systemd/system目录。

（3）配置文件的位置，以前init进程的配置文件是/etc/inittab，各种服务的配置文件存放在/etc/sysconfig目录。现在的配置文件主要存放在/lib/systemd目录，在/etc/systemd目录里面的修改可以覆盖原始设置。

七、日志管理

Systemd统一管理所有Unit的启动日志。带来的好处就是，可以只用journalctl一个命令，查看所有日志（内核日志和应用日志）。日志的配置文件是/etc/systemd/journald.conf。

journalctl功能强大，用法非常多。

#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）
$ sudo journalctl -k

#查看系统本次启动的日志
$ 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
$ sudo journalctl -n

#显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

#实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

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

#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