Centos7 Systemd 使用詳解

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一、Systemd 是什麼？

systemd 是一個屬於用戶空間的系統服務管理程序，在紅帽 RHEL7 上採用，替代了原來 RHEL6 上的 systemVinit。其作用是，在內核啓動完成後，初始化用戶空間的進程，進程號爲 1 、管理操作系統的運行級別，系統的服務啓動和關閉，系統的掛載點。

systemd 的特性：

支持服務並行啓動，實現快速開機
按需啓動守護進程
支持快照和系統恢復
各服務間依賴關係管理
同時採用socket式與D-Bus總線式激活服務
維護掛載點和自動掛載點
可以通過 Linux 的 cgroups 監控運行的進程

二、Systemd 管理系統的運行級別

查看當前默認的啓動級別

systemctl get-default

切換到多用戶級別

systemctl isolate multi-user.target
或
systemctl isolate runlevel3.target

設置系統默認啓動的運行級別

systemctl set-default multi-user.target

運行級別對應表

systemd target	解釋
runlevel0.target, poweroff.target	關閉系統 —> 0
runlevel1.target, rescue.target	單用戶模式 —> 1
runlevel2.target, runlevel4.target, multi-user.target	用戶定義/域特定運行級別。默認等同於 3 —> 2,4
runlevel3.target, multi-user.target	最常用模式，非圖形化多用戶 —> 3
runlevel5.target, graphical.target	多用戶圖形化 —> 5
runlevel6.target, reboot.target	重啓 —> 6

systemd 運行級別配置目錄

/etc/systemd/system/

三、Systemd 管理系統服務

認識 Systemd 下的 unit 文件

在 Systemd 下 unit 文件用於配置對資源的控制，每種資源對應不同的 unit 文件類型，比如後臺服務(service)、套接字(socket)、設備(device)、掛載點(mount) 等。所有 unit 文件都包含兩個通用段 [Unit] 、[Install] 和一個資源類型段，如 [Service] 就表示後臺服務。

unit 類型如下：

service ：守護進程的啓動、停止、重啓和重載是此類 unit 中最爲明顯的幾個類型。
socket ：此類 unit 封裝系統和互聯網中的一個socket。當下，systemd支持流式, 數據報和連續包的AF_INET,AF_INET6,AF_UNIXsocket 。也支持傳統的 FIFOs 傳輸模式。每一個 socket unit 都有一個相應的服務 unit 。相應的服務在第一個“連接”進入 socket 或 FIFO 時就會啓動(例如：nscd.socket 在有新連接後便啓動 nscd.service)。
device ：此類 unit 封裝一個存在於 Linux設備樹中的設備。每一個使用 udev 規則標記的設備都將會在 systemd 中作爲一個設備 unit 出現。udev 的屬性設置可以作爲配置設備 unit 依賴關係的配置源。
mount：此類 unit 封裝系統結構層次中的一個掛載點。
automount ：此類 unit 封裝系統結構層次中的一個自掛載點。每一個自掛載 unit 對應一個已掛載的掛載 unit (需要在自掛載目錄可以存取的情況下儘早掛載)。
target ：此類 unit 爲其他 unit 進行邏輯分組。它們本身實際上並不做什麼，只是引用其他 unit 而已。這樣便可以對 unit 做一個統一的控制。(例如：multi-user.target 相當於在傳統使用 SysV 的系統中運行級別5)；bluetooth.target 只有在藍牙適配器可用的情況下才調用與藍牙相關的服務，如：bluetooth 守護進程、obex 守護進程等）
snapshot ：與 targetunit 相似，快照本身不做什麼，唯一的目的就是引用其他 unit 。

編寫後臺服務的 unit 文件

對應到 centos6 其實就是 /etc/init.d/ 下面的服務腳本，只是到了 systemd 裏面叫做 service unit 文件，命名必須以 .service 結尾。

service unit(服務腳本) 文件在系統中的存放路徑
```
/usr/lib/systemd/system
```
先來看一個簡單的示例

[Unit]
Description=nginx
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/alidata/server/nginx/logs/nginx.pid
ExecStart=/alidata/server/nginx/sbin/nginx -c /alidata/server/nginx/conf/nginx.conf
ExecReload=/alidata/server/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/alidata/server/nginx/sbin/nginx -s stop
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

整個文件分爲三個部分，[Unit]、[Service]、[Install]

[Unit] ：記錄文件的通用信息，如描述，開機啓動順序

[Service] ：記錄 unit 文件類型，服務控制的相關指令

[Install] ：安裝信息

Unit 常用配置指令

Description：對本service的描述。
Before, After：定義啓動順序，Before=xxx.service，代表本服務在xxx.service啓動之前啓動。After=xxx.service,代表本服務在xxx之後啓動。
Requires: 這個單元啓動了，那麼它“需要”的單元也會被啓動; 它“需要”的單元被停止了，它自己也活不了。但是請注意，這個設定並不能控制某單元與它“需要”的單元的啓動順序（啓動順序是另外控制的），即 Systemd 不是先啓動 Requires 再啓動本單元，而是在本單元被激活時，並行啓動兩者。於是會產生爭分奪秒的問題，如果 Requires 先啓動成功，那麼皆大歡喜; 如果 Requires 啓動得慢，那本單元就會失敗（Systemd 沒有自動重試）。所以爲了系統的健壯性，不建議使用這個標記，而建議使用 Wants 標記。可以使用多個 Requires。
Wants：推薦使用。本單元啓動了，它“想要”的單元也會被啓動。但是啓動不成功，對本單元沒有影響。
Conflicts：一個單元的啓動會停止與它“衝突”的單元，反之亦然。

Service 常用配置指令

Type：service的種類，包含下列幾種類型：
- simple 默認，這是最簡單的服務類型。意思就是說啓動的程序就是主體程序，這個程序要是退出那麼一切都退出。
- forking 表示 ExecStart= 進程將會在啓動過程中使用 fork() 系統調用，啓動成功以後，父進程將會退出，而子進程將作爲該服務的主進程繼續運行。在啓動守護進程時使用這個類型。
- oneshot 用於一次性執行服務，比如清理臨時文件，該類型可以設置多個 ExecStart= 指令，它們按照出現的順序依次執行。一旦遇到錯誤，就會立即停止，不再繼續執行，同時服務也將進入 failed 狀態。在指定的 ExecStart= 指令執行結束前，該服務一直處於 “啓動中”(activating) 狀態，而一旦執行結束，該服務又立即變爲停止(inactive)狀態。也就是說該服務不存在活動(active) 狀態。這意味着如果再一次啓動服務，將會再一次執行服務定義的動作，先後順序會晚於該服務單元，將會一直等到該服務變成"停止"(inactive)狀態後，纔開始啓動。該類型常和 RemainAfterExit 指令同時使用。
RemainAfterExit ：當該服務的所有進程全部退出之後，是否依然將此服務視爲活動(active)狀態。默認值爲 no
PIDFile ：指定守護進程的 PID 文件，強烈建議在 Type=forking 的情況下明確設置此選項。因爲有些服務啓動之後會派生多個進程，systemd 將會不知道哪一個纔是該服務的主進程，指定 PID 文件有助於 Systemd 準確的找到服務的主進程。 systemd 不會寫入此文件，但會在此服務停止後刪除它。該指令要放在 ExecStart 上面。
ExecStart ：啓動服務時需要執行的命令，可以用 $變量名引用 Environment 設置的進程環境變量和操作系統的環境變量如 $USER
ExecStop ：可選指令，用於設置服務被要求停止前所執行的指令，此處指令執行完後，該服務剩餘的進程都會被 kill 掉。如果該指令沒填寫，在停止服務時會直接 kill 該服務下的所有進程。
ExecStartPre ：設置在 ExecStart 指令執行之前執行的命令
ExecStartPost ：設置在 ExecStart 指令執行成功之後執行的命令
ExecStopPost ：設置該服務停止之後執行的命令
Environment ：設置進程的環境變量，值是一個空格分隔的 VAR=VALUE 列表。可以多次使用此選項以增加新的變量或者修改已有的變量 (同一個變量以最後一次的設置爲準)。若設爲空，則表示清空先前所有已設置的變量。注意： (1)不會在字符串內部進行變量展開(也就是"$"沒有特殊含義)； (2)如果值中包含空格或者等號，那麼必須在字符串兩邊使用雙引號(")界定。例如： Environment="VAR1=word1 word2" VAR2=word3 "VAR3=$word 5 6" 設置了 "VAR1", "VAR2", "VAR3" 三個變量，其值分別爲 "word1 word2", "word3", "$word 5 6"
EnvironmentFile ：與 Environment= 類似，不同之處在於此選項是從文本文件中讀取環境變量的設置。文件中的空行以及以分號(;)或井號(#)開頭的行會被忽略，其他行的格式必須符合 VAR=VALUE 的shell變量賦值語法。行尾的反斜槓()將被視爲續行符，這與shell語法類似。若想在變量值中包含空格，則必須在值的兩端加上雙引號(")界定。文件必須用絕對路徑表示(可以包含通配符)。但可在路徑前加上"-"前綴表示忽略不存在的文件。可以多次使用此選項，以從多個不同的文件中讀取設置。若設爲空，則表示清空所有先前已經從文件中讀取的環境變量。

Install 常用配置指令

Alias : 啓用時使用的別名，可以設爲一個空格分隔的別名列表。每個別名的後綴(也就是單元類型)都必須與該單元自身的後綴相同。systemctl enable 命令將會爲每個別名創建一個指向該單元文件的軟連接。注意，因爲 mount, slice, swap, automount 單元不支持別名，所以不要在這些類型的單元中使用此選項。
WantedBy,RequiredBy : 接受一個空格分隔的單元列表，表示在使用 systemctl enable 啓用此單元時，將會在每個列表單元的 .wants/ 或 .requires/ 目錄中創建一個指向該單元文件的軟連接。這相當於爲每個列表中的單元文件添加了 Wants=此單元或 Requires=此單元選項。這樣當列表中的任意一個單元啓動時，該單元都會被啓動。

應用示例

1、創建一個簡單服務

[Unit]
Description=簡單的Foo服務

[Service]
ExecStart=/usr/sbin/foo-daemon

[Install]
WantedBy=multi-user.target

該單元文件創建了一個運行 /usr/sbin/foo-daemon 守護進程的服務，未設置 Type= 等價於 Type=simple 默認設置。注意，本例中的 /usr/sbin/foo-daemon 必須在啓動後持續運行到服務被停止。如果該進程只是爲了派生守護進程，那麼應該使用 Type=forking

2、一次性服務

[Unit]
Description=清理老舊的 Foo 數據

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/sbin/foo-cleanup

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Type=oneshot 用於只需要執行一次，不需要持久運行的單元，例如文件系統檢查或者清理磁盤文件。此單元會啓動後一直等待指定的動作完成，然後再回到停止狀態。在 /usr/sbin/foo-cleanup 執行結束前，該服務一直處於"啓動中"(activating)狀態，而一旦執行結束，該服務又立即變爲"停止"(inactive)狀態。也就是說，對於 Type=oneshot 類型的服務，不存在"活動"(active)狀態。這意味着，如果再一次啓動該服務，將會再一次執行該服務定義的動作。注意，在先後順序上晚於該服務的單元，將會一直等到該服務變成"停止"(inactive)狀態後，纔會開始啓動。

Type=oneshot 是唯一可以設置多個 ExecStart= 指令的服務類型。多個 ExecStart= 指令將按照它們出現的順序依次執行，一旦遇到錯誤，就會立即停止，不再繼續執行，同時該服務也將進入"失敗"(failed)狀態。

3、可停止的一次性服務

[Unit]
Description=簡單的靜態防火牆

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=yes
ExecStart=/usr/local/sbin/simple-firewall-start
ExecStop=/usr/local/sbin/simple-firewall-stop

[Install]
WantedBy=multi-user.target

有時候，單元需要執行一個程序以完成某個設置(啓動)，然後又需要再執行另一個程序以撤消先前的執行(停止)。而第一次執行之後，該單元應該處於活動（active）狀態，但實際上並無任何進程在運行。網絡配置服務就是一個典型的例子，只需要執行一次的服務。

可以通過設置 RemainAfterExit=yes 來滿足這種需求。在這種情況下，systemd 將會在啓動成功後將該單元視爲處於"活動"(active)狀態(而不是"停止"(inactive)狀態)。 RemainAfterExit=yes 雖然可以用於所有 Type= 類型，但是在實踐中主要用於 Type=oneshot 和 Type=simple 類型。對於 Type=oneshot 類型， systemd 一直等到服務啓動成功之後，纔會將該服務置於"活動"(active)狀態。所以，依賴於該服務的其他單元必須等待該服務啓動成功之後，才能啓動。但是對於 Type=simple 類型，依賴於該服務的其他單元無需等待，將會和該服務同時並行啓動。

4、編寫守護進程單元 nginx.service

[Unit]
Description=nginx
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/alidata/server/nginx/logs/nginx.pid
ExecStart=/alidata/server/nginx/sbin/nginx -c /alidata/server/nginx/conf/nginx.conf
ExecReload=/alidata/server/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/alidata/server/nginx/sbin/nginx -s stop
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

PrivateTmp 設爲 yes 表示在進程的文件系統名字空間中掛載私有的 /tmp 與 /var/tmp 目錄，也就是不與名字空間外的其他進程共享臨時目錄。這樣做會增加進程的臨時文件安全性，但同時也讓進程之間無法通過 /tmp 或 /var/tmp 目錄進行通信。同時，當服務停止之後，所有先前在臨時目錄中創建的文件都將被刪除。

5、編寫守護進程單元 php7-fpm.service

[Unit]
Description=PHP7.0.8 start file

[Service]
Type=forking
PIDFile=/alidata/server/php7.0.8/var/run/php-fpm.pid
ExecStart=/alidata/server/php7.0.8/sbin/php-fpm --daemonize --fpm-config /alidata/server/php7.0.8/etc/php-fpm.conf --pid /alidata/server/php7.0.8/var/run/php-fpm.pid
ExecStartPost=/usr/bin/chown www.www /alidata/server/php7.0.8/var/run/php7-fpm.sock
StandardOutput=syslog
StandardError=inherit

[Install]
WantedBy=multi-user.target

StandardOutput

設置進程的標準輸出(STDOUT)。可設爲 inherit, null, tty, journal, syslog, kmsg, journal+console, syslog+console, kmsg+console, socket, fd 之一。 syslog 表示 syslog 日誌服務。注意，此時所有日誌都會隱含的複製一份到 journal 中。

StandardError

設置進程的標準錯誤(STDERR)。取值範圍及含義與 StandardOutput= 相同。但有如下例外：(1) inherit 表示使用 StandardOutput= 的值。 (2) fd 的文件描述符名稱的默認值爲 "stderr" 此值默認爲 inherit

6、編寫守護進程單元 filebeat.service

[Unit]
Description=Filebeat sends log files to Logstash or directly to Elasticsearch.
Documentation=https://www.elastic.co/products/beats/filebeat
Wants=network-online.target
After=network-online.target

[Service]
ExecStart=/usr/share/filebeat/bin/filebeat -c /etc/filebeat/filebeat.yml -path.home /usr/share/filebeat -path.config /etc/filebeat -path.data /var/lib/filebeat -path.logs /var/log/filebeat -E serverip=$serverip
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target

注意，在 Centos7 使用 Systemd 啓動 filebeat 時是不會傳遞系統環境變量的。 filebeat 如果在配置文件中引用了系統的環境變量，那麼會導致服務啓動失敗。報錯大概是找不到那個引用了系統變量自定義的那個字段。有兩個解決方法：

1、在 unit 文件中使用 Environment 相關參數，定義要使用的環境變量，在 ExecStart 啓動命令時引用。 -E serverip=$serverip

2、在 /etc/profile.d/ 目錄下創建定義系統環境變量的文件，裏面的內容類似
export serverip=ifconfig eth0 | grep 'inet' | awk '{print $2}' | cut -d':' -f2 ，然後在啓動命令時直接用 $變量名引用系統環境變量。

systemctl 服務管理命令

'''查看系統所有已安裝的服務項'''
systemctl list-unit-files --type=service

'''查看系統所有運行的服務項'''
systemctl list-units --type=service

'''查看系統所有開機自啓動的服務項'''
systemctl list-unit-files --type=service |  grep enabled

'''查看出錯的服務'''
systemctl list-units --type=service --state=failed

'''啓動服務'''
systemctl start nginx.service

'''停止服務'''
systemctl stop nginx.service

'''重載服務的配置文件'''
systemctl reload nginx.service

'''查看服務的狀態'''
systemctl status nginx.service

'''設置服務開機啓動'''
systemctl enable nginx.service

'''禁用服務的開機啓動'''
systemctl disable nginx.service

'''禁止服務的啓動，用於防止服務被其他服務間接啓動，也無法通過 start 或 restart 命令來啓動'''
systemctl mask nginx.service

'''取消對服務的啓動禁止'''
systemctl unmask nginx.service

'''重新讀取所有服務項，修改或添加服務單元文件之後需要執行'''
systemctl daemon-reload

'''查看系統啓動耗時'''
systemd-analyze

'''查看各項服務啓動耗時'''
systemd-analyze blame | grep .service

參考文檔：http://www.jinbuguo.com/systemd/systemd.index.html