Linux:使用systemd管理进程

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参考:Systemd服务管理教程 Systemd 入门教程:实战篇 Systemd 入门教程:命令篇

概述

systemd是目前Linux系统上主要的系统守护进程管理工具,由于init一方面对于进程的管理是串行化的,容易出现阻塞情况,另一方面init也仅仅是执行启动脚本,并不能对服务本身进行更多的管理。所以从CentOS 7 开始也由systemd取代了init作为默认的系统进程管理工具。

systemd所管理的所有系统资源都称作Unit,通过systemd命令集可以方便的对这些Unit进行管理。比如systemctlhostnamectltimedatectllocalctl等命令,这些命令虽然改写了init时代用户的命令使用习惯(不再使用chkconfig、service等命令),但确实也提供了很大的便捷性。

特点

  • 提供了服务按需启动 的能力,使得特定的服务只有在真定被请求时才启动,显著提高开机启动效率
  • 允许更多的进程并行启动: Systemd 通过 Socket 缓存、DBus 缓存和建立临时挂载点等方法进一步解决了启动进程之间的依赖,做到了所有系统服务并发启动。
  • 使用 CGroup 跟踪和管理进程的生命周期:通过 CGroup 不仅能够实现服务之间访问隔离,限制特定应用程序对系统资源的访问配额,还能更精确地管理服务的生命周期。
  • 专用的系统日志管理服务:Journald,这个服务的设计初衷是克服现有 Syslog 服务的日志内容易伪造和日志格式不统一等缺点,Journald 用 二进制格式 保存所有的日志信息,因而日志内容很难被手工伪造。Journald 还提供了一个 journalctl 命令来查看日志信息,这样就使得不同服务输出的日志具有相同的排版格式, 便于数据的二次处理。

systemctl语法

systemctl [OPTIONS...] {COMMAND} ...

command:

  • start:启动指定的unit,例如systemctl start nginx
  • stop:关闭指定的unit,例如systemctl stop nginx
  • restart:重启指定unit,例如systemctl restart nginx
  • reload:重载指定unit,例如systemctl reload nginx
  • enable:系统开机时自动启动指定unit,前提是配置文件中有相关配置,例如systemctl enable nginx
  • disable:开机时不自动运行指定unit,例如systemctl disable nginx
  • status:查看指定unit当前运行状态,例如systemctl status nginx

查看当前系统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

# 查看 Unit 配置文件的内容
$ systemctl cat docker.service

查看Unit状态

  • 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
# 显示系统状态
$ systemctl status

# 显示单个 Unit 的状态
$ ystemctl 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

Unit管理

# 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

查看 Unit 的依赖关系

# 列出一个 Unit 的所有依赖,默认不会列出 target 类型
$ systemctl list-dependencies nginx.service

# 列出一个 Unit 的所有依赖,包括 target 类型
$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

Target 管理

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。

在传统的 SysV-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

journalctl语法

Systemd 通过其标准日志服务 Journald 提供的配套程序 journalctl 将其管理的所有后台进程打印到 std:out(即控制台)的输出重定向到了日志文件。

Systemd 的日志文件是二进制格式的,必须使用 Journald 提供的 journalctl 来查看,默认不带任何参数时会输出系统和所有后台进程的混合日志。

默认日志最大限制为所在文件系统容量的 10%,可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 来指定该最大限制。

语法:

journalctl [OPTIONS...] [MATCHES...]

示例

# 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):--dmesg 或 -k
$ sudo journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志(其中包括了内核日志和各类系统服务的控制台输出):--system 或 -b
$ 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

# 查看指定服务的日志:--unit 或 -u
$ sudo journalctl -u docker.servcie

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

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 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:--lines 或 -n
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 将最新的日志显示在前面
$ sudo journalctl -r -u docker.service

# 改变输出的格式:--output 或 -o
$ sudo journalctl -r -u docker.service -o json-pretty

# 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

systemd工具集

  • systemctl:用于检查和控制各种系统服务和资源的状态
  • bootctl:用于查看和管理系统启动分区
  • hostnamectl:用于查看和修改系统的主机名和主机信息
  • journalctl:用于查看系统日志和各类应用服务日志
  • localectl:用于查看和管理系统的地区信息
  • loginctl:用于管理系统已登录用户和 Session 的信息
  • machinectl:用于操作 Systemd 容器
  • timedatectl:用于查看和管理系统的时间和时区信息
  • systemd-analyze 显示此次系统启动时运行每个服务所消耗的时间,可以用于分析系统启动过程中的性能瓶颈
  • systemd-ask-password:辅助性工具,用星号屏蔽用户的任意输入,然后返回实际输入的内容
  • systemd-cat:用于将其他命令的输出重定向到系统日志
  • systemd-cgls:递归地显示指定 CGroup 的继承链
  • systemd-cgtop:显示系统当前最耗资源的 CGroup 单元
  • systemd-escape:辅助性工具,用于去除指定字符串中不能作为 Unit 文件名的字符
  • systemd-hwdb:Systemd 的内部工具,用于更新硬件数据库
  • systemd-delta:对比当前系统配置与默认系统配置的差异
  • systemd-detect-virt:显示主机的虚拟化类型
  • systemd-inhibit:用于强制延迟或禁止系统的关闭、睡眠和待机事件
  • systemd-machine-id-setup:Systemd 的内部工具,用于给 Systemd 容器生成 ID
  • systemd-notify:Systemd 的内部工具,用于通知服务的状态变化
  • systemd-nspawn:用于创建 Systemd 容器
  • systemd-path:Systemd 的内部工具,用于显示系统上下文中的各种路径配置
  • systemd-run:用于将任意指定的命令包装成一个临时的后台服务运行
  • systemd-stdio- bridge:Systemd 的内部 工具,用于将程序的标准输入输出重定向到系统总线
  • systemd-tmpfiles:Systemd 的内部工具,用于创建和管理临时文件目录
  • systemd-tty-ask-password-agent:用于响应后台服务进程发出的输入密码请求

systemd配置

配置文件说明

  • 每一个Unit都需要有一个配置文件用于告知systemd对于服务的管理方式
  • 配置文件存放于/usr/lib/systemd/system/,设置开机启动后会在/etc/systemd/system目录建立软链接文件
  • 每个Unit的配置文件配置默认后缀名为.service
  • /usr/lib/systemd/system/目录中分为system和user两个目录,一般将开机不登陆就能运行的程序存在系统服务里,也就是/usr/lib/systemd/system
  • 配置文件使用方括号分成了多个部分,并且区分大小写

相关文件说明:

相关文件 CentOS6 CentOS7
服务启动的脚本启动路径 /etc/init.d /usr/lib/systemd/system
开机自启服务存放路径 /etc/rcN.d /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/
默认运行级别配置文件 /etc/inittab /etc/systemd/system/default.target

配置说明

Unit 段

  • Description:描述这个 Unit 文件的信息
  • Documentation:指定服务的文档,可以是一个或多个文档的 URL 路径
  • Requires:依赖的其它 Unit 列表,列在其中的 Unit 模板会在这个服务启动时的同时被启动。并且,如果其中任意一个服务启动失败,这个服务也会被终止
  • Wants:与 Requires 相似,但只是在被配置的这个 Unit 启动时,触发启动列出的每个 Unit 模块,而不去考虑这些模板启动是否成功
  • After:与 Requires 相似,但是在后面列出的所有模块全部启动完成以后,才会启动当前的服务
  • Before:与 After 相反,在启动指定的任务一个模块之间,都会首先确证当前服务已经运行
  • Binds To:与 Requires 相似,失败时失败,成功时成功,但是在这些模板中有任意一个出现意外结束或重启时,这个服务也会跟着终止或重启
  • Part Of:一个 Bind To 作用的子集,仅在列出的任务模块失败或重启时,终止或重启当前服务,而不会随列出模板的启动而启动
  • OnFailure:当这个模板启动失败时,就会自动启动列出的每个模块
  • Conflicts:与这个模块有冲突的模块,如果列出的模块中有已经在运行的,这个服务就不能启动,反之亦然

Install 段

这部分配置的目标模块通常是特定运行目标的 .target 文件,用来使得服务在系统启动时自动运行。这个区段可以包含三种启动约束:

  • WantedBy:和 Unit 段的 Wants 作用相似,只有后面列出的不是服务所依赖的模块,而是依赖当前服务的模块。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,如 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/

  • RequiredBy:和 Unit 段的 Wants 作用相似,只有后面列出的不是服务所依赖的模块,而是依赖当前服务的模块。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

  • Also:当前 Unit enable/disable 时,同时 enable/disable 的其他 Unit

  • Alias:当前 Unit 可用于启动的别名

Service 段

用来 Service 的配置,只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段分为服务生命周期和服务上下文配置两个方面。

服务生命周期控制相关
  • 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
  • RemainAfterExit:值为 true 或 false(默认)。当配置为 true 时,Systemd 只会负责启动服务进程,之后即便服务进程退出了,Systemd 也仍然会认为这个服务还在运行中。这个配置主要是提供给一些并非常驻内存,而是启动注册后立即退出,然后等待消息按需启动的特殊类型服务使用的。
  • ExecStart:启动当前服务的命令
  • ExecStartPre:启动当前服务之前执行的命令
  • ExecStartPos: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
  • TimeoutStartSec:启动服务时等待的秒数,这一配置对于使用 Docker 容器而言显得尤为重要,因其第一次运行时可能需要下载镜像,严重延时会容易被 Systemd 误判为启动失败杀死。通常,对于这种服务,将此值指定为 0,从而关闭超时检测
  • TimeoutStopSec:停止服务时的等待秒数,如果超过这个时间仍然没有停止,Systemd 会使用 SIGKILL 信号强行杀死服务的进程
服务上下文配置相关
  • Environment:为服务指定环境变量
  • EnvironmentFile:指定加载一个包含服务所需的环境变量的列表的文件,文件中的每一行都是一个环境变量的定义
  • Nice:服务的进程优先级,值越小优先级越高,默认为 0。其中 -20 为最高优先级,19 为最低优先级
  • WorkingDirectory:指定服务的工作目录
  • RootDirectory:指定服务进程的根目录(/ 目录)。如果配置了这个参数,服务将无法访问指定目录以外的任何文件
  • User:指定运行服务的用户
  • Group:指定运行服务的用户组
  • MountFlags:服务的 Mount Namespace 配置,会影响进程上下文中挂载点的信息,即服务是否会继承主机上已有挂载点,以及如果服务运行执行了挂载或卸载设备的操作,是否会真实地在主机上产生效果。可选值为 shared、slaved 或 private
    • shared:服务与主机共用一个 Mount Namespace,继承主机挂载点,且服务挂载或卸载设备会真实地反映到主机上
    • slave:服务使用独立的 Mount Namespace,它会继承主机挂载点,但服务对挂载点的操作只有在自己的 Namespace 内生效,不会反映到主机上
    • private:服务使用独立的 Mount Namespace,它在启动时没有任何任何挂载点,服务对挂载点的操作也不会反映到主机上
  • LimitCPU / LimitSTACK / LimitNOFILE / LimitNPROC 等:限制特定服务的系统资源量,例如 CPU、程序堆栈、文件句柄数量、子进程数量等

注意:如果在 ExecStart、ExecStop 等属性中使用了 Linux 命令,则必须要写出完整的绝对路径。对于 ExecStartPre 和 ExecStartPost 辅助命令,若前面有个 “-” 符号,表示忽略这些命令的出错。因为有些 “辅助” 命令本来就不一定成功,比如尝试清空一个文件,但文件可能不存在。

Unit 文件占位符

在 Unit 文件中,有时会需要使用到一些与运行环境有关的信息,例如节点 ID、运行服务的用户等。这些信息可以使用占位符来表示,然后在实际运行被动态地替换实际的值。

  • %n:完整的 Unit 文件名字,包括 .service 后缀名
  • %p:Unit 模板文件名中 @ 符号之前的部分,不包括 @ 符号
  • %i:Unit 模板文件名中 @ 符号之后的部分,不包括 @ 符号和 .service 后缀名
  • %t:存放系统运行文件的目录,通常是 “run”
  • %u:运行服务的用户,如果 Unit 文件中没有指定,则默认为 root
  • %U:运行服务的用户 ID
  • %h:运行服务的用户 Home 目录,即 %{HOME} 环境变量的值
  • %s:运行服务的用户默认 Shell 类型,即 %{SHELL} 环境变量的值
  • %m:实际运行节点的 Machine ID,对于运行位置每个的服务比较有用
  • %b:Boot ID,这是一个随机数,每个节点各不相同,并且每次节点重启时都会改变
  • %H:实际运行节点的主机名
  • %v:内核版本,即 “uname -r” 命令输出的内容
  • %%:在 Unit 模板文件中表示一个普通的百分号

修改配置文件后重启

修改配置文件以后,需要重新加载配置文件,然后重新启动相关服务。

# 重新加载配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 重启相关服务
$ sudo systemctl restart foobar

常见中间件配置

Nginx

[Unit]
Description=nginx
After=network.target
  
[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecReload=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s quit
PrivateTmp=true
  
[Install]
WantedBy=multi-user.target

MySQL

[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql

Type=forking

PIDFile=/var/run/mysqld/mysqld.pid

# Disable service start and stop timeout logic of systemd for mysqld service.
TimeoutSec=0

# Execute pre and post scripts as root
PermissionsStartOnly=true

# Needed to create system tables
ExecStartPre=/usr/bin/mysqld_pre_systemd

# Start main service
ExecStart=/usr/sbin/mysqld --daemonize --pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid $MYSQLD_OPTS

# Use this to switch malloc implementation
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/mysql

# Sets open_files_limit
LimitNOFILE = 5000

Restart=on-failure

RestartPreventExitStatus=1

PrivateTmp=false
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