Linux項目開發(fā),你必須了解Systemd服務(wù)!

1.Systemd簡介

Systemd是什么，以前linux系統(tǒng)啟動init機制，由于init一方面對于進程的管理是串行化的，容易出現(xiàn)阻塞情況，另一方面init也僅僅是執(zhí)行啟動腳本，并不能對服務(wù)本身進行更多的管理。Systemd就是為了解決這些問題而誕生的。它的設(shè)計目標是，為系統(tǒng)的啟動和管理提供一套完整的解決方案，根據(jù)Linux慣例，字母d是守護進程（daemon）的縮寫，Systemd這個名字的含義，就是它要守護整個系統(tǒng)。使用了Systemd，就不需要再用init了。Systemd取代了initd，成為系統(tǒng)的第一個進程（PID 等于 1），其他進程都是它的子進程。

Systemd是目前Linux系統(tǒng)上主要的系統(tǒng)守護進程管理工具，有如下特點：

1.支持并行化任務(wù)

2.同時采用socket式與D-Bus總線式激活服務(wù)；

3.按需啟動守護進程（daemon）；

4.利用Linux的cgroups監(jiān)視進程；

5.支持快照和系統(tǒng)恢復；

6.維護掛載點和自動掛載點；

7.各服務(wù)間基于依賴關(guān)系進行精密控制。

Systemd可以管理所有系統(tǒng)資源，不同的資源統(tǒng)稱為 Unit（單元）,Unit一共分成以下12種。

1.Service：裝守護進程的啟動、停止、重啟和重載操作，是最常見的一種 Unit 文件

2.Target：多個Unit構(gòu)成的一個邏輯組，用于對 Unit 文件進行邏輯分組，引導其它 Unit 的執(zhí)行。它替代了 SysV-init 運行級別的作用，并提供更靈活的基于特定設(shè)備事件的啟動方式

3.Device：硬件設(shè)備，主要用于定義設(shè)備之間的依賴關(guān)系

4.Mount：文件系統(tǒng)的掛載點，可以替代過去的/etc/fstab 配置文件

5.Automount：自動掛載點，相當于 SysV-init 的 autofs 服務(wù)

6.Path：用于監(jiān)控指定文件或路徑的變化，并觸發(fā)其它 Unit 運行

7.Scope：不是用戶創(chuàng)建的，而是 Systemd 運行時產(chǎn)生的，描述一些系統(tǒng)服務(wù)的分組信息

8.Slice：進程組，用于表示一個 CGroup 的樹，通常也不是用戶創(chuàng)建的

9.Snapshot：Systemd快照，可以切回某個快照

10.Socket：監(jiān)控來自于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)消息，用于實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)自動觸發(fā)服務(wù)啟動

11.Swap：虛擬內(nèi)存的交換分區(qū)

12.Timer Unit：定時器，用于配置在特定時間觸發(fā)的任務(wù)，替代了 Crontab 的功能

2.SystemdService配置文件

每一個被管理單元（Unit）都需要有一個配置文件用于告知systemd對于該單元（Unit）的管理方式。Systemd默認從目錄/etc/systemd/system/讀取配置文件，但是里面存放的大部分文件都是符號鏈接，指向目錄/lib/systemd/system，配置文件存放于/lib/systemd/system/，開機啟動后會在/etc/systemd/system目錄建立軟鏈接文件，systemctl enable命令用于在/etc/systemd/system/與/lib/systemd/system/兩個目錄之間建立符號鏈接關(guān)系。systemctl disable命令用于在兩個目錄之間撤銷符號鏈接關(guān)系，相當于撤銷開機啟動。配置文件的后綴名，就是該Unit的種類，比如sshd.socket；如果命令行中省略后綴名，Systemd默認后綴名為.service，所以當systemctl enable sshd會被理解成systemctl enable sshd.service。

以sshd.service的配置為例，可用”systemctl cat sshd.service”命令查看sshd服務(wù)的配置文件：

# /lib/systemd/system/ssh.service [Unit] Description=OpenBSD Secure Shell server Documentation=man:sshd(8) man:sshd_config(5) After=network.target auditd.service ConditionPathExists=!/etc/ssh/sshd_not_to_be_run [Service] EnvironmentFile=-/etc/default/ssh ExecStartPre=/usr/sbin/sshd -t ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS ExecReload=/usr/sbin/sshd -t ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID KillMode=process Restart=on-failure RestartPreventExitStatus=255 Type=notify RuntimeDirectory=sshd RuntimeDirectoryMode=0755 [Install] WantedBy=multi-user.target Alias=sshd.service

通常一個service服務(wù)單元的配置包含3個區(qū)塊：Unit，Service和Install。

2.1 Unit區(qū)塊

[Unit]區(qū)塊通常是配置文件的第一個區(qū)塊，用來定義 Unit 的元數(shù)據(jù)，以及配置與其他 Unit 的關(guān)系。它的主要字段如下：

Description：簡短描述

Documentation：文檔地址

Requires：當前Unit依賴的其他Unit，如果它們沒有運行，當前Unit會啟動失敗

Wants：與當前Unit配合的其他Unit，如果它們沒有運行，當前Unit不會啟動失敗

BindsTo：與Requires類似，它指定的 Unit 如果退出，會導致當前Unit停止運行

Before：如果該字段指定的Unit也要啟動，那么必須在當前Unit之后啟動

After：如果該字段指定的Unit也要啟動，那么必須在當前Unit之前啟動

Conflicts：這里指定的Unit 不能與當前Unit同時運行

Condition...：當前Unit運行必須滿足的條件，否則不會運行

Assert...：當前Unit運行必須滿足的條件，否則會報啟動失敗

2.2 Service區(qū)塊

[Service]區(qū)塊用來Service的配置，只有Service類型的Unit才有這個區(qū)塊。它的主要字段如下：

Type：定義啟動時的進程行為。它有以下幾種值。

Type=simple：默認值，執(zhí)行ExecStart指定的命令，啟動主進程

Type=forking：以fork方式從父進程創(chuàng)建子進程，創(chuàng)建后父進程會立即退出

Type=oneshot：一次性進程，Systemd會等當前服務(wù)退出，再繼續(xù)往下執(zhí)行

Type=dbus：當前服務(wù)通過D-Bus啟動

Type=notify：當前服務(wù)啟動完畢，會通知Systemd，再繼續(xù)往下執(zhí)行

Type=idle：若有其他任務(wù)執(zhí)行完畢，當前服務(wù)才會運行

ExecStart：啟動當前服務(wù)的命令

ExecStartPre：啟動當前服務(wù)之前執(zhí)行的命令

ExecStartPost：啟動當前服務(wù)之后執(zhí)行的命令

ExecReload：重啟當前服務(wù)時執(zhí)行的命令

ExecStop：停止當前服務(wù)時執(zhí)行的命令

ExecStopPost：停止當其服務(wù)之后執(zhí)行的命令

RestartSec：自動重啟當前服務(wù)間隔的秒數(shù)

Restart：定義何種情況Systemd會自動重啟當前服務(wù)，可能的值包括always（總是重啟）、on-success、on-failure、on-abnormal、on-abort、on-watchdog

TimeoutSec：定義Systemd停止當前服務(wù)之前等待的秒數(shù)

Environment：指定環(huán)境變量

2.3 Install區(qū)塊

[Install]通常是配置文件的最后一個區(qū)塊，用來定義如何啟動，以及是否開機啟動。它的主要字段如下:

WantedBy：它的值是一個或多個Target，當前Unit激活時（enable）符號鏈接會放入/etc/systemd/system目錄下面以Target名+.wants后綴構(gòu)成的子目錄中

RequiredBy：它的值是一個或多個Target，當前Unit激活時，符號鏈接會放入/etc/systemd/system目錄下面以Target 名+ .required后綴構(gòu)成的子目錄中

Alias：當前Unit 可用于啟動的別名

Also：當前Unit激活（enable）時，會被同時激活的其他Unit

3.服務(wù)監(jiān)控啟動

3.1 socket觸發(fā)的服務(wù)

涉及網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，可以通過 socket 來觸發(fā)啟動。也就是說服務(wù)本身在沒連接業(yè)務(wù)時不用一直空跑著，可以讓systemd 幫忙監(jiān)聽一個 socket ，以減少資源消耗。當真正有業(yè)務(wù)連接進來時，才喚醒目標服務(wù)。要達成這樣的配置，目標服務(wù)程序在實現(xiàn)上也有一定要求。

開發(fā)一個常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一般有以下幾個關(guān)鍵步驟：

1.創(chuàng)建一個socket

2.調(diào)用bind將該socket綁定一個端口

3.調(diào)用listen監(jiān)聽端口，將該socket變成監(jiān)聽文件描敘符fd

4.調(diào)用accept接收一個客戶端連接，得到一個新的連接文件描敘符fd

5.讀寫連接socket的fd，完成業(yè)務(wù)邏輯

借助 systemd 強大且通用的服務(wù)功能，它可以幫忙完成前兩步，并且將 socket 的 fd 傳給被激活的程序，后者就只要從第3步開始實現(xiàn)工作。

由socker觸發(fā)的服務(wù)對應(yīng)于 systemd 的配置文件要有兩個，后綴分別是.socket與.service ，除后綴外的文件名要相同，這樣就能自動關(guān)聯(lián)，例如名為hello-world-socket的服務(wù)：

hello-world-socket.socket

[Unit] Description=Hello World Socket [Socket] ListenStream=0.0.0.0:1234

hello-world-socket.service

[Unit] Description=Hello World Socket Service [Service] ExecStart=/absolute/path/to/hello-world-socket.exe

如上，.socket的配置，需要有[Socket]段，ListenStream字段表示了要監(jiān)聽的地址與端口。相應(yīng)的 .service 配置，與之前例子一樣，描敘了如何啟動服務(wù)。因為這是想由 socket 激活的 service ，故沒有配置重啟字段。

在systemctl的大多數(shù)子命令中，如start，其參數(shù)默認是假定.service單元配置的。例如systemctl start hello-world-socket 等效于 systemctl start hello-world-socket.service 。但在這個例子中，有兩種同名單元配置，且按要求先只啟動 hello-world-socket.socket ，所以要寫完整的單元名：

systemctl start hello-world-socket.socket

3.2 定時器觸發(fā)的服務(wù)

對于定時器觸發(fā)的服務(wù)首先要配置一個 .timer 單元文件，例如：

hello-world.timer

[Unit] Description=The Hello-World Timer [Timer] OnCalendar=*-*-* *:*:00

其中，OnCalendar 的配置格式同 crontab ，上例表示每分鐘觸發(fā)。

然后需要一個同名的 .service 單元文件。本文開頭編譯的 hello-world.exe 正好可作為該定時器啟動的程序，例如：

hello-world.service

[Unit] Description=The Hello-World Timer [Service] Type=oneshot ExecStart=/absolute/path/to/hello-world.exe StandardOutput=file:/absolute/path/to/stdout-file

然后啟動定時器，并查看狀態(tài)：

systemctl start hello-world.timer systemctl status hello-world.timer

4.服務(wù)異常重運行

為了確保服務(wù)在遭遇故障時能夠自動重啟。在Systemd的服務(wù)單元文件中，Restart指令是控制服務(wù)重啟行為的核心設(shè)置。本文章將探討Restart=on-failure與Restart=always這兩個選項的區(qū)別，幫助開發(fā)人員對系統(tǒng)服務(wù)做出更適合的選擇。Restart指令定義了當服務(wù)停止時Systemd的行為。它可以精細控制服務(wù)在遇到不同退出情況時是否應(yīng)該重啟。這是確保關(guān)鍵服務(wù)可靠性的重要機制，尤其是在生產(chǎn)環(huán)境中，服務(wù)的持續(xù)運行對業(yè)務(wù)至關(guān)重要

4.1 Restart=on-failure：智能重啟

當服務(wù)單元文件中設(shè)置了Restart=on-failure時，Systemd會在服務(wù)因錯誤退出時嘗試重啟服務(wù)。"錯誤退出"通常是指服務(wù)以非零狀態(tài)碼結(jié)束運行，這可能是由于程序崩潰、遇到未處理的異?；蚱渌钦Ｇ闆r導致的。例如，如果你的服務(wù)由于內(nèi)存不足而崩潰，on-failure將確保服務(wù)嘗試重新啟動。但如果服務(wù)是由于正常的系統(tǒng)維護任務(wù)而被停止，或者開發(fā)人員故意停止服務(wù)進行調(diào)試，那么它將不會被重啟。

其應(yīng)用場景如下：

生產(chǎn)環(huán)境：在不希望因為維護或更新操作而自動重啟服務(wù)的生產(chǎn)環(huán)境中使用。

故障排除：當服務(wù)可能需要在出現(xiàn)問題時停止，以便進行故障排除時。

有條件的重啟：當你只想在服務(wù)因特定問題而停止時重啟。

4.2 Restart=always：無條件重啟

與on-failure相對的是Restart=always選項。不管服務(wù)是如何終止的，系統(tǒng)都會嘗試將其重啟。這意味著即使服務(wù)被管理員有意關(guān)閉，或者服務(wù)正常結(jié)束，Systemd也會立即嘗試將其重啟。

這種策略適用于那些必須始終運行的服務(wù)，無論它們是因為何種原因停止的。這確保了即使在進行系統(tǒng)更新或維護時，服務(wù)也能盡可能快地恢復運行。

其應(yīng)用場景如下：

關(guān)鍵服務(wù)：對于那些系統(tǒng)的核心功能，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)或Web服務(wù)器，這些服務(wù)的任何停機時間都是不可接受的。

高可用性要求：在需要最大程度減少服務(wù)停機時間的環(huán)境中。

簡化管理：在希望無論服務(wù)如何停止都能立即重啟的情況下。