[TimLinux] systemd 精通CentOS7系统启动systemd

1. 介绍

systemd: 在12种不同类型的实体单元(entity unit)间提供了一个依赖关系系统。

2. 几个概念

实体单元：为系统的启动和维护封装多种对象(object)。
主体单元在单元配置文件中配置（语法和基本选项集在man 5 systemd.unit中查看），也有通过从其他配置文件中自动创建单元配置，根据系统运行时的状态动态创建单元配置。单元的配置：1. 来自配置文件，2. 来自其他配置文件，自动创建当前单元的配置，3. 系统运行时得出的动态配置。

实体单元状态：active（started, bound, plugged, ...），inactive（stopped，unbound, unplugged, ...）, failed（启动失败）。一旦进入一个状态，将被记录。实体单元也有许多附加的子状态。

3. 实体单元

12种实体单元类型：
1. 服务单元（service units）：启动和控制 daemons 等进程，更多信息 man 5 systemd.service
2. 套接字单元（socket units）：封装本地在系统内等 IPC 或网络 socket，基于网络点激活，man 5 systemd.socket, man 7 daemon
3. 目标单元（target units）：用于对单元分组，或启动阶段更好同步点，man 5 systemd.target
4. 设备单元（device units）：基于设备点激活，内核使用的设备，man 5 systemd.device
5. 挂载单元（mount units）：控制在文件系统内的挂载点，man 5 systemd.mount
6. 自动挂载单元（automount units）：提供自动挂载能力，并行启动阶段文件系统挂载，man 5 systemd.automount
7. 快照单元（snapshot units）：可用来临时对实体单元集合对状态进行临时保存，之后可以从保存快照单元中恢复，man 5 systemd.snapshot
8. 定时器单元（timer units）：基于定时器来触发其他单元对激活，man 5 systemd.timer
9. 交换单元（swap units）：与挂载单元类型，封装了文件系统内存交换分区相关对象，man 5 systemd.swap
10. 路径单元（path units）：用来当文件系统的对象改变或被修改时，激活其他服务，man 5 systemd.path
11. 切片单元（slice units）：用于资源管理的目的来对单元进行分组，管理系统进程（如：服务单元、范围单元）在层次化树中，man 5 systemd.slice
12. 范围单元（scope units）：与服务单元类似，但是用来管理外部进程，而不是启动他们，man 5 systemd.scope

4. 依赖

systemd 包含许多种类的依赖：
1. 正向，反向需求(requirement)依赖（Requires= 和 Conflicts= ）
2. 顺序依赖（After= 和 Before=）
当在两个单元之间只存在需求依赖，而没有顺序依赖，两单元将并行启动。通常的模式是需求依赖和顺序依赖在两个单元内都进行配置，多数的依赖关系是由systemd隐式创建和维护的，配置文件内不需要手动进行配置。

应用程序可能在单元状态发生变化时，因配置的依赖关系而被请求启动。在systemd内，这样的请求被封装在'jobs'内，并维护在一个Job queue里面。Jobs可能成功或失败，他们的执行是顺序的，顺序依赖关系来自单元被调用时的顺序。

在启动阶段的systemd激活 target单元 default.target，它的工作是用来激活启动阶段的服务单元、和其他根据依赖关系拉起来的启动单元。通常单元名只是graphical.targe或者multi-user.target的一个符号链接别名。然而切换到其他目标也是一项需要慎重对待的管理任务。man 7 systemd.special查看关于这些目标单元更多的细节。

systemd进程存放在一个独立的Linux控制组（control groups），单元属于systemd层次的私有结构中。systemd使用这样的结构来有效跟踪进程。控制组信息在内核中维护，并且通过文件系统结构（/sys/fs/cgroup/systemd）或者工具来访问（ps xawf -eo pid,user,cgroup,args）。

5. 启动过程

systemd 解析顺序：
1. /usr/lib/systemd/system/default.target ->graphical.target

cat /usr/lib/systemd/system/default.target
[Unit]
Description=Graphical Interface
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=multi-user.target
Wants=display-manager.service
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=multi-user.target rescue.service rescue.target display-manager.service
AllowIsolate=yes

发现Requires，然后解析 multi-user.target

2. /usr/lib/systemd/system/multi-user.target

cat /usr/lib/systemd/system/multi-user.target
[Unit]
Description=Multi-User System
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=basic.target
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=basic.target rescue.service rescue.target
AllowIsolate=yes

包含的单元集合：
/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/
/usr/lib/systemd/system/multi-user.target.wants/

发现 Requires，然后解析 basic.target

3. /usr/lib/systemd/system/basic.target

cat /usr/lib/systemd/system/basic.target
[Unit]
Description=Basic System
Documentation=man:systemd.special(7)

Requires=sysinit.target
After=sysinit.target
Wants=sockets.target timers.target paths.target slices.target
After=sockets.target paths.target slices.target

包含的单元集合：
/etc/systemd/system/basic.target.wants/
/usr/lib/systemd/system/basic.target.wants/

basic.target是一个特殊单元，不能被重命名（systemd认这个名称，并执行了一些内置默认的启动操作）

发现 Requires，然后解析 sysinit.target

4. /usr/lib/systemd/system/sysinit.target

cat /usr/lib/systemd/system/sysinit.target
[Unit]
Description=System Initialization
Documentation=man:systemd.special(7)
Conflicts=emergency.service emergency.target
Wants=local-fs.target swap.target
After=local-fs.target swap.target emergency.service emergency.target

包含的单元集合：
/etc/systemd/system/sysinit.target.wants/
/usr/lib/systemd/system/sysinit.target.wants/

发现 After，然后解析 local-fs.target

5. /usr/lib/systemd/system/local-fs.target

cat /usr/lib/systemd/system/local-fs.target
[Unit]
Description=Local File Systems
Documentation=man:systemd.special(7)
DefaultDependencies=no
Conflicts=shutdown.target
After=local-fs-pre.target
OnFailure=emergency.target
OnFailureJobMode=replace-irreversibly

包含的单元集合：
/usr/lib/systemd/system/local-fs.target.wants/

发现 After，然后解析 local-fs-pre.target，pre.target是一个特殊target，内置了启动项。

6. 其他

要查看具体的启动顺序可以通过如下命令输入到文件，然后通过浏览器打开查看。
systemd-analyze plot > boot-sequence.html

列出所有正在运行的单元，按从初始化开始到启动所花的时间排序。
systemd-analyze blame