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[23375] 2014-12-13_浅析Linux初始化init系统Syste

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2014-12-13_浅析Linux初始化init系统Systemd 浅 析   L i n u x   初 始 化   i n i t   系 统 :   S y s t e m d L i n u x 中 国   2 0 1 4 - 1 2 - 1 3 S y s t e m d   的 简 介 和 特 点 S y s t e m d   是   L i n u x   系 统 中 最 新 的 初 始 化 系 统 （ i n i t ） ， 它 主 要 的 设 计 目 标 是 克 服   s y s v i n i t   固 有 的 缺 点 ， 提 高 系 统 的 启 动 速 度 。 s y s t e m d   和 u b u n t u   的   u p s t a r t   是 竞 争 对 手 ， 预 计 会 取 代   U p S t a r t ， 实 际 上 在 作 者 写 作 本 文 时 ， 已 经 有 消 息 称   U b u n t u   也 将 采 用   s y s t e m d   作 为 其 标 准 的 系 统 初 始 化 系 统 。 S y s t e m d   的 很 多 概 念 来 源 于 苹 果   M a c   O S   操 作 系 统 上 的   l a u n c h d ， 不 过   l a u n c h d   专 用 于 苹 果 系 统 ， 因 此 长 期 未 能 获 得 应 有 的 广 泛 关 注 。 S y s t e m d   借 鉴 了 很 多   l a u n c h d   的 思 想 ， 它 的 重 要 特 性 如 下 ： 同   S y s V i n i t   和   L S B   i n i t   s c r i p t s   兼 容 S y s t e m d   是 一 个 " 新 来 的 " ， L i n u x   上 的 很 多 应 用 程 序 并 没 有 来 得 及 为 它 做 相 应 的 改 变 。 和   U p S t a r t   一 样 ， s y s t e m d   引 入 了 新 的 配 置 方 式 ， 对 应 用 程 序 的 开 发 也 有 一 些 新 的 要 求 。 如 果   s y s t e m d   想 替 代 目 前 正 在 运 行 的 初 始 化 系 统 ， 就 必 须 和 现 有 程 序 兼 容 。 任 何 一 个   L i n u x   发 行 版 都 很 难 为 了 采 用   s y s t e m d   而 在 短 时 间 内 将 所 有 的 服 务 代 码 都 修 改 一 遍 。 S y s t e m d   提 供 了 和   S y s v i n i t   以 及   L S B   i n i t s c r i p t s   兼 容 的 特 性 。 系 统 中 已 经 存 在 的 服 务 和 进 程 无 需 修 改 。 这 降 低 了 系 统 向   s y s t e m d   迁 移 的 成 本 ， 使 得   s y s t e m d   替 换 现 有 初 始 化 系 统 成 为 可 能 。 更 快 的 启 动 速 度 S y s t e m d   提 供 了 比   U p S t a r t   更 激 进 的 并 行 启 动 能 力 ， 采 用 了   s o c k e t   /   D - B u s   a c t i v a t i o n   等 技 术 启 动 服 务 。 一 个 显 而 易 见 的 结 果 就 是 ： 更 快 的 启 动 速 度 。 为 了 减 少 系 统 启 动 时 间 ， s y s t e m d   的 目 标 是 ： 尽 可 能 启 动 更 少 的 进 程 尽 可 能 将 更 多 进 程 并 行 启 动
同 样 地 ， U p S t a r t   也 试 图 实 现 这 两 个 目 标 。 U p S t a r t   采 用 事 件 驱 动 机 制 ， 服 务 可 以 暂 不 启 动 ， 当 需 要 的 时 候 才 通 过 事 件 触 发 其 启 动 ， 这 符 合 第 一 个 设 计 目 标 ； 此 外 ， 不 相 干 的 服 务 可 以 并 行 启 动 ， 这 也 实 现 了 第 二 个 目 标 。 下 面 的 图 形 演 示 了   U p S t a r t   相 对 于   S y s V I n i t   在 并 发 启 动 这 个 方 面 的 改 进 ： 图   1 .   U p S t a r t   对   S y s V i n i t   的 改 进 假 设 有   7   个 不 同 的 启 动 项 目 ，   比 如   J o b A 、 J o b   B   等 等 。 在   S y s V I n i t   中 ， 每 一 个 启 动 项 目 都 由 一 个 独 立 的 脚 本 负 责 ， 它 们 由   s y s V i n i t   顺 序 地 ， 串 行 地 调 用 。 因 此 总 的 启 动 时 间 为   T 1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 + T 6 + T 7 。 其 中 一 些 任 务 有 依 赖 关 系 ， 比 如   A , B , C , D 。 而   J o b   E   和   F   却 和   A , B , C , D   无 关 。 这 种 情 况 下 ， U p S t a r t   能 够 并 发 地 运 行 任 务 { E ， F ， ( A , B , C , D ) } ， 使 得 总 的 启 动 时 间 减 少 为   T 1 + T 2 + T 3 。 这 无 疑 增 加 了 系 统 启 动 的 并 行 性 ， 从 而 提 高 了 系 统 启 动 速 度 。 但 是 在   U p S t a r t   中 ， 有 依 赖 关 系 的 服 务 还 是 必 须 先 后 启 动 。 比 如 任 务   A , B , ( C , D ) 因 为 存 在 依 赖 关 系 ， 所 以 在 这 个 局 部 ， 还 是 串 行 执 行 。 让 我 们 例 举 一 些 例 子 ，   A v a h i   服 务 需 要   D - B u s   提 供 的 功 能 ， 因 此   A v a h i   的 启 动 依 赖 于   D - B u s ， U p S t a r t   中 ， A v a h i   必 须 等 到   D - B u s   启 动 就 绪 之 后 才 开 始 启 动 。 类 似 的 ， l i v i r t d   和   X 1 1   都 需 要   H A L   服 务 先 启 动 ， 而 所 有 这 些 服 务 都 需 要   s y s l o g   服 务 记 录 日 志 ， 因 此 它 们 都 必 须 等 待   s y s l o g 服 务 先 启 动 起 来 。 然 而   h t t p d   和 他 们 都 没 有 关 系 ， 因 此   h t t p d   可 以 和   A v a h i   等 服 务 并 发 启 动 。 S y s t e m d   能 够 更 进 一 步 提 高 并 发 性 ， 即 便 对 于 那 些   U p S t a r t   认 为 存 在 相 互 依 赖 而 必 须 串 行 的 服 务 ， 比 如   A v a h i   和   D - B u s   也 可 以 并 发 启 动 。 从 而 实 现 如 下 图 所 示 的 并 发 启 动 过 程 ： 图   2 .   s y s t e m d   的 并 发 启 动 所 有 的 任 务 都 同 时 并 发 执 行 ， 总 的 启 动 时 间 被 进 一 步 降 低 为   T 1 。 可 见   s y s t e m d   比   U p S t a r t   更 进 一 步 提 高 了 并 行 启 动 能 力 ， 极 大 地 加 速 了 系 统 启 动 时 间 。 s y s t e m d   提 供 按 需 启 动 能 力 当   s y s v i n i t   系 统 初 始 化 的 时 候 ， 它 会 将 所 有 可 能 用 到 的 后 台 服 务 进 程 全 部 启 动 运 行 。 并 且 系 统 必 须 等 待 所 有 的 服 务 都 启 动 就 绪 之 后 ， 才 允 许 用 户 登 录 。 这 种 做 法 有 两 个 缺 点 ： 首 先 是 启 动 时 间 过 长 ； 其 次 是 系 统 资 源 浪 费 。 某 些 服 务 很 可 能 在 很 长 一 段 时 间 内 ， 甚 至 整 个 服 务 器 运 行 期 间 都 没 有 被 使 用 过 。 比 如   C U P S ， 打 印 服 务 在 多 数 服 务 器 上 很 少 被 真 正 使 用 到 。 您 可 能 没 有 想 到 ， 在 很 多 服 务 器 上   S S H D   也 是 很 少 被 真 正 访 问 到 的 。 花 费 在 启 动 这 些 服 务 上 的 时 间 是 不 必 要 的 ； 同 样 ， 花 费 在 这 些 服 务 上 的 系 统 资 源 也 是 一 种 浪 费 。 S y s t e m d   可 以 提 供 按 需 启 动 的 能 力 ， 只 有 在 某 个 服 务 被 真 正 请 求 的 时 候 才 启 动 它 。 当 该 服 务 结 束 ， s y s t e m d   可 以 关 闭 它 ， 等 待 下 次 需 要 时 再 次 启 动 它 。
S y s t e m d   采 用   L i n u x   的   C g r o u p   特 性 跟 踪 和 管 理 进 程 的 生 命 周 期 i n i t   系 统 的 一 个 重 要 职 责 就 是 负 责 跟 踪 和 管 理 服 务 进 程 的 生 命 周 期 。 它 不 仅 可 以 启 动 一 个 服 务 ， 也 必 须 也 能 够 停 止 服 务 。 这 看 上 去 没 有 什 么 特 别 的 ， 然 而 在 真 正 用 代 码 实 现 的 时 候 ， 您 或 许 会 发 现 停 止 服 务 比 一 开 始 想 的 要 困 难 。 服 务 进 程 一 般 都 会 作 为 精 灵 进 程 （ d a e m o n ） 在 后 台 运 行 ， 为 此 服 务 程 序 有 时 候 会 派 生 ( f o r k ) 两 次 。 在   U p S t a r t   中 ， 需 要 在 配 置 文 件 中 正 确 地 配 置   e x p e c t   小 节 。 这 样   U p S t a r t   通 过 对   f o r k   系 统 调 用 进 行 计 数 ， 从 而 获 知 真 正 的 精 灵 进 程 的   P I D   号 。 比 如 图   3   所 示 的 例 子 ： 图   3 .   找 到 正 确   p i d 如 果   U p S t a r t   找 错 了 ， 将   p 1 ` 作 为 服 务 进 程 的   P i d ， 那 么 停 止 服 务 的 时 候 ， U p S t a r t   会 试 图 杀 死   p 1 ` 进 程 ， 而 真 正 的   p 1 ` ` 进 程 则 继 续 执 行 。 换 句 话 说 该 服 务 就 失 去 控 制 了 。 还 有 更 加 特 殊 的 情 况 。 比 如 ， 一 个   C G I   程 序 会 派 生 两 次 ， 从 而 脱 离 了 和   A p a c h e   的 父 子 关 系 。 当   A p a c h e   进 程 被 停 止 后 ， 该   C G I   程 序 还 在 继 续 运 行 。 而 我 们 希 望 服 务 停 止 后 ， 所 有 由 它 所 启 动 的 相 关 进 程 也 被 停 止 。 为 了 处 理 这 类 问 题 ， U p S t a r t   通 过   s t r a c e   来 跟 踪   f o r k 、 e x i t   等 系 统 调 用 ， 但 是 这 种 方 法 很 笨 拙 ， 且 缺 乏 可 扩 展 性 。 s y s t e m d   则 利 用 了   L i n u x   内 核 的 特 性 即   C G r o u p   来 完 成 跟 踪 的 任 务 。 当 停 止 服 务 时 ， 通 过 查 询   C G r o u p ， s y s t e m d   可 以 确 保 找 到 所 有 的 相 关 进 程 ， 从 而 干 净 地 停 止 服 务 。 C G r o u p   已 经 出 现 了 很 久 ， 它 主 要 用 来 实 现 系 统 资 源 配 额 管 理 。 C G r o u p   提 供 了 类 似 文 件 系 统 的 接 口 ， 使 用 方 便 。 当 进 程 创 建 子 进 程 时 ， 子 进 程 会 继 承 父 进 程 的   C G r o u p 。 因 此 无 论 服 务 如 何 启 动 新 的 子 进 程 ， 所 有 的 这 些 相 关 进 程 都 会 属 于 同 一 个   C G r o u p ， s y s t e m d   只 需 要 简 单 地 遍 历 指 定 的   C G r o u p   即 可 正 确 地 找 到 所 有 的 相 关 进 程 ， 将 它 们 一 一 停 止 即 可 。 启 动 挂 载 点 和 自 动 挂 载 的 管 理 传 统 的   L i n u x   系 统 中 ， 用 户 可 以 用 / e t c / f s t a b   文 件 来 维 护 固 定 的 文 件 系 统 挂 载 点 。 这 些 挂 载 点 在 系 统 启 动 过 程 中 被 自 动 挂 载 ， 一 旦 启 动 过 程 结 束 ， 这 些 挂 载 点 就 会 确 保 存 在 。 这 些 挂 载 点 都 是 对 系 统 运 行 至 关 重 要 的 文 件 系 统 ， 比 如   H O M E   目 录 。 和   s y s v i n i t   一 样 ， S y s t e m d   管 理 这 些 挂 载 点 ， 以 便 能 够 在 系 统 启 动 时 自 动 挂 载 它 们 。 S y s t e m d   还 兼 容 / e t c / f s t a b   文 件 ， 您 可 以 继 续 使 用 该 文 件 管 理 挂 载 点 。 有 时 候 用 户 还 需 要 动 态 挂 载 点 ， 比 如 打 算 访 问   D V D   内 容 时 ， 才 临 时 执 行 挂 载 以 便 访 问 其 中 的 内 容 ， 而 不 访 问 光 盘 时 该 挂 载 点 被 取 消 ( u m o u n t ) ， 以 便 节 约 资 源 。 传 统 地 ， 人 们 依 赖   a u t o f s   服 务 来 实 现 这 种 功 能 。 S y s t e m d   内 建 了 自 动 挂 载 服 务 ， 无 需 另 外 安 装   a u t o f s   服 务 ， 可 以 直 接 使 用   s y s t e m d   提 供 的 自 动 挂 载 管 理 能 力 来 实 现   a u t o f s   的 功 能 。 实 现 事 务 性 依 赖 关 系 管 理 系 统 启 动 过 程 是 由 很 多 的 独 立 工 作 共 同 组 成 的 ， 这 些 工 作 之 间 可 能 存 在 依 赖 关 系 ， 比 如 挂 载 一 个   N F S   文 件 系 统 必 须 依 赖 网 络 能 够 正 常 工 作 。 S y s t e m d   虽 然 能 够 最 大 限 度 地 并 发 执 行 很 多 有 依 赖 关 系 的 工 作 ， 但 是 类 似 " 挂 载   N F S " 和 " 启 动 网 络 " 这 样 的 工 作 还 是 存 在 天 生 的 先 后 依 赖 关 系 ， 无 法 并 发 执 行 。 对 于 这 些 任 务 ， s y s t e m d   维 护 一 个 " 事 务 一 致 性 " 的 概 念 ， 保 证 所 有 相 关 的 服 务 都 可 以 正 常 启 动 而 不 会 出 现 互 相 依 赖 ， 以 至 于 死 锁 的 情 况 。 能 够 对 系 统 进 行 快 照 和 恢 复 s y s t e m d   支 持 按 需 启 动 ， 因 此 系 统 的 运 行 状 态 是 动 态 变 化 的 ， 人 们 无 法 准 确 地 知 道 系 统 当 前 运 行 了 哪 些 服 务 。 S y s t e m d   快 照 提 供 了 一 种 将 当
前 系 统 运 行 状 态 保 存 并 恢 复 的 能 力 。 比 如 系 统 当 前 正 运 行 服 务   A   和   B ， 可 以 用   s y s t e m d   命 令 行 对 当 前 系 统 运 行 状 况 创 建 快 照 。 然 后 将 进 程   A   停 止 ， 或 者 做 其 他 的 任 意 的 对 系 统 的 改 变 ， 比 如 启 动 新 的 进 程   C 。 在 这 些 改 变 之 后 ， 运 行   s y s t e m d   的 快 照 恢 复 命 令 ， 就 可 立 即 将 系 统 恢 复 到 快 照 时 刻 的 状 态 ， 即 只 有 服 务 A ， B   在 运 行 。 一 个 可 能 的 应 用 场 景 是 调 试 ： 比 如 服 务 器 出 现 一 些 异 常 ， 为 了 调 试 用 户 将 当 前 状 态 保 存 为 快 照 ， 然 后 可 以 进 行 任 意 的 操 作 ， 比 如 停 止 服 务 等 等 。 等 调 试 结 束 ， 恢 复 快 照 即 可 。 这 个 快 照 功 能 目 前 在   s y s t e m d   中 并 不 完 善 ， 似 乎 开 发 人 员 也 没 有 特 别 关 注 它 ， 因 此 有 报 告 指 出 它 还 存 在 一 些 使 用 上 的 问 题 ， 使 用 时 尚 需 慎 重 。 阅 读 原 文
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