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[23901] 2015-05-18_走进Linux之syste启动过程

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2015-05-18_走进Linux之systemd启动过程 走 进 L i n u x 之 s y s t e m d 启 动 过 程 原 创   z p l 1 0 2 5   L i n u x 中 国   2 0 1 5 - 0 5 - 1 8
L i n u x 系 统 的 启 动 方 式 有 点 复 杂 ， 而 且 总 是 有 需 要 优 化 的 地 方 。 传 统 的 L i n u x 系 统 启 动 过 程 主 要 由 著 名 的 i n i t 进 程 （ 也 被 称 为 S y s V   i n i t 启 动 系 统 ） 处 理 ， 而 基 于 i n i t 的 启 动 系 统 被 认 为 有 效 率 不 足 的 问 题 ， s y s t e m d 是 L i n u x 系 统 机 器 的 另 一 种 启 动 方 式 ， 宣 称 弥 补 了 以 传 统 L i n u x   S y s V   i n i t 为 基 础 的 系 统 的 缺 点 。 在 这 里 我 们 将 着 重 讨 论 s y s t e m d 的 特 性 和 争 议 ， 但 是 为 了 更 好 地 理 解 它 ， 也 会 看 一 下 通 过 传 统 的 以 S y s V   i n i t 为 基 础 的 系 统 的 L i n u x 启 动 过 程 是 什 么 样 的 。 友 情 提 醒 一 下 ， s y s t e m d 仍 然 处 在 测 试 阶 段 ， 而 未 来 发 布 的 L i n u x 操 作 系 统 也 正 准 备 用 s y s t e m d 启 动 管 理 程 序 替 代 当 前 的 启 动 过 程 （ L C T T   译 注 ： 截 止 到 本 文 发 表 ， 主 流 的 L i n u x 发 行 版 已 经 有 很 多 采 用 了   s y s t e m d ） 。 理 解 L i n u x 启 动 过 程 在 我 们 打 开 L i n u x 电 脑 的 电 源 后 第 一 个 启 动 的 进 程 就 是 i n i t 。 分 配 给 i n i t 进 程 的 P I D 是 1 。 它 是 系 统 其 他 所 有 进 程 的 父 进 程 。 当 一 台 L i n u x 电 脑 启 动 后 ， 处 理 器 会 先 在 系 统 存 储 中 查 找 B I O S ， 之 后 B I O S 会 检 测 系 统 资 源 然 后 找 到 第 一 个 引 导 设 备 ， 通 常 为 硬 盘 ， 然 后 会 查 找 硬 盘 的 主 引 导 记 录 （ M B R ） ， 然 后 加 载 到 内 存 中 并 把 控 制 权 交 给 它 ， 以 后 的 启 动 过 程 就 由 M B R 控 制 。 主 引 导 记 录 会 初 始 化 引 导 程 序 （ L i n u x 上 有 两 个 著 名 的 引 导 程 序 ， G R U B 和 L I L O ， 8 0 % 的 L i n u x 系 统 在 用 G R U B 引 导 程 序 ） ， 这 个 时 候 G R U B 或 L I L O 会 加 载 内 核 模 块 。 内 核 会 马 上 查 找 / s b i n 下 的 “ i n i t ” 程 序 并 执 行 它 。 从 这 里 开 始 i n i t 成 为 了 L i n u x 系 统 的 父 进 程 。 i n i t 读 取 的 第 一 个 文 件 是 / e t c / i n i t t a b ， 通 过 它 i n i t 会 确 定 我 们 L i n u x 操 作 系 统 的 运 行 级 别 。 它 会 从 文 件 / e t c / f s t a b 里 查 找 分 区 表 信 息 然 后 做 相 应 的 挂 载 。 然 后 i n i t 会 启 动 / e t c / i n i t . d 里 指 定 的 默 认 启 动 级 别 的 所 有 服 务 / 脚 本 。 所 有 服 务 在 这 里 通 过 i n i t 一 个 一 个 被 初 始 化 。 在 这 个 过 程 里 ， i n i t 每 次 只 启 动 一 个 服 务 ， 所 有 服 务 / 守 护 进 程 都 在 后 台 执 行 并 由 i n i t 来 管 理 。 关 机 过 程 差 不 多 是 相 反 的 过 程 ， 首 先 i n i t 停 止 所 有 服 务 ， 最 后 阶 段 会 卸 载 文 件 系 统 。 以 上 提 到 的 启 动 过 程 有 一 些 不 足 的 地 方 。 而 用 一 种 更 好 的 方 式 来 替 代 传 统 i n i t 的 需 求 已 经 存 在 很 长 时 间 了 。 也 产 生 了 许 多 替 代 方 案 。 其 中 比 较 著 名 的 有 U p s t a r t ， E p o c h ， M u d a 和 S y s t e m d 。 而 S y s t e m d 获 得 最 多 关 注 并 被 认 为 是 目 前 最 佳 的 方 案 。
理 解 S y s t e m d 开 发 S y s t e m d 的 主 要 目 的 就 是 减 少 系 统 引 导 时 间 和 计 算 开 销 。 S y s t e m d （ 系 统 管 理 守 护 进 程 ） ， 最 开 始 以 G N U   G P L 协 议 授 权 开 发 ， 现 在 已 转 为 使 用 G N U   L G P L 协 议 ， 它 是 如 今 讨 论 最 热 烈 的 引 导 和 服 务 管 理 程 序 。 如 果 你 的 L i n u x 系 统 配 置 为 使 用 S y s t e m d 引 导 程 序 ， 它 取 替 传 统 的 S y s V i n i t ， 启 动 过 程 将 交 给 s y s t e m d 处 理 。 S y s t e m d 的 一 个 核 心 功 能 是 它 同 时 支 持 S y s V   i n i t 的 后 开 机 启 动 脚 本 。 S y s t e m d 引 入 了 并 行 启 动 的 概 念 ， 它 会 为 每 个 需 要 启 动 的 守 护 进 程 建 立 一 个 套 接 字 ， 这 些 套 接 字 对 于 使 用 它 们 的 进 程 来 说 是 抽 象 的 ， 这 样 它 们 可 以 允 许 不 同 守 护 进 程 之 间 进 行 交 互 。 S y s t e m d 会 创 建 新 进 程 并 为 每 个 进 程 分 配 一 个 控 制 组 （ c g r o u p ） 。 处 于 不 同 控 制 组 的 进 程 之 间 可 以 通 过 内 核 来 互 相 通 信 。 s y s t e m d 处 理 开 机 启 动 进 程 的 方 式 非 常 漂 亮 ， 和 传 统 基 于 i n i t 的 系 统 比 起 来 优 化 了 太 多 。 让 我 们 看 下 S y s t e m d 的 一 些 核 心 功 能 。 和 i n i t 比 起 来 引 导 过 程 简 化 了 很 多 S y s t e m d 支 持 并 发 引 导 过 程 从 而 可 以 更 快 启 动 通 过 控 制 组 来 追 踪 进 程 ， 而 不 是 P I D 优 化 了 处 理 引 导 过 程 和 服 务 之 间 依 赖 的 方 式 支 持 系 统 快 照 和 恢 复 监 控 已 启 动 的 服 务 ； 也 支 持 重 启 已 崩 溃 服 务 包 含 了 s y s t e m d - l o g i n 模 块 用 于 控 制 用 户 登 录 支 持 加 载 和 卸 载 组 件 低 内 存 使 用 痕 迹 以 及 任 务 调 度 能 力 记 录 事 件 的 J o u r n a l d 模 块 和 记 录 系 统 日 志 的 s y s l o g d 模 块 S y s t e m d 同 时 也 清 晰 地 处 理 了 系 统 关 机 过 程 。 它 在 / u s r / l i b / s y s t e m d / 目 录 下 有 三 个 脚 本 ， 分 别 叫 s y s t e m d - h a l t . s e r v i c e ， s y s t e m d - p o w e r o f f . s e r v i c e ， s y s t e m d - r e b o o t . s e r v i c e 。 这 几 个 脚 本 会 在 用 户 选 择 关 机 ， 重 启 或 待 机 时 执 行 。 在 接 收 到 关 机 事 件 时 ， s y s t e m d 首 先 卸 载 所 有 文 件 系 统 并 停 止 所 有 内 存 交 换 设 备 ， 断 开 存 储 设 备 ， 之 后 停 止 所 有 剩 下 的 进 程 。
S y s t e m d 结 构 概 览 让 我 们 看 一 下 L i n u x 系 统 在 使 用 s y s t e m d 作 为 引 导 程 序 时 的 开 机 启 动 过 程 的 结 构 性 细 节 。 为 了 简 单 ， 我 们 将 在 下 面 按 步 骤 列 出 来 这 个 过 程 ：
1 .   当 你 打 开 电 源 后 电 脑 所 做 的 第 一 件 事 情 就 是 B I O S 初 始 化 。 B I O S 会 读 取 引 导 设 备 设 定 ， 定 位 并 传 递 系 统 控 制 权 给 M B R （ 假 设 硬 盘 是 第 一 引 导 设 备 ） 。 2 .   M B R 从 G r u b 或 L I L O 引 导 程 序 读 取 相 关 信 息 并 初 始 化 内 核 。 接 下 来 将 由 G r u b 或 L I L O 继 续 引 导 系 统 。 如 果 你 在 g r u b 配 置 文 件 里 指 定 了 s y s t e m d 作 为 引 导 管 理 程 序 ， 之 后 的 引 导 过 程 将 由 s y s t e m d 完 成 。 S y s t e m d 使 用 “ t a r g e t ” 来 处 理 引 导 和 服 务 管 理 过 程 。 这 些 s y s t e m d 里 的 “ t a r g e t ” 文 件 被 用 于 分 组 不 同 的 引 导 单 元 以 及 启 动 同 步 进 程 。 3 .   s y s t e m d 执 行 的 第 一 个 目 标 是 d e f a u l t . t a r g e t 。 但 实 际 上 d e f a u l t . t a r g e t 是 指 向 g r a p h i c a l . t a r g e t 的 软 链 接 。 L i n u x 里 的 软 链 接 用 起 来 和 W i n d o w s 下 的 快 捷 方 式 一 样 。 文 件 G r a p h i c a l . t a r g e t 的 实 际 位 置 是 / u s r / l i b / s y s t e m d / s y s t e m / g r a p h i c a l . t a r g e t 。 在 下 面 的 截 图 里 显 示 了 g r a p h i c a l . t a r g e t 文 件 的 内 容 。 4 .   在 这 个 阶 段 ， 会 启 动 m u l t i - u s e r . t a r g e t 而 这 个 t a r g e t 将 自 己 的 子 单 元 放 在 目 录 “ / e t c / s y s t e m d / s y s t e m / m u l t i - u s e r . t a r g e t . w a n t s ” 里 。 这 个 t a r g e t 为 多 用 户 支 持 设 定 系 统 环 境 。 非 r o o t 用 户 会 在 这 个 阶 段 的 引 导 过 程 中 启 用 。 防 火 墙 相 关 的 服 务 也 会 在 这 个 阶 段 启 动 。 " m u l t i - u s e r . t a r g e t " 会 将 控 制 权 交 给 另 一 层 “ b a s i c . t a r g e t ” 。 5 .   " b a s i c . t a r g e t " 单 元 用 于 启 动 普 通 服 务 特 别 是 图 形 管 理 服 务 。 它 通 过 / e t c / s y s t e m d / s y s t e m / b a s i c . t a r g e t . w a n t s 目 录 来 决 定 哪 些 服 务 会 被 启 动 ， b a s i c . t a r g e t 之 后 将 控 制 权 交 给 s y s i n i t . t a r g e t . 6 .   " s y s i n i t . t a r g e t " 会 启 动 重 要 的 系 统 服 务 例 如 系 统 挂 载 ， 内 存 交 换 空 间 和 设 备 ， 内 核 补 充 选 项 等 等 。 s y s i n i t . t a r g e t 在 启 动 过 程 中 会 传 递 给 l o c a l - f s . t a r g e t 。 这 个 t a r g e t 单 元 的 内 容 如 下 面 截 图 里 所 展 示 。 7 .   l o c a l - f s . t a r g e t ， 这 个 t a r g e t 单 元 不 会 启 动 用 户 相 关 的 服 务 ， 它 只 处 理 底 层 核 心 服 务 。 这 个 t a r g e t 会 根 据 / e t c / f s t a b 和 / e t c / i n i t t a b 来 执 行 相 关 操 作 。 系 统 引 导 性 能 分 析 S y s t e m d 提 供 了 工 具 用 于 识 别 和 定 位 引 导 相 关 的 问 题 或 性 能 影 响 。 S y s t e m d - a n a l y z e 是 一 个 内 建 的 命 令 ， 可 以 用 来 检 测 引 导 过 程 。 你 可 以 找 出 在 启 动 过 程 中 出 错 的 单 元 ， 然 后 跟 踪 并 改 正 引 导 组 件 的 问 题 。 在 下 面 列 出 一 些 常 用 的 s y s t e m d - a n a l y z e 命 令 。
s y s t e m d - a n a l y z e   t i m e   用 于 显 示 内 核 和 普 通 用 户 空 间 启 动 时 所 花 的 时 间 。 2 .   s y s t e m d - a n a l y z e   b l a m e   会 列 出 所 有 正 在 运 行 的 单 元 ， 按 从 初 始 化 开 始 到 当 前 所 花 的 时 间 排 序 ， 通 过 这 种 方 式 你 就 知 道 哪 些 服 务 在 引 导 过 程 中 要 花 较 长 时 间 来 启 动 。 2 .   s y s t e m d - a n a l y z e   v e r i f y   显 示 在 所 有 系 统 单 元 中 是 否 有 语 法 错 误 。 s y s t e m d - a n a l y z e   p l o t   可 以 用 来 把 整 个 引 导 过 程 写 入 一 个 S V G 格 式 文 件 里 。 整 个 引 导 过 程 非 常 长 不 方 便 阅 读 ， 所 以 通 过 这 个 命 令 我 们 可 以 把 输 出 写 入 一 个 文 件 ， 之 后 再 查 看 和 分 析 。 下 面 这 个 命 令 就 是 做 这 个 。 S y s t e m d 的 争 议 S y s t e m d 并 没 有 幸 运 地 获 得 所 有 人 的 青 睐 ， 一 些 专 家 和 管 理 员 对 于 它 的 工 作 方 式 和 开 发 有 不 同 意 见 。 根 据 对 于 S y s t e m d 的 批 评 ， 它 不 是 “ 类 U n i x ” 方 式 因 为 它 试 着 替 换 一 些 系 统 服 务 。 一 些 专 家 也 不 喜 欢 使 用 二 进 制 配 置 文 件 的 想 法 。 据 说 编 辑 s y s t e m d 配 置 非 常 困 难 而 且 没 有 一 个 可 用 的 图 形 工 具 。 如 何 在 U b u n t u   1 4 . 0 4 和 1 2 . 0 4 上 测 试 S y s t e m d 本 来 ， U b u n t u 决 定 从 U b u n t u   1 6 . 0 4   L T S 开 始 使 用 S y s t e m d 来 替 换 当 前 的 引 导 过 程 。 U b u n t u   1 6 . 0 4 预 计 在 2 0 1 6 年 4 月 发 布 ， 但 是 考 虑 到 S y s t e m d 的 流 行 和 需 求 ， 刚 刚 发 布 的 U b u n t u   1 5 . 0 4 采 用 它 作 为 默 认 引 导 程 序 。 另 外 ， U b u n t u   1 4 . 0 4   T r u s t y   T a h r 和 U b u n t u   1 2 . 0 4   P r e c i s e   P a n g o l i n 的 用 户 可 以 在 他 们 的 机 器 上 测 试 S y s t e m d 。 测 试 过 程 并 不 复 杂 ， 你 所 要 做 的 只 是 把 相 关 的 P P A 包 含 到 系 统 中 ， 更 新 仓 库 并 升 级 系 统 。 声 明 声 明 ： 请 注 意 它 仍 然 处 于 U b u n t u 的 测 试 和 开 发 阶 段 。 升 级 测 试 包 可 能 会 带 来 一 些 未 知 错 误 ， 最 坏 的 情 况 下 有 可 能 损 坏 你 的 系 统 配 置 。 请 确 保 在 尝 试 升 级 前 已 经 备 份 好 重 要 数 据 。 在 终 端 里 运 行 下 面 的 命 令 来 添 加 P P A 到 你 的 U b u n t u 系 统 里 ： 你 将 会 看 到 警 告 信 息 因 为 我 们 尝 试 使 用 临 时 / 测 试 P P A ， 而 它 们 是 不 建 议 用 于 实 际 工 作 机 器 上 的 。 1 .   $   s y s t e m d - a n a l y z e   t i m e 3 .   S t a r t u p   f i n i s h e d   i n   1 4 4 0 m s   ( k e r n e l )   +   3 4 4 4 m s   ( u s e r s p a c e ) 1 .   $   s y s t e m d - a n a l y z e   b l a m e 3 .   2 0 0 1 m s   m y s q l d . s e r v i c e 4 .   2 3 4 m s   h t t p d . s e r v i c e 5 .   1 9 1 m s   v m m s . s e r v i c e 1 .   s y s t e m d - a n a l y z e   p l o t   >   b o o t . s v g 1 .   s u d o   a d d - a p t - r e p o s i t o r y   p p a : p i t t i / s y s t e m d
然 后 运 行 下 面 的 命 令 更 新 A P T 包 管 理 仓 库 。 运 行 下 面 的 命 令 升 级 系 统 。 就 这 些 ， 你 应 该 已 经 可 以 在 你 的 U b u n t u 系 统 里 看 到 S y s t e m d 配 置 文 件 了 ， 打 开 / l i b / s y s t e m d / 目 录 可 以 看 到 这 些 文 件 。 好 吧 ， 现 在 让 我 们 编 辑 一 下 g r u b 配 置 文 件 指 定 s y s t e m d 作 为 默 认 引 导 程 序 。 可 以 使 用 G e d i t 文 字 编 辑 器 编 辑 g r u b 配 置 文 件 。 1 .   s u d o   a p t - g e t   u p d a t e 1 .   s u d o   a p t - g e t   d i s t - u p g r a d e 1 .   s u d o   g e d i t   / e t c / d e f a u l t / g r u b
在 文 件 里 修 改 G R U B C M D L I N E L I N U X _ D E F A U L T 项 ， 设 定 它 的 参 数 为 ： “ i n i t = / l i b / s y s t e m d / s y s t e m d ” 就 这 样 ， 你 的 U b u n t u 系 统 已 经 不 再 使 用 传 统 的 引 导 程 序 了 ， 改 为 使 用 S y s t e m d 管 理 器 。 重 启 你 的 机 器 然 后 查 看 s y s t e m d 引 导 过 程 吧 。 结 论 S y s t e m d 毫 无 疑 问 为 改 进 L i n u x 引 导 过 程 前 进 了 一 大 步 ； 它 包 含 了 一 套 漂 亮 的 库 和 守 护 进 程 配 合 工 作 来 优 化 系 统 引 导 和 关 闭 过 程 。 许 多 L i n u x 发 行 版 正 准 备 将 它 作 为 自 己 的 正 式 引 导 程 序 。 在 以 后 的 L i n u x 发 行 版 中 ， 我 们 将 有 望 看 到 s y s t e m d 开 机 。 但 是 另 一 方 面 ， 为 了 获 得 成 功 并 广 泛 应 用 ， s y s t e m d 仍 需 要 认 真 处 理 批 评 意 见 。 v i a :   h t t p : / / l i n o x i d e . c o m / l i n u x - h o w - t o / s y s t e m d - b o o t - p r o c e s s / 作 者 ： A u n   R a z a   译 者 ： z p l 1 0 2 5   校 对 ： w x y 本 文 由   L C T T   原 创 翻 译 ， L i n u x 中 国   荣 誉 推 出
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