Systemd 与 Systemd 服务文件详解及实战

Systemd 与 Systemd 服务文件详解及实战

systemd 是现代 Linux 系统中的系统和服务管理器，用于取代传统的 init 系统，具备启动速度快、依赖管理灵活等优势。systemd 引入了服务文件的概念，使服务定义和管理更加规范化。通过使用 systemd，管理员可以精确控制服务的启动顺序、依赖关系和重启策略。本文将对 systemd 的结构和服务文件进行详细讲解，并结合实战实例帮助更好地理解和掌握 systemd。

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一、Systemd 背景与特点

systemd 由 Lennart Poettering 和 Kay Sievers 于 2010 年开发，旨在解决传统 System V init 和 Upstart 系统的局限性。自发布以来，systemd 已成为 Fedora、Debian、Ubuntu 等多种 Linux 发行版的默认初始化系统。

systemd 的主要特点包括：

1. 并行启动：systemd 通过依赖关系和按需加载优化启动速度，使服务可在指定顺序并行启动。
2. 精细的依赖管理：支持按需定义服务的硬依赖和软依赖，确保服务按正确顺序启动或停止。
3. 事件触发启动：通过 socket、device、timer 等机制可以按需求启动服务。
4. 单元化管理：将系统组件抽象为单元（unit），包括服务、挂载点、套接字等，便于集中管理。
5. 内置日志管理（journald）：systemd 包含 journald 日志守护进程，可收集和记录所有服务日志，方便诊断和分析。

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二、Systemd 服务文件概述

Systemd 服务文件用于定义服务的启动、停止、依赖等属性，每个服务文件对应一个单元（unit），通常以 .service 结尾。systemd 会根据服务文件中的配置管理该服务的生命周期。

1. 服务文件目录结构：

   • /etc/systemd/system/：用户自定义的服务文件存放目录，优先级最高，适用于自定义配置。
   • /lib/systemd/system/：系统默认的服务文件存放目录，通常由系统软件包提供。
   • /run/systemd/system/：动态生成的服务文件存放目录，通常用于临时会话或自动生成的配置。

   在加载服务文件时，systemd 会按照 /etc、/run、/lib 的顺序查找服务文件，保证用户配置的优先级。

2. 服务文件结构：
   一个典型的 systemd 服务文件包含 [Unit]、[Service] 和 [Install] 三个部分：

   • [Unit]：定义服务的描述和依赖关系。

     • Description：简要描述服务的用途。
     • After：指定服务在其他服务启动后再启动。
     • Requires 和 Wants：定义服务的依赖关系，Requires 表示硬依赖，Wants 表示软依赖。

   • [Service]：描述服务的实际行为、启动方式及重启策略。

     • ExecStart：启动服务时执行的命令。
     • ExecStop：停止服务时执行的命令。
     • Restart：定义服务的重启策略（如 always 表示服务异常停止时自动重启）。
     • Type：指定服务启动的类型（simple、forking、oneshot 等）。

   • [Install]：指定服务的安装行为，常用于设置服务在系统启动时的目标。

     • WantedBy：定义服务在特定目标（如 multi-user.target）下启动。

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三、Systemd 服务文件的关键配置项

1. ExecStart 和 ExecStop

   • ExecStart 定义了服务启动时运行的命令，通常包含完整的执行路径和必要参数。
   • ExecStop 定义了停止服务时的执行命令，用于进行服务的清理操作。

2. Type

   • simple：默认类型，ExecStart 命令启动后即认为服务已启动。
   • forking：服务通过 fork 子进程运行，父进程退出。
   • oneshot：适用于一次性任务，执行完 ExecStart 后即停止。
   • notify：服务完成初始化后发送通知给 systemd。

3. Restart

   • always：服务异常停止后自动重启。
   • on-failure：仅在服务非正常退出时重启。
   • no：服务不自动重启。

4. WantedBy

   • 通常用于 [Install] 部分，指定服务关联的目标单元。例如 multi-user.target 表示服务将随多用户模式启动。

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四、Systemd 服务文件实例及解释

下面通过实例讲解如何创建和配置 systemd 服务文件。

实例 1：创建简单的服务文件

假设我们有一个应用程序 myapp，并希望将其设置为系统服务，使其在系统启动时自动运行。

1. 创建 /etc/systemd/system/myapp.service 文件，内容如下：

   [Unit]
   Description=My Application Service
   After=network.target
   
   [Service]
   Type=simple
   ExecStart=/usr/local/bin/myapp
   Restart=always
   User=myappuser
   Group=myappgroup
   
   [Install]
   WantedBy=multi-user.target
   

2. 配置解释：

   • [Unit] 部分：
     • Description 描述服务用途。
     • After=network.target 指定 myapp 在网络启动后运行。
   • [Service] 部分：
     • ExecStart 定义服务启动命令。
     • Restart=always 保证服务异常停止时会自动重启。
     • User 和 Group 指定服务运行的用户和组。
   • [Install] 部分：
     • WantedBy=multi-user.target 使服务在多用户模式下自动运行。

3. 启用并启动服务：

   systemctl enable myapp.service
   systemctl start myapp.service
   

4. 检查服务状态：

   systemctl status myapp.service
   

实例 2：创建定时任务服务

使用 systemd 可以实现定时任务功能，替代 cron。以下配置会每分钟执行一次指定任务。

1. 创建 /etc/systemd/system/mytimer.timer 文件：

   [Unit]
   Description=Run my application every minute
   
   [Timer]
   OnCalendar=*-*-* *:*:00
   Persistent=true
   
   [Install]
   WantedBy=timers.target
   

2. 创建 /etc/systemd/system/mytimer.service 文件，指定任务：

   [Unit]
   Description=My Timer Service
   
   [Service]
   Type=oneshot
   ExecStart=/usr/local/bin/mytask.sh
   

3. 启用并启动定时器：

   systemctl enable mytimer.timer
   systemctl start mytimer.timer
   

   此配置将在每分钟的开始时运行 /usr/local/bin/mytask.sh 脚本，Persistent=true 确保即使系统关机，定时器也能在恢复后立即补执行错过的任务。

实例 3：监控服务自动重启

创建一个服务，配置为在服务失败时自动重启，并记录每次重启时间。

1. 创建 /etc/systemd/system/reliable.service 文件：

   [Unit]
   Description=Reliable Application Service
   After=network.target
   
   [Service]
   ExecStart=/usr/local/bin/reliable_app
   Restart=on-failure
   RestartSec=5
   StandardOutput=journal
   StandardError=journal
   
   [Install]
   WantedBy=multi-user.target
   

2. 配置说明：

   • Restart=on-failure 确保服务在发生错误时自动重启。
   • RestartSec=5 设置重启等待时间为 5 秒。
   • StandardOutput 和 StandardError 将服务的标准输出和错误重定向到 systemd 日志中，方便日志查看。

3. 启用并启动服务：

   systemctl enable reliable.service
   systemctl start reliable.service
   

4. 使用 journalctl -u reliable.service 查看服务日志，包括重启记录。

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五、Systemd 服务文件管理与操作建议

1. 优先使用 /etc/systemd/system/ 目录：将自定义的服务文件放置在 /etc/systemd/system/ 目录下，以防系统更新覆盖自定义配置。

2. 修改服务后使用 daemon-reload：每次编辑或添加新的服务文件后，需要运行 systemctl daemon-reload 命令重新加载 systemd 配置，使更改生效。

3. 检查服务日志：通过 journalctl -u <service-name> 查看服务的日志输出，便于排查和解决问题。

4. 合理设置重启策略：对于关键服务，可以将 Restart 配置为 always 或 on-failure，确保服务在意外停止后自动重启。

5. 正确配置依赖关系：利用 [Unit] 部分的 After、Requires 和 Wants 等选项，定义服务之间的依赖关系，以避免启动顺序混乱。