深入浅析centos7中的systemd

2024.04.30

系统启动流程

 POST --> Boot Sequence --> Bootloader --> kernel+initramfs(initrd) --> rootfs --> /sbin/init
 init: 
  CentOS 5: SysV init
  CentOS 6: Upstart
  CentOS 7: Systemd

systemd

系统启动和服务器守护进程管理器，负责在系统启动或运行时，激活系统资源，服务器进程和其它进程。
 新特性：
  系统引导时实现服务并行启动
  按需启动守护进程
  自动化的服务依赖关系管理
  同时采用socket式与D-Bus总线式激活服务
  系统状态快照
 核心概念：unit
  unit 表示不同类型的systemd对象，通过配置文件进行标识和配置。
  文件中主要包含了系统服务、监听socket 、保存的系统快照以及其它与init 相关的信息。
 配置文件：
  /usr/lib/systemd/system: 
   每个服务最主要的启动脚本设置，类似于之前的/etc/init.d/
  /run/systemd/system：
   系统执行过程中所产生的服务脚本，比/usr/lib/systemd/system目录优先运行
  /etc/systemd/system：
   管理员建立的执行脚本，类似于/etc/rc.d/rcN.d/Sxx 类的功能，比/run/systemd/system目录优先运行
 关键特性：
  基于socket 的激活机制： socket 与服务程序分离
  基于d-bus 的激活机制： 
  基于device 的激活机制： 
  基于path 的激活机制： 
  系统快照： 保存各unit的当前状态信息于持久存储设备中，向后兼容sysv init 脚本
 不兼容：
  systemctl 命令固定不变，不可扩展
  非由systemd 启动的服务，systemctl无法与之通信和控制

Unit 类型

 Systemctl –t help 查看unit 类型
 Service unit: 文件扩展名为.service, 用于定义系统服务
 Target unit: 文件扩展名为.target，用于模拟实现运行级别
 Device unit: .device,用于定义内核识别的设备
 Mount unit:  .mount, 定义文件系统挂载点
 Socket unit: .socket, 用于标识进程间通信用的socket文件，也可在系统启动时，延迟启动服务，实现按需启动
 Snapshot unit: .snapshot, 管理系统快照
 Swap unit: .swap, 用于标识swap 设备
 Automount unit: .automount ，文件系统的自动挂载点
 Path unit: .path，用于定义文件系统中的一个文件或目录使用,常用于当文件系统变化时，延迟激活服务，如：spool 目录

    服务管理
    `centos7几乎一切服务都是由systemctl来管理service unit，centos7之前的service同时仍然兼容。
    运行级别

 target units： 
  unit 配置文件：
   .target，用于模拟实现运行级别
  ls /usr/lib/systemd/system/*.target
  systemctl list-unit-files --type target --all
 运行级别：
  0 ==> runlevel0.target, poweroff.target
  1 ==> runlevel1.target, rescue.target
  2 ==> runlevel2.target, multi-user.target
  3 ==> runlevel3.target, multi-user.target
  4 ==> runlevel4.target, multi-user.target
  5 ==> runlevel5.target, graphical.target
  6 ==> runlevel6.target, reboot.target
 查看依赖性：
  systemctl list-dependencies graphical.target
  
 级别切换：
  init N ==> systemctl isolate name.target
  systemctl isolate multi-user.target
  注意：只有/lib/systemd/system/*.target 文件中AllowIsolate=yes才能切换，修改文件需执行systemctl daemon-reload 才能生效
 查看target：
  systemctl list-units --type target
 获取默认运行级别：
  /etc/inittab ==> systemctl get-default
  runlevel 
  who -r
 修改默认级别：
  /etc/inittab ==> systemctl set-default name.target
  systemctl set-default multi-user.target
  ls –l /etc/systemd/system/default.target
 切换至紧急救援模式：
  相当于init 1
  systemctl rescue
 切换至emergency 模式：
  systemctl emergency
 其它常用命令：
  传统命令init ，poweroff ，halt ，reboot 都成为 systemctl 的软链接
  关机：systemctl halt 、systemctl poweroff
  重启：systemctl reboot
  挂起：systemctl suspend
  休眠： ：systemctl hibernate
  休眠并挂起：systemctl hybrid-sleep

CentOS7 引导启动顺序

 UEFi 或BIOS 初始化，运行POST 开机自检
 选择启动设备
 引导装载程序, centos7 是grub2
 加载装载程序的配置文件：/etc/grub.d/ ，/etc/default/grub ，/boot/grub2/grub.cfg
 加载initramfs 驱动模块
 加载内核选项
 内核初始化，centos7 使用systemd 代替init
 执行initrd.target 所有单元，包括挂载/etc/fstab
 从initramfs 根文件系统切换到磁盘根目录
 systemd执行/etc/systemd/system目录下的配置
  systemd 执行默认target 配置，配置文件/etc/systemd/system/default.target
  systemd 执行sysinit.target 初始化系统及basic.target 准备操作系统
  systemd 启动multi-user.target 下的本机与服务器服务
  systemd 执行multi-user.target 下的/etc/rc.d/rc.local
  systemd 执行multi-user.target 下的getty.target及登录服务
  systemd 执行graphical 需要的服务

service unit 文件格式

 /etc/systemd/system ：
  系统管理员和用户使用
 /usr/lib/systemd/system ：
  发行版打包者使用
 相关布尔值
  1 、yes 、on 、true 都是开启
  0 、no 、off、false 都是关闭
 时间单位
  默认是秒，所以要用毫秒（ms ）分钟（m ）等须显式说明
 service unit file 文件通常由三部分组成：
  [Unit] ： 定义与Unit 类型无关的通用选项；用于提供unit 的描述信息、unit 行为及依赖关系等
  [Service] ： 与特定类型相关的专用选项；此处为Service 类型
  [Install] ： 定义由“systemctl enable” 以及"systemctl disable“ 命令在实现服务启用或禁用时用到的一些选项
 Unit 段的常用选项：
  Description ： 描述信息
  After ： 定义unit 的启动次序，表示当前unit 应该晚于哪些unit 启动，其功能与Before 相反
  Requires ： 依赖到的其它units ，强依赖，被依赖的units 无法激活时，当前unit 也无法激活
  Wants ： 依赖到的其它units ，弱依赖
  Conflicts ： 定义units 间的冲突关系
 Service 段的常用选项：
  Type ： 定义影响ExecStart 及相关参数的功能的unit 进程启动类型
  simple ： 默认值，这个daemon（后台进程）主要由ExecStart所接的指令串来启动，启动后常驻于内存中
  forking ： 由ExecStart 启动的程序透过spawns（繁衍）延伸出其他子程序来作为此daemon的主要服务。原生父程序在启动结束后就会终止
  oneshot ： 与simple类似，不过这个程序在工作完毕后就结束了，不会常驻在内存中
  dbus ： 与simple类似，但这个daemon必须要在取得一个D-Bus的名称后，才会继续运作. 因此通常也要同时设定BusNname= 才行
  notify ： 在启动完成后会发送一个通知消息。还需要配合NotifyAccess来让 Systemd 接收消息
  idle ： 与simple类似，要执行这个daemon必须要所有的工作都顺利执行完毕后才会执行。这类的daemon通常是开机到最后才执行即可的服务
  EnvironmentFile ： 环境配置文件
  ExecStart ： 指明启动unit要运行命令或脚本的绝对路径
  ExecStartPre： ExecStart前运行
  ExecStartPost： ExecStart后运行
  ExecStop ： 指明停止unit要运行的命令或脚本
  Restart ： 当设定Restart=1时，则当次daemon服务意外终止后，会再次自动启动此服务
 Install 段的常用选项：
  Alias ： 别名，可使用systemctl command Alias.service
  RequiredBy ： 被哪些units所依赖，强依赖
  WantedBy ： 被哪些units所依赖，弱依赖
  Also ： 安装本服务的时候还要安装别的相关服务
 注意：
  对于新创建的unit文件，或者修改了的unit文件，要通知systemd 重载此配置文件, 可以选择重启
  systemctl daemon-reload
 示例：
  vim /etc/systemd/system/bak.service
   [Unit]
   Description=backup /etc
   Requires=atd.service
   [Service]
   Type=simple
   ExecStart=/bin/bash -c "echo /testdir/bak.sh|at now"
   [Install]
   WantedBy=multi-user.target
  systemctl daemon-reload
  systemctl start bak

设置内核参数

只影响当次启动
 启动时，在linux16 行后添加
 systemd.unit=desired.target
 systemd.unit=emergency.target
 systemd.unit=recure.target
 recure.target比emergency支持更多的功能，例如日志等

启动排错

 文件系统损坏，先尝试自动修复，失败则进入emergency shell，提示用户修复
 在/etc/fstab 不存在对应的设备和UUID等一段时间，如不可用，进入emergency shell
 在/etc/fstab 不存在对应挂载点systemd尝试创建挂载点，否则提示进入emergency shell.
 在/etc/fstab 不正确的挂载选项提示进入emergency shell

破解CentOS7 的root 口令

方法一
  启动时任意键暂停启动
  按e 键进入编辑模式
  将光标移动linux16 开始的行，添加内核参数rd.break
  按ctrl-x 启动
  mount –o remount,rw /sysroot
  chroot /sysroot
  passwd root
  touch /.autorelabel
  exit
  reboot
 方法二
  启动时任意键暂停启动
  按e 键进入编辑模式
  将光标移动linux16 开始的行，改为rw init=/sysroot/bin/sh
  按ctrl-x 启动
  chroot /sysroot
  passwd root
  touch /.autorelabel
  exit
  reboot

修复GRUB2

 GRUB “the Grand Unified Bootloader” ”
  引导提示时可以使用命令行界面
  可从文件系统引导
 主要配置文件 /boot/grub2/grub.cfg
 修复配置文件
  grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg
  grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
 修复grub
  grub2-install /dev/sda （BIOS 环境）
  grub2-install （UEFI 环境）
 调整默认启动内核
  vim /etc/default/grub
  GRUB_DEFAULT=0