Linux：使用systemd管理进程

参考：Systemd服务管理教程 Systemd 入门教程：实战篇 Systemd 入门教程：命令篇

概述

systemd是目前Linux系统上主要的系统守护进程管理工具，由于init一方面对于进程的管理是串行化的，容易出现阻塞情况，另一方面init也仅仅是执行启动脚本，并不能对服务本身进行更多的管理。所以从CentOS 7 开始也由systemd取代了init作为默认的系统进程管理工具。

systemd所管理的所有系统资源都称作Unit，通过systemd命令集可以方便的对这些Unit进行管理。比如systemctl、hostnamectl、timedatectl、localctl等命令，这些命令虽然改写了init时代用户的命令使用习惯（不再使用chkconfig、service等命令），但确实也提供了很大的便捷性。

特点

提供了服务按需启动的能力，使得特定的服务只有在真定被请求时才启动，显著提高开机启动效率
允许更多的进程并行启动： Systemd 通过 Socket 缓存、DBus 缓存和建立临时挂载点等方法进一步解决了启动进程之间的依赖，做到了所有系统服务并发启动。
使用 CGroup 跟踪和管理进程的生命周期：通过 CGroup 不仅能够实现服务之间访问隔离，限制特定应用程序对系统资源的访问配额，还能更精确地管理服务的生命周期。
专用的系统日志管理服务：Journald，这个服务的设计初衷是克服现有 Syslog 服务的日志内容易伪造和日志格式不统一等缺点，Journald 用二进制格式保存所有的日志信息，因而日志内容很难被手工伪造。Journald 还提供了一个 journalctl 命令来查看日志信息，这样就使得不同服务输出的日志具有相同的排版格式，便于数据的二次处理。

systemctl语法

1	systemctl [OPTIONS...] {COMMAND} ...

command：

start：启动指定的unit，例如systemctl start nginx
stop：关闭指定的unit，例如systemctl stop nginx
restart：重启指定unit，例如systemctl restart nginx
reload：重载指定unit，例如systemctl reload nginx
enable：系统开机时自动启动指定unit，前提是配置文件中有相关配置，例如systemctl enable nginx
disable：开机时不自动运行指定unit，例如systemctl disable nginx
status：查看指定unit当前运行状态，例如systemctl status nginx

查看当前系统Unit

# 列出正在运行的 Unit
$ systemctl list-units

# 列出所有Unit，包括没有找到配置文件的或者启动失败的
$ systemctl list-units --all

# 列出所有没有运行的 Unit
$ systemctl list-units --all --state=inactive

# 列出所有加载失败的 Unit
$ systemctl list-units --failed

# 列出所有正在运行的、类型为 service 的 Unit
$ systemctl list-units --type=service

# 查看 Unit 配置文件的内容
$ systemctl cat docker.service

查看Unit状态

enabled：已建立启动链接
disabled：没建立启动链接
static：该配置文件没有 [Install] 部分（无法执行），只能作为其他配置文件的依赖
masked：该配置文件被禁止建立启动链接

# 显示系统状态
$ systemctl status

# 显示单个 Unit 的状态
$ ystemctl status bluetooth.service

# 显示远程主机的某个 Unit 的状态
$ systemctl -H root@rhel7.example.com status httpd.service

Unit管理

# 立即启动一个服务
$ sudo systemctl start apache.service

# 立即停止一个服务
$ sudo systemctl stop apache.service

# 重启一个服务
$ sudo systemctl restart apache.service

# 杀死一个服务的所有子进程
$ sudo systemctl kill apache.service

# 重新加载一个服务的配置文件
$ sudo systemctl reload apache.service

# 重载所有修改过的配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 显示某个 Unit 的所有底层参数
$ systemctl show httpd.service

# 显示某个 Unit 的指定属性的值
$ systemctl show -p CPUShares httpd.service

# 设置某个 Unit 的指定属性
$ sudo systemctl set-property httpd.service CPUShares=500

查看 Unit 的依赖关系

# 列出一个 Unit 的所有依赖，默认不会列出 target 类型
$ systemctl list-dependencies nginx.service

# 列出一个 Unit 的所有依赖，包括 target 类型
$ systemctl list-dependencies --all nginx.service

Target 管理

Target 就是一个 Unit 组，包含许多相关的 Unit 。启动某个 Target 的时候，Systemd 就会启动里面所有的 Unit。

在传统的 SysV-init 启动模式里面，有 RunLevel 的概念，跟 Target 的作用很类似。不同的是，RunLevel 是互斥的，不可能多个 RunLevel 同时启动，但是多个 Target 可以同时启动。

# 查看当前系统的所有 Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

# 查看一个 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 查看启动时的默认 Target
$ systemctl get-default

# 设置启动时的默认 Target
$ sudo systemctl set-default multi-user.target

# 切换 Target 时，默认不关闭前一个 Target 启动的进程，systemctl isolate 命令改变这种行为，关闭前一个 Target 里面所有不属于后一个 Target 的进程
$ sudo systemctl isolate multi-user.target

journalctl语法

Systemd 通过其标准日志服务 Journald 提供的配套程序 journalctl 将其管理的所有后台进程打印到 std:out（即控制台）的输出重定向到了日志文件。

Systemd 的日志文件是二进制格式的，必须使用 Journald 提供的 journalctl 来查看，默认不带任何参数时会输出系统和所有后台进程的混合日志。

默认日志最大限制为所在文件系统容量的 10%，可以修改 /etc/systemd/journald.conf 中的 SystemMaxUse 来指定该最大限制。

语法：

1	journalctl [OPTIONS...] [MATCHES...]

示例

# 查看所有日志（默认情况下 ，只保存本次启动的日志）
$ sudo journalctl

# 查看内核日志（不显示应用日志）：--dmesg 或 -k
$ sudo journalctl -k

# 查看系统本次启动的日志（其中包括了内核日志和各类系统服务的控制台输出）：--system 或 -b
$ sudo journalctl -b
$ sudo journalctl -b -0

# 查看上一次启动的日志（需更改设置）
$ sudo journalctl -b -1

# 查看指定服务的日志：--unit 或 -u
$ sudo journalctl -u docker.servcie

# 查看指定服务的日志
$ sudo journalctl /usr/lib/systemd/systemd

# 实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f

# 查看指定时间的日志
$ sudo journalctl --since="2012-10-30 18:17:16"
$ sudo journalctl --since "20 min ago"
$ sudo journalctl --since yesterday
$ sudo journalctl --since "2015-01-10" --until "2015-01-11 03:00"
$ sudo journalctl --since 09:00 --until "1 hour ago"

# 显示尾部的最新 10 行日志：--lines 或 -n
$ sudo journalctl -n

# 显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20

# 将最新的日志显示在前面
$ sudo journalctl -r -u docker.service

# 改变输出的格式：--output 或 -o
$ sudo journalctl -r -u docker.service -o json-pretty

# 查看指定进程的日志
$ sudo journalctl _PID=1

# 查看某个路径的脚本的日志
$ sudo journalctl /usr/bin/bash

# 查看指定用户的日志
$ sudo journalctl _UID=33 --since today

# 查看某个 Unit 的日志
$ sudo journalctl -u nginx.service
$ sudo journalctl -u nginx.service --since today

# 实时滚动显示某个 Unit 的最新日志
$ sudo journalctl -u nginx.service -f

# 合并显示多个 Unit 的日志
$ journalctl -u nginx.service -u php-fpm.service --since today

# 查看指定优先级（及其以上级别）的日志，共有 8 级
# 0: emerg
# 1: alert
# 2: crit
# 3: err
# 4: warning
# 5: notice
# 6: info
# 7: debug
$ sudo journalctl -p err -b

# 日志默认分页输出，--no-pager 改为正常的标准输出
$ sudo journalctl --no-pager

# 以 JSON 格式（单行）输出
$ sudo journalctl -b -u nginx.service -o json

# 以 JSON 格式（多行）输出，可读性更好
$ sudo journalctl -b -u nginx.serviceqq
 -o json-pretty

# 显示日志占据的硬盘空间
$ sudo journalctl --disk-usage

# 指定日志文件占据的最大空间
$ sudo journalctl --vacuum-size=1G

# 指定日志文件保存多久
$ sudo journalctl --vacuum-time=1years

systemd工具集

systemctl：用于检查和控制各种系统服务和资源的状态
bootctl：用于查看和管理系统启动分区
hostnamectl：用于查看和修改系统的主机名和主机信息
journalctl：用于查看系统日志和各类应用服务日志
localectl：用于查看和管理系统的地区信息
loginctl：用于管理系统已登录用户和 Session 的信息
machinectl：用于操作 Systemd 容器
timedatectl：用于查看和管理系统的时间和时区信息
systemd-analyze 显示此次系统启动时运行每个服务所消耗的时间，可以用于分析系统启动过程中的性能瓶颈
systemd-ask-password：辅助性工具，用星号屏蔽用户的任意输入，然后返回实际输入的内容
systemd-cat：用于将其他命令的输出重定向到系统日志
systemd-cgls：递归地显示指定 CGroup 的继承链
systemd-cgtop：显示系统当前最耗资源的 CGroup 单元
systemd-escape：辅助性工具，用于去除指定字符串中不能作为 Unit 文件名的字符
systemd-hwdb：Systemd 的内部工具，用于更新硬件数据库
systemd-delta：对比当前系统配置与默认系统配置的差异
systemd-detect-virt：显示主机的虚拟化类型
systemd-inhibit：用于强制延迟或禁止系统的关闭、睡眠和待机事件
systemd-machine-id-setup：Systemd 的内部工具，用于给 Systemd 容器生成 ID
systemd-notify：Systemd 的内部工具，用于通知服务的状态变化
systemd-nspawn：用于创建 Systemd 容器
systemd-path：Systemd 的内部工具，用于显示系统上下文中的各种路径配置
systemd-run：用于将任意指定的命令包装成一个临时的后台服务运行
systemd-stdio- bridge：Systemd 的内部工具，用于将程序的标准输入输出重定向到系统总线
systemd-tmpfiles：Systemd 的内部工具，用于创建和管理临时文件目录
systemd-tty-ask-password-agent：用于响应后台服务进程发出的输入密码请求

systemd配置

配置文件说明

每一个Unit都需要有一个配置文件用于告知systemd对于服务的管理方式
配置文件存放于*/usr/lib/systemd/system/，设置开机启动后会在/etc/systemd/system*目录建立软链接文件
每个Unit的配置文件配置默认后缀名为.service
在*/usr/lib/systemd/system/目录中分为system和user两个目录，一般将开机不登陆就能运行的程序存在系统服务里，也就是/usr/lib/systemd/system*
配置文件使用方括号分成了多个部分，并且区分大小写

相关文件	CentOS6	CentOS7
服务启动的脚本启动路径	/etc/init.d	/usr/lib/systemd/system
开机自启服务存放路径	/etc/rcN.d	/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/
默认运行级别配置文件	/etc/inittab	/etc/systemd/system/default.target

配置说明

Unit 段

Description：描述这个 Unit 文件的信息
Documentation：指定服务的文档，可以是一个或多个文档的 URL 路径
Requires：依赖的其它 Unit 列表，列在其中的 Unit 模板会在这个服务启动时的同时被启动。并且，如果其中任意一个服务启动失败，这个服务也会被终止
Wants：与 Requires 相似，但只是在被配置的这个 Unit 启动时，触发启动列出的每个 Unit 模块，而不去考虑这些模板启动是否成功
After：与 Requires 相似，但是在后面列出的所有模块全部启动完成以后，才会启动当前的服务
Before：与 After 相反，在启动指定的任务一个模块之间，都会首先确证当前服务已经运行
Binds To：与 Requires 相似，失败时失败，成功时成功，但是在这些模板中有任意一个出现意外结束或重启时，这个服务也会跟着终止或重启
Part Of：一个 Bind To 作用的子集，仅在列出的任务模块失败或重启时，终止或重启当前服务，而不会随列出模板的启动而启动
OnFailure：当这个模板启动失败时，就会自动启动列出的每个模块
Conflicts：与这个模块有冲突的模块，如果列出的模块中有已经在运行的，这个服务就不能启动，反之亦然

Install 段

这部分配置的目标模块通常是特定运行目标的 .target 文件，用来使得服务在系统启动时自动运行。这个区段可以包含三种启动约束：

WantedBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服务所依赖的模块，而是依赖当前服务的模块。它的值是一个或多个 Target，当前 Unit 激活时（enable）符号链接会放入 /etc/systemd/system 目录下面以 <Target 名> + .wants 后缀构成的子目录中，如 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/
RequiredBy：和 Unit 段的 Wants 作用相似，只有后面列出的不是服务所依赖的模块，而是依赖当前服务的模块。它的值是一个或多个 Target，当前 Unit 激活时，符号链接会放入 /etc/systemd/system 目录下面以 <Target 名> + .required 后缀构成的子目录中
Also：当前 Unit enable/disable 时，同时 enable/disable 的其他 Unit
Alias：当前 Unit 可用于启动的别名

Service 段

用来 Service 的配置，只有 Service 类型的 Unit 才有这个区块。它的主要字段分为服务生命周期和服务上下文配置两个方面。

服务生命周期控制相关

Type：定义启动时的进程行为，它有以下几种值：
- Type=simple：默认值，执行ExecStart指定的命令，启动主进程
- Type=forking：以 fork 方式从父进程创建子进程，创建后父进程会立即退出
- Type=oneshot：一次性进程，Systemd 会等当前服务退出，再继续往下执行
- Type=dbus：当前服务通过D-Bus启动
- Type=notify：当前服务启动完毕，会通知Systemd，再继续往下执行
- Type=idle：若有其他任务执行完毕，当前服务才会运行
RemainAfterExit：值为 true 或 false（默认）。当配置为 true 时，Systemd 只会负责启动服务进程，之后即便服务进程退出了，Systemd 也仍然会认为这个服务还在运行中。这个配置主要是提供给一些并非常驻内存，而是启动注册后立即退出，然后等待消息按需启动的特殊类型服务使用的。
ExecStart：启动当前服务的命令
ExecStartPre：启动当前服务之前执行的命令
ExecStartPos：启动当前服务之后执行的命令
ExecReload：重启当前服务时执行的命令
ExecStop：停止当前服务时执行的命令
ExecStopPost：停止当其服务之后执行的命令
RestartSec：自动重启当前服务间隔的秒数
Restart：定义何种情况 Systemd 会自动重启当前服务，可能的值包括 always（总是重启）、on-success、on-failure、on-abnormal、on-abort、on-watchdog
TimeoutStartSec：启动服务时等待的秒数，这一配置对于使用 Docker 容器而言显得尤为重要，因其第一次运行时可能需要下载镜像，严重延时会容易被 Systemd 误判为启动失败杀死。通常，对于这种服务，将此值指定为 0，从而关闭超时检测
TimeoutStopSec：停止服务时的等待秒数，如果超过这个时间仍然没有停止，Systemd 会使用 SIGKILL 信号强行杀死服务的进程

服务上下文配置相关

Environment：为服务指定环境变量
EnvironmentFile：指定加载一个包含服务所需的环境变量的列表的文件，文件中的每一行都是一个环境变量的定义
Nice：服务的进程优先级，值越小优先级越高，默认为 0。其中 -20 为最高优先级，19 为最低优先级
WorkingDirectory：指定服务的工作目录
RootDirectory：指定服务进程的根目录（/ 目录）。如果配置了这个参数，服务将无法访问指定目录以外的任何文件
User：指定运行服务的用户
Group：指定运行服务的用户组
MountFlags：服务的 Mount Namespace 配置，会影响进程上下文中挂载点的信息，即服务是否会继承主机上已有挂载点，以及如果服务运行执行了挂载或卸载设备的操作，是否会真实地在主机上产生效果。可选值为 shared、slaved 或 private
- shared：服务与主机共用一个 Mount Namespace，继承主机挂载点，且服务挂载或卸载设备会真实地反映到主机上
- slave：服务使用独立的 Mount Namespace，它会继承主机挂载点，但服务对挂载点的操作只有在自己的 Namespace 内生效，不会反映到主机上
- private：服务使用独立的 Mount Namespace，它在启动时没有任何任何挂载点，服务对挂载点的操作也不会反映到主机上
LimitCPU / LimitSTACK / LimitNOFILE / LimitNPROC 等：限制特定服务的系统资源量，例如 CPU、程序堆栈、文件句柄数量、子进程数量等

注意：如果在 ExecStart、ExecStop 等属性中使用了 Linux 命令，则必须要写出完整的绝对路径。对于 ExecStartPre 和 ExecStartPost 辅助命令，若前面有个 “-” 符号，表示忽略这些命令的出错。因为有些 “辅助” 命令本来就不一定成功，比如尝试清空一个文件，但文件可能不存在。

Unit 文件占位符

在 Unit 文件中，有时会需要使用到一些与运行环境有关的信息，例如节点 ID、运行服务的用户等。这些信息可以使用占位符来表示，然后在实际运行被动态地替换实际的值。

%n：完整的 Unit 文件名字，包括 .service 后缀名
%p：Unit 模板文件名中 @ 符号之前的部分，不包括 @ 符号
%i：Unit 模板文件名中 @ 符号之后的部分，不包括 @ 符号和 .service 后缀名
%t：存放系统运行文件的目录，通常是 “run”
%u：运行服务的用户，如果 Unit 文件中没有指定，则默认为 root
%U：运行服务的用户 ID
%h：运行服务的用户 Home 目录，即 %{HOME} 环境变量的值
%s：运行服务的用户默认 Shell 类型，即 %{SHELL} 环境变量的值
%m：实际运行节点的 Machine ID，对于运行位置每个的服务比较有用
%b：Boot ID，这是一个随机数，每个节点各不相同，并且每次节点重启时都会改变
%H：实际运行节点的主机名
%v：内核版本，即 “uname -r” 命令输出的内容
%%：在 Unit 模板文件中表示一个普通的百分号

修改配置文件后重启

修改配置文件以后，需要重新加载配置文件，然后重新启动相关服务。

# 重新加载配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 重启相关服务
$ sudo systemctl restart foobar

常见中间件配置

Nginx

[Unit]
Description=nginx
After=network.target
  
[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecReload=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s quit
PrivateTmp=true
  
[Install]
WantedBy=multi-user.target

MySQL

[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql

Type=forking

PIDFile=/var/run/mysqld/mysqld.pid

# Disable service start and stop timeout logic of systemd for mysqld service.
TimeoutSec=0

# Execute pre and post scripts as root
PermissionsStartOnly=true

# Needed to create system tables
ExecStartPre=/usr/bin/mysqld_pre_systemd

# Start main service
ExecStart=/usr/sbin/mysqld --daemonize --pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid $MYSQLD_OPTS

# Use this to switch malloc implementation
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/mysql

# Sets open_files_limit
LimitNOFILE = 5000

Restart=on-failure

RestartPreventExitStatus=1

PrivateTmp=false