Linux 初始化系统：Systemd 用法与工作原理详解

一、Systemd 工作原理

（一）核心概念

Systemd 是 Linux 系统中的初始化系统，它用 “单元”（unit）来管理各种系统资源和服务。比如，service unit 管理服务，target unit 表示系统的不同状态，还有 mount unit 管理挂载点等。这些单元之间有明确的依赖关系，Systemd 会根据这些关系来决定服务的启动顺序。

Systemd 还能并行启动服务，只要服务之间没有依赖关系，它就会同时启动它们，这样就能大大加快系统的启动速度。它还支持 socket 激活机制，简单来说，就是系统在后台监听网络连接或其他信号，当有请求时才启动相应的服务，这样就能节省系统资源。

Systemd 自己有一套日志管理系统，叫 journald，它把日志以二进制格式存储起来，查询起来很方便。而且，Systemd 还会监控服务进程，如果服务崩溃了，它会根据设置自动重启，保证系统的稳定运行。

（二）服务类型（Type）详解

Systemd 有几种不同类型的服务启动方式，比如：

• simple：这是默认类型，服务启动后就直接运行。
• forking：服务会先创建一个子进程，然后父进程退出，Systemd 通过 PIDFile 来跟踪子进程。
• oneshot：这种类型的服务只运行一次，运行完成后就退出了。如果想让服务在退出后还保留状态，需要设置 RemainAfterExit=yes。
• notify：服务启动后会通过 sd_notify 发送一个就绪信号给 Systemd，Systemd 收到信号后才认为服务已经启动完成。

（三）目标（Target）

target 是 Systemd 的逻辑分组单位，用来定义系统的不同运行状态，有点像传统运行级别。比如：

• multi-user.target：多用户命令行模式，没有图形界面。
• graphical.target：图形界面模式。
• rescue.target：单用户救援模式，用于系统修复。
• timers.target：和定时任务相关的。

如果想让某个服务在进入某个目标时自动启动，可以在服务的配置文件的 [Install] 部分设置 WantedBy=multi-user.target。

二、Systemd 的使用

（一）服务管理

操作服务挺简单的，比如：

• 启动服务：systemctl start nginx
• 停止服务：systemctl stop nginx
• 重启服务：systemctl restart nginx
• 设置开机自启：systemctl enable nginx
• 取消开机自启：systemctl disable nginx
• 查看服务状态：systemctl status nginx
• 列出所有运行的服务：systemctl list-units --type=service

（二）配置文件

Systemd 的配置文件通常放在 /etc/systemd/system/ 目录下，文件后缀是 .service。比如，一个 NGINX 服务的配置文件可能长这样：

[Unit]
Description=NGINX Web Server
After=network.target

[Service]
ExecStart=/usr/sbin/nginx -g "daemon off;"
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
KillMode=process
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target

如果修改了配置文件，需要重新加载配置：systemctl daemon-reload，然后重启服务：systemctl restart nginx。

三、Linux 常见初始化系统对比

（一）SysVinit

SysVinit 是 Linux 系统中最传统的初始化系统，历史悠久，最早源于 System V 系列 UNIX。它通过 /etc/inittab 文件和 /etc/rc.d/init.d/ 目录下的脚本来管理服务。

它的特点是配置简单，用简单的脚本文件就能搞定。但它有个缺点，就是服务是按顺序启动的，速度比较慢，尤其是处理复杂的服务依赖关系时。

而且，SysVinit 的日志管理比较弱，通常要依赖 syslog 或其他外部日志工具。

（二）Upstart

Upstart 是 Ubuntu 和 RHEL 曾经采用的初始化系统，它是为了弥补 SysVinit 的一些不足而诞生的。它引入了事件驱动的启动机制，服务可以根据事件来启动，速度比 SysVinit 快一些。

它的配置文件通常放在 /etc/init/ 目录下，格式是 INI 风格的。Upstart 也兼容 SysVinit 的脚本，所以从 SysVinit 过渡到 Upstart 比较方便。

（三）Systemd

Systemd 是一个比较新的初始化系统，由 Lennart Poettering 在 2010 年开发的。它现在被广泛应用于现代 Linux 发行版，因为它有很多优点。

Systemd 的启动速度很快，因为它支持并行启动服务。它还能自动处理服务的依赖关系，管理员不用手动配置。它用 systemctl 命令统一管理服务、挂载点、目标等，很方便。

Systemd 自己有一套强大的日志系统，叫 journald，它把日志以二进制格式存储起来，查询起来很方便。而且，Systemd 还能通过 cgroups 精细控制服务的 CPU、内存等资源使用。

（四）对比总结

特性	SysVinit	Upstart	Systemd
启动速度	串行启动，较慢	事件驱动，较快	并行启动，最快
配置文件	/etc/inittab 和脚本	/etc/init/ 下的 INI 文件	/etc/systemd/system/ 下的 .service 文件
日志管理	依赖 syslog 等外部工具	依赖 syslog 等外部工具	内置 journald
依赖关系管理	手动配置	事件驱动的依赖管理	自动处理依赖关系
资源控制	无	无	支持 cgroups
兼容性	传统系统，兼容性好	兼容 SysVinit 脚本	兼容 SysVinit 脚本
复杂性	简单	中等	复杂，学习曲线陡峭

四、Systemd 的优缺点

（一）优点

Systemd 的优点很明显。它的启动速度很快，因为支持并行启动服务。它还能自动处理服务的依赖关系，管理员不用手动配置，很方便。它的日志系统很强大，查询起来很方便。而且，它还能通过 cgroups 精细控制服务的资源使用，提高了系统的可管理性。

（二）缺点

Systemd 也有一些缺点。它的配置文件和功能比较复杂，学习曲线比较陡峭，新手可能需要花点时间来掌握。而且，尽管它兼容 SysVinit 的脚本，但在某些情况下可能会出现兼容性问题，特别是在一些老旧的系统或软件中。另外，Systemd 本身占用的系统资源相对较多，可能会对资源受限的系统产生一定影响。