Systemd 启动初探

作为linux系统启动重要的组成部分，对systemd 启动流程进行初步探索一下

systemd 是用户空间的 PID 1，它管理系统的服务、cgroup、日志、依赖关系和并行启动。启动流程可以从内核 rest_init() 调用 /sbin/init 开始追踪。这个systemd的binary到底是怎么搞出来的，要干哪些事情，今天研究一下

用户空间入口：PID 1 启动

• 内核启动完成后，通过 rest_init() 创建 init 进程。

  

注意init相关的参数解析

init= 和 rdinit= 的区别主要体现在 启动源 和 优先级 上：

init=

• 指定内核启动后的 用户态第一个程序（PID 1）。

• 可以是磁盘上的常规程序，例如：

• init=/sbin/init init=/bin/systemd

• 内核解析命令行后，会在 rest_init() 里调用 user_mode_thread() 启动该程序。

• 如果没有指定，内核会尝试默认路径 /sbin/init、/etc/init、/bin/init。

rdinit=

• 指定 initramfs 内的初始程序。

• 只在 内核挂载了 initramfs 并且希望从 ramdisk 启动时有效。

• 例如：

• rdinit=/init

• 这个 /init 是 initramfs 文件系统里的 /init 文件，不是磁盘上的。

• 如果 initramfs 存在，rdinit 优先于 init= 被使用：

  • 内核会先执行 rdinit。

  • rdinit 结束后，可能再启动 init= 指定的程序。

• PID 1 的默认 init 可由内核命令行参数指定：

• init=/lib/systemd/systemd

• 如果未指定，内核按 /sbin/init、/etc/init 等路径查找。

• systemd 作为 PID 1，负责初始化整个用户空间。

systemd 的 main() 是进程启动后最先运行的函数，位于 systemd/src/core/main.c。当它作为 PID 1 启动时，负责从 内核切换到用户空间的第一步管理工作。源码较长，但逻辑可以分为以下几个阶段：

1. 时间戳与运行环境初始化

dual_timestamp_from_monotonic(&kernel_timestamp, 0); dual_timestamp_now(&userspace_timestamp); skip_setup = early_skip_setup_check(argc, argv);

• 记录启动时间戳：保存内核到用户空间的过渡时刻。

• 判断是否跳过 setup：用于区分首次启动还是重新执行（reexec）。

• 设置进程名为 systemd，避免因 /sbin/init 链接调用而混淆。

1. 环境准备与日志初始化

save_argc_argv(argc, argv); save_env(); log_set_upgrade_syslog_to_journal(true);

• 保存启动参数和环境变量，便于后续可能的 reexec。

• 设置日志系统：优先写入 journal；若 PID=1，先临时使用 /dev/kmsg，保证早期日志不会丢失。

• 容器与宿主机判断：detect_container()，决定日志输出到 console 还是 kmsg。

1. PID 1 特有的早期初始化

如果 getpid() == 1，说明这是 系统模式（system mode）：

主要工作包括：

• 挂载早期文件系统（/proc、/sys、/dev），确保能读取 /proc/cmdline。

• 解析内核命令行参数，调整日志或调试选项。

• 初始化安全模块（SELinux、AppArmor 等）。

• 加载内核模块（kmod_setup）。

• 挂载标准 API 文件系统，为后续单元加载做好环境。

挂载文件系统有挂载表的指导：

用户模式下：

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1. 配置解析与参数检查

• 读取 systemd 配置文件（/etc/systemd/system.conf 等）。

• 解析命令行参数（比如 systemd.unit=, systemd.debug_shell）。

• 安全检查：确保 cgroup v2 存在，否则报错退出。

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1. Runtime 初始化

r = initialize_runtime(...); r = manager_new(..., &m); r = manager_startup(m, arg_serialization, fds, NULL);

• 初始化运行环境（随机数种子、保护系统目录、core dump 设置等）。

• 创建 Manager 对象：这是 systemd 的“大脑”，维护所有单元（unit）的状态。

• manager_startup()：加载所有 unit 文件，建立依赖关系，准备启动事务。

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1. 默认任务队列与事件循环

• 创建默认启动任务：一般是 default.target。

• 进入主事件循环：监听 D-Bus、管理进程、执行单元依赖，正式开始调度。

1. 退出与关机路径

• 根据返回状态执行相应的退出逻辑：

  • reexec → 重新执行 systemd

  • reboot/poweroff → 调用关机程序

  • exit → 直接退出（主要用于 user mode systemd）

unit加载：