什么是Linux中的systemd?

写在前面

为什么要回过头来复习linux的system的，最近在研究DELL EMC的PowerStore存储系统，其底层是基于CoreOS开发的，这套操作系统是基于Systemd来设计的。所以要深入了解PowerStore就必须对systemd做详细了解。

systemd 是一个用于 Linux 系统的初始化系统（init system）和服务管理器，旨在取代传统的 System V init 系统。它不仅负责启动操作系统，还管理服务、日志、设备、挂载点等系统资源。systemd 由 Lennart Poettering 和 Kay Sievers 等人开发，自 2010 年左右开始被广泛采用，现已成为许多主流 Linux 发行版（如 RHEL、Ubuntu、Debian、Fedora、Arch Linux 等）的默认初始化系统。

以下是对 systemd 的详细解释，包括其概念、功能、组件以及在 Linux 生态中的作用。

1. systemd 的核心概念

定义

• 初始化系统：systemd 是 Linux 内核启动后运行的第一个用户空间进程（PID 1），负责初始化系统、启动服务并管理整个系统的运行。
• 服务管理器：它管理系统服务的启动、停止、重启、状态检查等操作。
• 系统管理工具：systemd 提供了一套工具，用于管理日志、设备、定时任务、网络配置等。

设计目标

• 并行化：加速系统启动，通过并行启动服务减少启动时间。
• 统一管理：为各种系统资源（如服务、设备、挂载点）提供一致的管理接口。
• 依赖管理：自动处理服务之间的依赖关系。
• 现代化：支持现代 Linux 特性，如 cgroups、namespace、容器化等。在PowerStore中大量使用docker。
• 日志集成：通过 systemd-journald 提供结构化的日志管理。所有PowerStore的日志管理都是通过journald来管理的，这个和以前的存储管理方式是不同的。

核心理念

• 单元（Units）：systemd 将所有管理的资源抽象为“单元”，如服务（.service）、挂载点（.mount）、定时器（.timer）等。
• 声明式配置：通过配置文件（通常在 /etc/systemd/ 或 /lib/systemd/）定义单元的行为，而不是传统的 shell 脚本。
• 事件驱动：systemd 监控系统事件（如设备插入、服务启动），动态响应。

2. systemd 的主要功能

1. 系统初始化：
   • 启动内核后，systemd 作为 PID 1 接管系统，加载必要的服务、文件系统、网络等。
   • 支持并行启动服务，优化启动速度。
   • 示例：启动后加载 sshd.service、network.target 等。
2. 服务管理：
   • 管理服务的生命周期（启动、停止、重启、启用、禁用）。
   • 使用 systemctl 命令控制服务。
   • 示例：
     systemctl start docker
     systemctl enable sshd
     systemctl status network
3. 依赖管理：
   • 自动解析服务之间的依赖关系（如 docker.service 依赖 network-online.target）。
   • 通过 Wants、Requires、After 等关键字定义依赖。
4. 日志管理：
   • 通过 systemd-journald 收集和存储系统日志，存储在 /var/log/journal/（持久化）或 /run/log/journal/（内存）。
   • 使用 journalctl 查询日志。
   • 示例：
     journalctl --unit docker
     journalctl -p err
5. 设备管理：
   • 管理硬件设备（如 USB、磁盘）的挂载和卸载。
   • 使用 .device 和 .mount 单元。
   • 示例：
     systemctl status dev-sda1.device
6. 定时任务：
   • 使用 .timer 单元替代传统的 cron，提供更灵活的定时任务管理。
   • 示例：
     systemctl list-timers
7. 资源控制：
   • 利用 cgroups 限制服务的 CPU、内存、IO 等资源。
   • 示例：
     systemctl set-property docker.service MemoryLimit=2G
8. 网络管理：
   • 通过 systemd-networkd 和 systemd-resolved 管理网络配置和 DNS 解析。
   • 示例：
     networkctl status
9. 容器和虚拟化支持：
   • 通过 systemd-nspawn 提供轻量级容器管理。
   • 支持与 Docker、Podman 等容器技术集成。

3. systemd 的核心组件

systemd 不仅仅是一个单一的程序，而是一套工具和守护进程的集合。主要组件包括：

1. systemd（主进程）：
   • 作为 PID 1 运行，负责初始化和管理单元。
   • 解析 /etc/systemd/system/ 和 /lib/systemd/system/ 中的单元文件。
2. systemctl：
   • 用户命令行工具，用于管理服务、单元和系统状态。
   • 示例：
     systemctl restart sshd
     systemctl list-units
3. journald：
   • 日志管理守护进程，收集系统和服务的日志。
   • 存储结构化日志，支持通过 journalctl 查询。
   • 示例：
     journalctl -f
4. logind：
   • 管理用户登录会话，处理多用户、多座位环境。
   • 示例：
     loginctl list-sessions
5. networkd：
   • 管理网络接口和配置。
   • 示例：
     networkctl list
6. resolved：
   • 提供 DNS 解析服务。
   • 示例：
     resolvectl status
7. timedated：
   • 管理系统时间和时区。
   • 示例：
     timedatectl set-timezone Asia/Shanghai
8. udevd：
   • 管理设备事件（如插入 USB 设备）。
   • 示例：
     udevadm monitor

4. systemd 的单元类型

systemd 管理的所有资源都被抽象为“单元”（Units），每种单元有特定的文件后缀。常见单元类型包括：

5. systemd 在 Linux 生态中的地位

普及程度

• 主流发行版：RHEL（7+）、CentOS（7+）、Ubuntu（16.04+）、Debian（8+）、Fedora、Arch Linux 等默认使用 systemd。
• 非 systemd 发行版：一些发行版（如 Alpine Linux、Devuan、Void Linux）选择不使用 systemd，而是使用其他初始化系统（如 OpenRC、runit）。

优势

• 性能：并行启动和依赖管理显著提高启动速度。
• 一致性：为服务、设备、日志等提供统一的接口。
• 现代化：支持 cgroups、容器、复杂依赖关系。
• 生态整合：与 journald、networkd 等组件无缝集成。

争议

• 复杂性：systemd 功能庞大，被批评为“过于复杂”，违背 Unix 哲学（单一职责）。
• 兼容性：替换传统工具（如 cron、inetd），可能导致脚本不兼容。
• 依赖性：许多软件开始依赖 systemd，限制了非 systemd 系统的选择。

与传统 init 系统的对比