本文主要是学习笔记的第一篇，介绍的是systemd的起源和基本的概念。

供自己日后复习而整理的，因此将参考文献放在最前面了。

参考文献

1. 关于 systemd 的初步理解:这篇适合入门理解
2. linux systemd 主要语法:结合系统上的service,可以理解每行内容的意义。
3. 最简明扼要的 Systemd 教程，只需十分钟:这份适合作为常用命令指导
4. 初识systemd-使用篇:这篇很适合当成常用命令集合

systemd简单介绍

systemd是主流的linux初始化工具，可以参考1文献了解其前世今生。

一、init的发展历程

linux系统的启动首先从BIOS开始，接下来进入 boot loader，由 bootloader 载入内核，进行内核初始化。内核初始化的最后一步就是启动 PID 为 1 的 init 进程。这个进程是系统的第一个进程。它负责产生其他所有的用户进程。init进程以守护进程(也就是服务)的方式存在，是所有其他进程的祖先。init 进程非常独特，能够完成其他进程无法完成的任务。init 系统能够定义、管理和控制 init进程的行为。它负责组织和运行许多独立的或相关的初始化工作(因此被称为 init 系统)，从而让计算机系统进入某种用户预定义的运行模式，比如命令行模式或图形界面模式 。对于一个操作系统而言，仅仅将内核运行起来是毫无实际用途的，必须由 init 系统将操作系统初始化为可操作的状态。比如启动 shell 后，便有了人机交互，这样就可以让计算机执行一些程序完成有实际意义的任务。随着计算机系统软硬件的发展，init 系统也在不断的发展变化之中。大体上的演进路线为 sysvinit -> upstart -> systemd。

二、进化历程

• sysvinit: System V 风格的 init 系统.按部就班的完成初始化任务和关闭系统任务。优点是概念简单。特别是服务(service)的配置，只需要把启动/停止服务的脚本链接接到合适的目录就可以了。另一个重要优点是确定的执行顺序，脚本严格按照顺序执行(sysvinit 靠脚本来初始化系统)，一个执行完毕再执行下一个，这非常有益于错误排查。缺点也是完全顺序执行任务，启动慢。不能很好的处理即插即用的设备，对网络共享磁盘的挂载也存在一定的问题。
• upstart： 基于事件机制，完美地解决了即插即用设备带来的新问题。加快了系统启动时间，很多不相关的应用可以并行启动。
• systemd： systemd 和 ubuntu 的 upstart 是竞争对手，但是时至今日 ubuntu 也采用了 systemd，所以 systemd 在竞争中胜出，大有一统天下的趋势.systemd 的很多概念都来源于苹果 Mac OS 操作系统上的 launchd。systemd 的优点是功能强大，使用方便.启动速度非常快，会尽可能启动跟梢的进程，尽可能将更多的进程并行执行。缺点是体系庞大，非常复杂.
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三、systemd的功能

1. 提供按需启动能力：只有在某个服务被真正请求的时候才启动它。当该服务结束，systemd 可以关闭它，等待下次需要时再次启动它。
2. 采用 linux 的 cgroups 跟踪和管理进程的生命周期：当进程创建子进程时，子进程会继承父进程的 cgroups 。因此无论服务如何启动新的子进程，所有的这些相关进程都会属于同一个 cgroups ，当停止服务时，通过查询 cgroups ，systemd 可以确保找到所有的相关进程，从而干净地停止服务。
3. 启动挂载点和自动挂载的管理：这些挂载点在系统启动过程中被自动挂载，一旦启动过程结束，这些挂载点就会确保存在。这些挂载点都是对系统运行至关重要的文件系统，比如 HOME 目录。Systemd 管理这些挂载点，以便能够在系统启动时自动挂载它们。有时候用户还需要动态挂载点，比如打算访问 DVD 或者 NFS 共享的内容时，才临时执行挂载以便访问其中的内容，而不访问光盘时该挂载点被取消(umount)，以便节约资源。systemd 内建的自动挂载服务可以实现自动挂载能力。
4. 实现事务性依赖关系管理：系统启动过程是由很多的独立工作共同组成的，这些工作之间可能存在依赖关系，比如挂载一个 NFS 文件系统必须依赖网络能够正常工作。对于这些任务，systemd 维护一个"事务一致性"的概念，保证所有相关的服务都可以正常启动而不会出现互相依赖，以至于死锁的情况。
5. 日志服务：systemd 自带日志服务 journald， 用二进制格式保存所有日志信息，用户使用 journalctl 命令来查看日志信息。无需自己编写复杂脆弱的字符串分析处理程序。

四、systemd中的基本概念

• Unit(配置单元)：系统初始化需要做的事情非常多。需要启动后台服务，比如启动 ssh 服务；需要做配置工作，比如挂载文件系统。这个过程中的每一步都被 systemd 抽象为一个配置单元，即 unit。配置单元可以理解成一个服务、一个挂载点、一个交换分区的配置等等，systemd 将配置单元归纳为以下一些不同的类型。然而，systemd 正在快速发展，新功能不断增加。所以配置单元类型可能在不久的将来继续增加。下面是一些常见的 unit 类型见附录A。每个配置单元都有一个对应的配置文件，系统管理员的任务就是编写和维护这些不同的配置文件，比如一个 MySQL 服务对应一个 mysql.service 文件。这种配置文件的语法非常简单，用户不需要再编写和维护复杂的系统脚本了。

• 依赖关系：虽然 systemd 将大量的启动工作解除了依赖，使得它们可以并发启动。但还是存在有些任务，它们之间存在天生的依赖，为了解决这类依赖问题，systemd 的配置单元之间可以彼此定义依赖关系。Systemd 用配置单元定义文件中的关键字来描述配置单元之间的依赖关系。比如：unit B 依赖 unit A，可以在 unit B 的定义中用"require A"来表示。这样 systemd 就会保证先启动 A 再启动 B。

• 事务完整性： Systemd 的事务概念和数据库中的有所不同，主要是为了保证多个依赖的配置单元之间没有环形引用。存在循环依赖，那么 systemd 将无法启动任意一个服务。此时 systemd 将会尝试解决这个问题，因为配置单元之间的依赖关系有两种：required 是强依赖；want 则是弱依赖，systemd 将去掉 wants 关键字指定的依赖看看是否能打破循环。如果无法修复systemd 会报错。systemd 能够自动检测和修复这类配置错误，从而极大地减轻了管理员的排错负担。

• target 和运行级别：systemd 用目标(target)替代了运行级别的概念，提供了更大的灵活性，如您可以继承一个已有的目标，并添加其它服务，来创建自己的目标。下表列举了 systemd 中的 target 和 sysvinit 中常见的 runlevel 的对应关系：

sysvinit runlevel	systemd target	描述
0	poweroff.target	关闭系统。
1,s,single	rescue.target	单用户模式。
2,4	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别。默认等同于 3。
3	multi-user.target	多用户，非图形化。用户可以通过多个控制台或网络登录。
5	graphical.target	多用户，图形化。通常为所有运行级别 3 的服务外加图形化登录。
6	reboot.target	重启。
emergency	emergency.target	紧急 Shell。

附录A：常见的配置单元

1. service ：代表一个后台服务进程，比如 mysqld。这是最常用的一类。
2. socket ：此类配置单元封装系统和互联网中的一个套接字 。当下，systemd 支持流式、数据报和连续包的 AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX socket 。每一个套接字配置单元都有一个相应的服务配置单元 。相应的服务在第一个"连接"进入套接字时就会启动(例如：nscd.socket 在有新连接后便启动 nscd.service)。
3. device ：此类配置单元封装一个存在于 Linux 设备树中的设备。每一个使用 udev 规则标记的设备都将会在 systemd 中作为一个设备配置单元出现。
4. mount ：此类配置单元封装文件系统结构层次中的一个挂载点。Systemd 将对这个挂载点进行监控和管理。比如可以在启动时自动将其挂载；可以在某些条件下自动卸载。Systemd 会将 /etc/fstab 中的条目都转换为挂载点，并在开机时处理。
5. automount ：此类配置单元封装系统结构层次中的一个自挂载点。每一个自挂载配置单元对应一个挂载配置单元 ，当该自动挂载点被访问时，systemd 执行挂载点中定义的挂载行为。
6. swap：和挂载配置单元类似，交换配置单元用来管理交换分区。用户可以用交换配置单元来定义系统中的交换分区，可以让这些交换分区在启动时被激活。
7. target ：此类配置单元为其他配置单元进行逻辑分组。它们本身实际上并不做什么，只是引用其他配置单元而已。这样便可以对配置单元做一个统一的控制。这样就可以实现大家都已经非常熟悉的运行级别概念。比如想让系统进入图形化模式，需要运行许多服务和配置命令，这些操作都由一个个的配置单元表示，将所有这些配置单元组合为一个目标(target)，就表示需要将这些配置单元全部执行一遍以便进入目标所代表的系统运行状态。 (例如：multi-user.target 相当于在传统使用 SysV 的系统中运行级别 5)
8. timer：定时器配置单元用来定时触发用户定义的操作，这类配置单元取代了 atd、crond 等传统的定时服务。
9. snapshot ：与 target 配置单元相似，快照是一组配置单元。它保存了系统当前的运行状态。
10. path：文件系统中的一个文件或目录。
11. scope：用于 cgroups，表示从 systemd 外部创建的进程。
12. slice：用于 cgroups，表示一组按层级排列的单位。slice 并不包含进程，但会组建一个层级，并将 scope 和 service 都放置其中。