linux中systemd及其service文件

什么是systemd service

systemd是一个Linux系统初始化的系统和服务管理器，它为系统的引导和服务管理提供了新的解决方案。systemd service是systemd管理下的服务，是一种与传统init.d脚本不同的服务管理方式。

与init.d脚本相比，systemd service具有以下优势：

1. 支持并行启动服务，加快系统启动速度；
2. 支持前置和后置依赖关系，有利于服务的启动顺序管理；
3. 支持动态的服务控制，如启动、停止、重启和重载配置等；

启动服务

对于那些支持 systemd 的软件，安装的时候，会自动在/usr/lib/systemd/system目录添加一个配置文件。

如果你想让该软件开机启动，就执行下面的命令（以nginx.service为例）。

$ sudo systemctl enable nginx

上面的命令相当于在/etc/systemd/system目录添加一个符号链接，指向/usr/lib/systemd/system里面的nginx.service文件。

这是因为开机时，systemd只执行/etc/systemd/system目录里面的配置文件。这也意味着，如果把修改后的配置文件放在该目录，就可以达到覆盖原始配置的效果。

设置开机启动以后，软件并不会立即启动，必须等到下一次开机。如果想现在就运行该软件，那么要执行systemctl start命令。

$ sudo systemctl start nginx

执行上面的命令以后，有可能启动失败，因此要用systemctl status命令查看一下该服务的状态。

$ sudo systemctl status nginx
● nginx.service - A high performance web server and a reverse proxy server
   Loaded: loaded (/lib/systemd/system/nginx.service; enabled; vendor preset: enabled)
   Active: active (running) since Fri 2023-08-18 15:33:59 UTC; 44s ago
     Docs: man:nginx(8)
 Main PID: 27882 (nginx)
    Tasks: 9 (limit: 4915)
   CGroup: /system.slice/nginx.service
           ├─27882 nginx: master process /usr/sbin/nginx -g daemon on; master_process on;
           ├─27885 nginx: worker process
           ├─27887 nginx: worker process
           ├─27889 nginx: worker process
           ├─27890 nginx: worker process
           ├─27892 nginx: worker process
           ├─27893 nginx: worker process
           ├─27894 nginx: worker process
           └─27895 nginx: worker process

Aug 18 15:33:59 ubuntu systemd[1]: Starting A high performance web server and a reverse proxy server...
Aug 18 15:33:59 ubuntu systemd[1]: Started A high performance web server and a reverse proxy server.

上面的输出结果含义如下。

• Loaded行：配置文件的位置，是否设为开机启动
• Active行：表示正在运行
• Main PID行：主进程ID
• Status行：由应用本身（这里是 nginx ）提供的软件当前状态
• CGroup块：应用的所有子进程
• 日志块：应用的日志

停止服务

终止正在运行的服务，需要执行systemctl stop命令。

$ sudo systemctl stop nginx.service

有时候，该命令可能没有响应，服务停不下来。这时候就不得不”杀进程”了，向正在运行的进程发出kill信号。

$ sudo systemctl kill nginx.service

此外，重启服务要执行systemctl restart命令。

$ sudo systemctl restart nginx.service

service文件

一个服务怎么启动，完全由它的配置文件决定。下面就来看，配置文件有些什么内容。

第三方软件编写的配置文件主要放在/usr/lib/systemd/system目录，我们自己写的配置文件最好放在/etc/systemd/system目录。

systemctl cat命令可以用来查看配置文件。

$ sudo systemctl cat sshd
# /lib/systemd/system/ssh.service
[Unit]
Description=OpenBSD Secure Shell server
After=network.target auditd.service
ConditionPathExists=!/etc/ssh/sshd_not_to_be_run

[Service]
EnvironmentFile=-/etc/default/ssh
ExecStartPre=/usr/sbin/sshd -t
ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS
ExecReload=/usr/sbin/sshd -t
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
KillMode=process
Restart=on-failure
RestartPreventExitStatus=255
Type=notify
RuntimeDirectory=sshd
RuntimeDirectoryMode=0755

[Install]
WantedBy=multi-user.target
Alias=sshd.service

$ sudo systemctl cat nginx
# /lib/systemd/system/nginx.service
# Stop dance for nginx
# =======================
#
# ExecStop sends SIGSTOP (graceful stop) to the nginx process.
# If, after 5s (--retry QUIT/5) nginx is still running, systemd takes control
# and sends SIGTERM (fast shutdown) to the main process.
# After another 5s (TimeoutStopSec=5), and if nginx is alive, systemd sends
# SIGKILL to all the remaining processes in the process group (KillMode=mixed).
#
# nginx signals reference doc:
# http://nginx.org/en/docs/control.html
#
[Unit]
Description=A high performance web server and a reverse proxy server
Documentation=man:nginx(8)
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/run/nginx.pid
ExecStartPre=/usr/sbin/nginx -t -q -g 'daemon on; master_process on;'
ExecStart=/usr/sbin/nginx -g 'daemon on; master_process on;'
ExecReload=/usr/sbin/nginx -g 'daemon on; master_process on;' -s reload
ExecStop=-/sbin/start-stop-daemon --quiet --stop --retry QUIT/5 --pidfile /run/nginx.pid
TimeoutStopSec=5
KillMode=mixed

[Install]
WantedBy=multi-user.target

上面我们查看了sshd和nginx的配置文件，可以看到，配置文件主要分为3个区块，每个区块包含若干条键值对。

接下来我们看看这些区块的含义，这里以sshd.service为例。

[Unit] 区块：启动顺序与依赖关系。

[Unit]部分：指定服务描述、启动顺序、依赖关系，包括 Description、Documentation、After、Before、Wants、Requires

Description字段

给出当前服务的简单描述

Documentation字段

指定服务的文档，可以是一个或多个文档的URL，可选，一般不用配置该项。

After字段

接下来的设置是启动顺序和依赖关系，都比较重要。

After字段表示如果network.target或auditd.service需要启动，那么sshd.service应该在它们之后启动。可以指定多个服务，以空格隔开。

Before字段

相应地，还有一个Before字段，定义sshd.service应该在哪些服务之前启动。可以设置多个，以空格隔开，可选，根据实际需要配置。

注意，After和Before字段只涉及启动顺序，不涉及依赖关系。

举例来说，某 Web 应用需要 postgresql 数据库储存数据。在配置文件中，它只定义要在 postgresql 之后启动，而没有定义依赖 postgresql 。上线后，由于某种原因，postgresql 需要重新启动，在停止服务期间，该 Web 应用就会无法建立数据库连接。

Wants字段和Requires字段

设置依赖关系，需要使用Wants字段和Requires字段。想要添加多个服务，可以多次使用此选项，也可以设置一个空格分隔的服务列表。

1. Wants字段

   比如 Wants=sshd-keygen.service 就表示当前服务与sshd-keygen.service之间存在”弱依赖”关系，即如果”sshd-keygen.service”启动失败或停止运行，不影响sshd.service继续执行。

2. Requires字段则表示”强依赖”关系，比如 Requires=sshd-keygen.service ，即如果sshd-keygen.service启动失败或异常退出，那么当前服务也必须退出。

注意，Wants字段与Requires字段只涉及依赖关系，与启动顺序无关，默认情况下是同时启动的。

[Service] 区块：启动行为

Service区块定义如何启动当前服务。

EnvironmentFile字段

许多软件都有自己的环境参数文件，该文件可以用EnvironmentFile字段读取。 该文件内部的key=value键值对，可以用$key的形式，在当前配置文件中获取。

ExecStart字段

配置文件里面最重要的字段是ExecStart，它定义启动进程时执行的命令。

在ssh.service中，启动sshd执行的命令是/usr/sbin/sshd -D $SSHD_OPTS，其中的变量$SSHD_OPTS就来自EnvironmentFile字段指定的环境参数文件。

与之作用相似的，还有如下这些字段。

1. ExecReload字段：重启服务时执行的命令。还有一个特殊的环境变量 $MAINPID 可用于表示主进程的PID，例如可以这样使用：/bin/kill -HUP $MAINPID。强烈建议将 ExecReload= 设为一个能够确保重新加载配置文件的操作同步完成的命令行。
2. ExecStop字段：停止服务时执行的命令
3. ExecStartPre字段：启动服务之前执行的命令
4. ExecStartPost字段：启动服务之后执行的命令
5. ExecStopPost字段：停止服务之后执行的命令

请看下面的例子。

[Service]
ExecStart=/bin/echo execstart1
ExecStart=
ExecStart=/bin/echo execstart2
ExecStartPost=/bin/echo post1
ExecStartPost=/bin/echo post2

上面这个配置文件，第二行ExecStart设为空值，等于取消了第一行的设置，运行结果如下。

execstart2
post1
post2

所有的启动设置之前，都可以加上一个连词号（-），表示”抑制错误”，即发生错误的时候，不影响其他命令的执行。比如，EnvironmentFile=-/etc/default/ssh（注意等号后面的那个连词号），就表示即使/etc/default/ssh文件不存在，也不会抛出错误。

Type字段

Type字段定义启动类型。它可以设置的值如下。

• simple（默认值）：ExecStart字段启动的进程为主进程
• exec：exec与simple类似，不同之处在于，只有在该服务的主服务进程执行完成之后，systemd才会认为该服务启动完成。 其他后继单元必须一直阻塞到这个时间点之后才能继续启动。
• forking：ExecStart字段将以fork()方式启动，此时父进程将会退出，子进程将成为主进程
• oneshot：类似于simple，但只执行一次，只有在该服务的主服务进程退出之后，systemd才会认为该服务启动完成，才会开始启动后继单元。此种类型的服务通常需要设置RemainAfterExit=选项。当Type= 与 ExecStart=都没有设置时，Type=oneshot 就是默认值。
• dbus：类似于simple，但会等待 D-Bus 信号后启动
• notify：类似于simple，启动结束后会发出通知信号，然后 Systemd 再启动其他服务
• idle：类似于simple，但是要等到其他任务都执行完，才会启动该服务。一种使用场合是为让该服务的输出，不与其他服务的输出相混合

建议对长时间持续运行的服务尽可能使用Type=simple(这是最简单和速度最快的选择)。

注意，因为simple类型的服务无法报告启动失败，也无法在服务完成初始化后对其他单元进行排序，所以，当客户端需要通过仅由该服务本身创建的IPC通道(而非由systemd创建的套接字或D-bus之类)连接到该服务的时候，simple类型并不是最佳选择。
在这种情况下， notify或dbus(该服务必须提供D-Bus接口)才是最佳选择， 因为这两种类型都允许服务进程精确的安排何时算是服务启动成功、何时可以继续启动后继单元。
notify类型需要服务进程明确使用sd_notify()函数或类似的API，否则，可以使用forking作为替代(它支持传统的UNIX服务启动协议)。
最后，如果能够确保服务进程调用成功、服务进程自身不做或只做很少的初始化工作(且不大可能初始化失败)，那么exec将是最佳选择。

注意，因为使用任何 simple 之外的类型都需要等待服务完成初始化，所以可能会减慢系统启动速度。 因此，应该尽可能避免使用 simple 之外的类型(除非必须)。
另外，也不建议对长时间持续运行的服务使用 idle 或 oneshot 类型。

下面是一个oneshot的例子，笔记本电脑启动时，要把触摸板关掉，配置文件可以这样写。

[Unit]
Description=Switch-off Touchpad

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/touchpad-off

[Install]
WantedBy=multi-user.target

上面的配置文件，启动类型设为oneshot，就表明这个服务只要运行一次就够了，不需要长期运行。

如果关闭以后，将来某个时候还想打开，配置文件修改如下。

[Unit]
Description=Switch-off Touchpad

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/touchpad-off start
ExecStop=/usr/bin/touchpad-off stop
RemainAfterExit=yes

[Install]
WantedBy=multi-user.target

上面配置文件中，RemainAfterExit字段设为yes，表示进程退出以后，服务仍然保持执行。这样的话，一旦使用systemctl stop命令停止服务，ExecStop指定的命令就会执行，从而重新开启触摸板。

KillMode字段、Restart字段和RestartSec字段

Service区块有一些字段，定义了重启行为。

1. KillMode字段：定义 Systemd 如何停止 sshd 服务。

   在ssh.service定义中，将KillMode设为process，表示只停止主进程，不停止任何sshd 子进程，即子进程打开的 SSH session 仍然保持连接。这个设置不太常见，但对 sshd 很重要，否则你停止服务的时候，会连自己打开的 SSH session 一起杀掉。

   KillMode字段可以设置的值如下。

   • control-group（默认值）：当前控制组里面的所有子进程，都会被杀掉
   • process：只杀主进程
   • mixed：主进程将收到 SIGTERM 信号，子进程收到 SIGKILL 信号
   • none：没有进程会被杀掉，只是执行服务的 stop 命令。

2. Restart字段：定义了 sshd 退出后，systemd 的重启方式。

   在ssh.service定义中，Restart设为on-failure，表示任何意外的失败，都将重启sshd。如果 sshd 正常停止（比如执行systemctl stop命令），它就不会重启。

   Restart字段可以设置的值如下。

   • no（默认值）：退出后不会重启
   • on-success：只有正常退出时（退出状态码为0），才会重启
   • on-failure：非正常退出时（退出状态码非0），包括被信号终止和超时，才会重启
   • on-abnormal：只有被信号终止和超时，才会重启
   • on-abort：只有在收到没有捕捉到的信号终止时，才会重启
   • on-watchdog：超时退出，才会重启
   • always：不管是什么退出原因，总是重启

   对于守护进程，推荐设为on-failure。对于那些允许发生错误退出的服务，可以设为on-abnormal。

3. RestartSec字段

最后是RestartSec字段。

RestartSec字段：表示 Systemd 重启服务之前，需要等待的秒数。

[Install] 区块

Install区块，定义如何安装这个配置文件，即怎样做到开机启动。只有在systemctl的enable与disable命令在启用/停用单元时才会使用此部分。

WantedBy字段

表示该服务所在的 Target。

Target的含义是服务组，表示一组服务。WantedBy=multi-user.target指的是 sshd 所在的 Target 是multi-user.target。

这个设置非常重要，因为执行systemctl enable sshd.service命令时，sshd.service的一个符号链接，就会放在/etc/systemd/system目录下面的multi-user.target.wants子目录之中。

Systemd 有默认的启动 Target。

$ systemctl get-default
multi-user.target

上面的结果表示，默认的启动 Target 是multi-user.target。在这个组里的所有服务，都将开机启动。这就是为什么systemctl enable命令能设置开机启动的原因。

使用 Target 的时候，systemctl list-dependencies命令和systemctl isolate命令也很有用。

# 查看 multi-user.target 包含的所有服务
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 切换到另一个 target
# shutdown.target 就是关机状态
$ sudo systemctl isolate shutdown.target

一般来说，常用的 Target 有两个：一个是multi-user.target，表示多用户命令行状态；另一个是graphical.target，表示图形用户状态，它依赖于multi-user.target。官方文档有一张非常清晰的 Target 依赖关系图。

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

Target 的配置文件

Target 也有自己的配置文件。

$ systemctl cat multi-user.target
# /lib/systemd/system/multi-user.target
#  SPDX-License-Identifier: LGPL-2.1+
#
#  This file is part of systemd.
#
#  systemd is free software; you can redistribute it and/or modify it
#  under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
#  the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
#  (at your option) any later version.

[Unit]
Description=Multi-User System
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=basic.target
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=basic.target rescue.service rescue.target
AllowIsolate=yes

注意，Target 配置文件里面没有启动命令。

上面输出结果中，主要字段含义如下。

• Requires字段：要求basic.target一起运行。
• Conflicts字段：冲突字段。如果rescue.service或rescue.target正在运行，multi-user.target就不能运行，反之亦然。
• After：表示multi-user.target在basic.target 、 rescue.service、 rescue.target之后启动，如果它们有启动的话。
• AllowIsolate：允许使用systemctl isolate命令切换到multi-user.target。