Linux systemd 服务全面详解

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一、systemd 是什么？

systemd 是 Linux 系统的现代初始化系统（init）和服务管理器，替代传统的 SysVinit 和 Upstart。它不仅是系统启动的“总指挥”，还统一管理服务、日志、设备挂载、定时任务等。

核心作用

  1. 服务管理：启动、停止、重启服务，设置开机自启。
  2. 并行启动：根据依赖关系并行启动服务，大幅缩短系统启动时间。
  3. 日志管理：通过 journalctl 集中管理所有服务的日志。
  4. 资源控制：限制服务的 CPU、内存等资源使用。
  5. 按需启动：通过套接字或总线激活服务，节省资源。

二、核心概念与配置

1. 单元（Unit）

systemd 通过单元文件（Unit File）管理系统资源，文件扩展名表示类型：

单元类型作用常见示例
.service管理后台服务（如 Nginx、MySQL）nginx.service
.socket管理套接字（按需启动服务）docker.socket
.timer定时任务（替代 cron）daily-backup.timer
.target逻辑分组（类似运行级别）multi-user.target
.mount文件系统挂载home.mount

2. 服务文件（.service）详解

服务文件通常位于 /usr/lib/systemd/system/（系统默认）或 /etc/systemd/system/（自定义覆盖）。
一个典型服务文件分为三个部分：

示例：Python Web 应用服务
[Unit]
Description=My Web Application
After=network.target  # 确保网络就绪后启动[Service]
Type=simple
User=www-data
Group=www-data
WorkingDirectory=/opt/myapp  # 指定工作目录（避免路径错误）
ExecStart=/usr/bin/python3 /opt/myapp/app.py
Restart=on-failure
Environment="APP_ENV=production"  # 设置环境变量（如配置生产模式）[Install]
WantedBy=multi-user.target  # 关联到多用户命令行模式
关键参数解析

  • [Unit] 部分：

    • Description：服务描述（用于日志和状态显示）。
    • After/Before：定义启动顺序（如 After=network.target）。
    • Requires：强依赖服务（依赖失败则当前服务失败）。
    • Wants：弱依赖服务（依赖失败不影响当前服务）。

  • [Service] 部分：

    • Type：服务类型（见下文详解）。
    • ExecStart：启动命令（必须用绝对路径）。
    • Restart：重启策略（no、on-failure、always）。
    • User/Group：以指定用户/组运行（提升安全性）。
    • Environment：设置环境变量（如数据库密码）。

  • [Install] 部分：

    • WantedBy：定义服务所属的目标（target），控制开机启动场景。

3. 服务类型（Type）详解

类型行为适用场景
simple主进程启动即视为服务已就绪（默认类型）。简单脚本或后台程序。
forking主进程 fork 子进程后退出，systemd 通过 PIDFile 跟踪子进程。传统守护进程（如 Nginx）。
oneshot执行一次性任务后退出，需配合 RemainAfterExit=yes 维持状态。初始化脚本或备份任务。
notify服务通过 sd_notify 发送就绪信号后，systemd 才认为服务启动完成。需要明确初始化完成的服务。
为什么需要 forking 类型？
  • 历史兼容性：传统守护进程（如 Nginx）会自行 fork 子进程并退出父进程。
  • 脱离终端：子进程脱离终端控制，避免被 Ctrl+C 或终端关闭信号终止。
  • 资源消耗：父进程短暂存在后退出，实际资源由子进程占用，与 simple 类型无显著差异。

4. 目标（Target）

target 是 systemd 的逻辑分组单位，定义系统的不同运行状态（类似传统运行级别）：

Target 名称作用
multi-user.target多用户命令行模式（无图形界面）。
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定时任务关联的目标。

关联服务：
在 [Install] 部分设置 WantedBy=multi-user.target，表示系统进入该目标时服务自动启动。

三、常用命令速查

1. 服务管理

# 启动/停止/重启服务
systemctl start <服务名>
systemctl stop <服务名>
systemctl restart <服务名># 查看服务状态
systemctl status <服务名># 启用/禁用开机自启
systemctl enable <服务名>
systemctl disable <服务名># 重新加载修改后的服务文件
systemctl daemon-reload

2. 日志管理

# 查看服务日志
journalctl -u <服务名># 实时追踪日志
journalctl -fu <服务名># 按时间筛选日志
journalctl --since "09:00" --until "10:00"

3. 系统状态

# 列出所有运行中的服务
systemctl list-units --type=service# 分析系统启动时间
systemd-analyze

四、典型案例与场景

1. 部署 Python Web 应用

需求：将脚本 /opt/myapp/app.py 设为后台服务，开机自启。
步骤：

  1. 创建服务文件 /etc/systemd/system/myapp.service：
    [Unit]
Description=My Python Web App
After=network.target[Service]
User=www-data
Group=www-data
WorkingDirectory=/opt/myapp  # 确保脚本能读取同目录下的文件
ExecStart=/usr/bin/python3 /opt/myapp/app.py
Restart=always
Environment="APP_ENV=production"  # 传递环境变量[Install]
WantedBy=multi-user.target
  2. 启用并启动服务：
    systemctl daemon-reload
systemctl enable myapp
systemctl start myapp

2. 定时备份文件（替代 cron）

需求：每天凌晨 3 点执行备份脚本 /opt/scripts/backup.sh。
步骤：

  1. 创建服务文件 /etc/systemd/system/backup.service：
    [Unit]
Description=Daily File Backup[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/bin/bash /opt/scripts/backup.sh
  2. 创建定时器文件 /etc/systemd/system/backup.timer：
    [Unit]
Description=Run backup daily at 3 AM[Timer]
OnCalendar=*-*-* 03:00:00  # 每日 3 点执行
Persistent=true            # 如果错过时间，开机后补执行[Install]
WantedBy=timers.target
  3. 启用定时器：
    systemctl enable backup.timer
systemctl start backup.timer

关联逻辑：

  • .timer 和 .service 文件必须同名（或通过 Unit= 显式指定）。
  • 定时器触发时，systemd 执行对应的服务。

3. 限制服务资源

需求：限制服务最多使用 512MB 内存和 50% CPU。
服务文件配置：

[Service]
...
MemoryMax=512M  # 最大内存限制
CPUQuota=50%    # CPU 时间配额

五、常见问题排查

1. 服务启动失败

  • 查看日志：journalctl -u <服务名>
  • 检查路径和权限：确保 ExecStart 的命令路径正确，且 User 有权限访问相关文件。
  • 手动测试命令：直接运行 ExecStart 的命令验证是否报错。

2. 服务无法开机自启

  • 确认服务已启用：运行 systemctl is-enabled <服务名>。
  • 检查 [Install] 配置：确保 WantedBy 指向正确的 target（如 multi-user.target）。

3. 环境变量未生效

  • 显式设置变量：在服务文件中使用 Environment="KEY=value"。
  • 避免 Shell 变量：systemd 不读取用户 Shell 的环境变量。

六、高级功能

1. 按需启动（Socket Activation）

通过 .socket 单元监听端口，当有请求时启动服务：

# /etc/systemd/system/myservice.socket
[Socket]
ListenStream=8080  # 监听 TCP 端口 8080[Install]
WantedBy=sockets.target

2. 服务依赖与顺序

[Unit]
Requires=postgresql.service  # 强依赖
After=postgresql.service     # 确保 PostgreSQL 先启动

七、总结

systemd 的核心优势：

  1. 统一管理：服务、日志、定时任务等通过单一工具管理。
  2. 高效并行：依赖驱动的启动机制大幅优化启动速度。
  3. 灵活配置：通过单元文件实现细粒度控制。

学习建议：

  • 从简单服务文件入手，逐步实践定时任务和资源限制。
  • 善用 journalctl 和 systemctl status 排查问题。
  • 参考官方文档：systemd.io

附：速查表

# 查看服务依赖关系
systemctl list-dependencies <服务名># 杀死服务进程
systemctl kill <服务名># 查看所有定时器
systemctl list-timers

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