Linux 服务管理

Linux 服务管理是系统管理的重要组成部分。在现代 Linux 系统中，systemd 作为系统和服务管理器，彻底改变了传统的服务管理方式。本教程将通过实际场景演示，帮助您掌握 systemd 服务管理的各个方面。

🎯 学习目标

完成本章学习后，您将能够：

systemd 架构理解: 深入理解 systemd 作为系统和服务管理器的核心作用和现代化特性
服务控制操作: 熟练掌握服务的启动、停止、重启、启用、禁用等基本操作
服务单元配置: 学会创建和配置自定义服务单元，理解不同服务类型的应用场景
系统启动分析: 了解系统启动流程和目标管理，掌握启动性能分析技能
日志管理技能: 掌握 systemd 日志管理和分析技能，提升故障排查能力

🏗️ systemd 系统架构

核心概念

systemd 官方定义：

根据 systemd 项目官方文档，systemd 是一个 Linux 系统基础组件的集合，提供了一个系统和服务管理器，运行为 PID 1 并负责启动其它程序。它是现代 Linux 发行版的标准初始化系统和服务管理器，兼容 SysV 和 LSB 初始脚本。

科学工程化类比：

systemd 就像现代化工厂的中央控制系统：

PID 1 进程 = 工厂总控制室，负责协调所有生产线
服务单元 = 各个生产车间，每个车间有特定功能
依赖关系 = 生产流水线，确保正确的启动顺序
并行启动 = 多条生产线同时运行，提高效率
资源控制 = 智能分配电力、原料等资源给各车间

systemd 核心特性：

并行启动：通过依赖关系分析，实现服务的并行启动，大幅提升系统启动速度
按需激活：支持套接字激活和设备激活，只在需要时启动相关服务
统一管理：提供统一的配置格式和管理接口，简化系统管理
可靠性：具备服务监控、自动重启、故障恢复等企业级特性
现代化：支持 cgroups、命名空间等现代 Linux 内核特性

与传统 SysV init 对比：

启动速度：相比传统 SysV init，启动速度提升 50% 以上
依赖管理：智能的依赖关系处理，避免启动顺序问题
资源控制：集成 cgroups，实现精细的资源限制和监控
日志集成：统一的日志系统，便于故障诊断和系统监控

systemd 生态系统架构

单元类型详解：

单元类型	官方定义	工程化类比	应用场景
`.service`	管理系统守护进程和后台服务	工厂生产车间	Web服务器、数据库
`.target`	用于分组和同步其他单元，类似运行级别	生产阶段目标	多用户模式、图形界面
`.socket`	管理套接字激活服务	通信接口	按需启动服务
`.timer`	定时执行任务	定时器控制	备份任务、清理任务
`.mount`	管理文件系统挂载点	存储仓库	磁盘挂载、网络存储
`.device`	管理设备节点	设备接口	硬件设备管理

systemd 启动流程

系统启动详细流程：

systemd 的启动过程是一个复杂而精密的过程，它通过目标（target）单元来组织启动阶段，每个目标代表系统的一个特定状态。

工程化类比：systemd 启动流程就像现代化工厂的开机流程：

内核启动 = 工厂供电系统启动
initramfs = 基础设施检查和准备
systemd 初始化 = 中央控制系统上线
目标启动 = 各生产线按顺序启动

启动阶段解析：

内核启动阶段：
- 硬件检测和初始化
- 加载内核模块
- 挂载根文件系统
initramfs 阶段：
- 加载必要的驱动程序
- 解密加密的根分区
- 切换到真实的根文件系统
systemd 初始化：
- systemd 成为 PID 1 进程
- 读取和解析单元文件
- 建立依赖关系图
目标启动序列：
- sysinit.target：基础系统初始化，挂载文件系统、启动 udev
- basic.target：基础服务启动，时间同步、日志服务
- multi-user.target：多用户环境，网络服务、应用服务
- graphical.target：图形界面，显示管理器、桌面环境

启动时间优化提示: 使用 systemd-analyze 命令可以分析系统启动时间，识别启动缓慢的服务，从而优化系统性能。

⚙️ 服务基础操作

服务状态管理

服务状态概念：

在 systemd 中，每个服务都有明确的状态，就像工厂中每个车间都有运行状态指示灯：

active (running) = 绿灯：服务正常运行
inactive (dead) = 红灯：服务已停止
failed = 黄灯：服务启动失败
enabled = 自动模式：开机自动启动
disabled = 手动模式：需要手动启动

查看服务状态

请登录以使用远程命令功能

# 查看所有服务状态

$sudo systemctl list-units --type=service

请登录以使用远程命令功能

# 查看特定服务状态

$sudo systemctl status nginx

$sudo systemctl status ssh

$sudo systemctl status mysql

请登录以使用远程命令功能

# 查看服务是否启用

$sudo systemctl is-enabled nginx

$sudo systemctl is-active nginx

# 查看失败的服务

$sudo systemctl --failed

示例输出解析：

● 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 Mon 2024-01-15 10:30:45 UTC; 2h 15min ago
       Docs: man:nginx(8)
   Main PID: 1234 (nginx)
      Tasks: 3 (limit: 4915)
     Memory: 6.2M
        CPU: 45ms
     CGroup: /system.slice/nginx.service
             ├─1234 nginx: master process /usr/sbin/nginx -g daemon on; master_process on;
             ├─1235 nginx: worker process
             └─1236 nginx: worker process

状态信息详解：

Loaded: 服务单元文件已加载，enabled 表示开机自启
Active: 服务当前状态，running 表示正在运行
Main PID: 主进程 ID，用于进程管理
Tasks: 当前任务数量和限制
Memory/CPU: 资源使用情况
CGroup: 进程组织结构

服务控制命令

请登录以使用远程命令功能

# 启动服务

$sudo systemctl start nginx

$sudo systemctl start ssh

请登录以使用远程命令功能

# 停止服务

$sudo systemctl stop nginx

$sudo systemctl stop apache2

请登录以使用远程命令功能

# 重启服务

$sudo systemctl restart nginx

$sudo systemctl restart mysql

请登录以使用远程命令功能

# 重新加载配置（不重启服务）

$sudo systemctl reload nginx

$sudo systemctl reload-or-restart nginx

请登录以使用远程命令功能

# 启用服务（开机自启）

$sudo systemctl enable nginx

$sudo systemctl enable ssh

请登录以使用远程命令功能

# 禁用服务（取消开机自启）

$sudo systemctl disable apache2

$sudo systemctl disable bluetooth

请登录以使用远程命令功能

# 屏蔽服务（完全禁用）

$sudo systemctl mask apache2

$sudo systemctl unmask apache2

服务依赖关系

依赖关系概念：

服务依赖关系就像工厂生产线的协调机制：

Requires = 强制依赖：必须等上游车间完成才能开工
Wants = 弱依赖：希望上游车间运行，但不强制等待
After = 顺序依赖：在指定车间之后启动
Before = 顺序依赖：在指定车间之前启动

依赖关系注意事项: Wants 和 Requires 并不暗含 After，如果需要顺序启动，必须同时指定 After 选项。

📝 服务单元文件

服务单元结构

服务单元文件概念：

服务单元文件就像设备的操作手册，详细描述了：

[Unit] = 设备基本信息：名称、说明、依赖关系
[Service] = 操作规程：如何启动、停止、重启
[Install] = 安装说明：何时自动启动

基本服务单元模板

INI

# /etc/systemd/system/myapp.service
[Unit]
Description=My Application Service
Documentation=https://example.com/docs
After=network.target
Wants=network.target
 
[Service]
Type=simple
User=myapp
Group=myapp
WorkingDirectory=/opt/myapp
ExecStart=/opt/myapp/bin/myapp --config /etc/myapp/config.yml
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
Restart=always
RestartSec=10
StandardOutput=journal
StandardError=journal
 
[Install]
WantedBy=multi-user.target

服务单元配置详解

服务单元文件结构：

配置段	配置项	说明	示例
[Unit]	Description	📝 服务描述	`Description=Nginx HTTP Server`
	Documentation	📚 文档链接	`Documentation=man:nginx(8)`
	After	⏰ 启动顺序	`After=network.target`
	Wants	🔗 依赖关系	`Wants=network.target`
[Service]	Type	🔧 服务类型	`Type=simple`
	User/Group	👤 运行用户	`User=nginx` `Group=nginx`
	ExecStart	🚀 启动命令	`ExecStart=/usr/sbin/nginx`
	Restart	🔄 重启策略	`Restart=always`
[Install]	WantedBy	🎯 安装目标	`WantedBy=multi-user.target`
	RequiredBy	🔒 必需目标	`RequiredBy=graphical.target`

配置文件位置优先级：

/etc/systemd/system/ - 系统管理员配置（最高优先级）
/lib/systemd/system/ - 软件包提供的配置
/usr/lib/systemd/user/ - 用户级服务配置

服务类型详解

服务类型概念：

服务类型定义了 systemd 如何管理服务进程，就像不同类型的生产设备需要不同的操作方式：

服务类型对比

类型	官方定义	工程化类比	使用场景	示例
`simple`	systemd 认为该服务将立即启动且服务进程不会 fork	直接启动的设备	大多数现代应用程序	Web 服务器
`forking`	systemd 认为当该服务进程 fork，且父进程退出后服务启动成功	需要预热的设备	传统守护进程	Apache, Nginx
`oneshot`	适用于只执行一项任务、随后立即退出的服务	一次性操作工具	初始化脚本	挂载文件系统
`notify`	与 simple 相同，但约定服务会在就绪后向 systemd 发送信号	智能反馈设备	支持 sd_notify 的应用	现代应用程序
`idle`	systemd 会等待所有活动任务都完成后再执行服务进程	等待空闲时启动	避免输出混乱	终端服务

创建自定义服务示例

请登录以使用远程命令功能

# 1. 创建应用程序目录

$sudo mkdir -p /opt/mywebapp

$sudo useradd --system --no-create-home --shell /bin/false mywebapp

请登录以使用远程命令功能

# 2. 创建简单的 Web 应用

$sudo tee /opt/mywebapp/app.py << 'EOF'

#!/usr/bin/env python3

$from http.server import HTTPServer, SimpleHTTPRequestHandler

$import os

$class MyHandler(SimpleHTTPRequestHandler):

$ def do_GET(self):

$ self.send_response(200)

$ self.send_header('Content-type', 'text/html')

$ self.end_headers()

$ self.wfile.write(b'<h1>My Web App is Running!</h1>')

$if __name__ == '__main__':

$ os.chdir('/opt/mywebapp')

$ server = HTTPServer(('0.0.0.0', 8080), MyHandler)

$ print("Server running on port 8080")

$ server.serve_forever()

$EOF

请登录以使用远程命令功能

# 3. 设置权限

$sudo chmod +x /opt/mywebapp/app.py

$sudo chown -R mywebapp:mywebapp /opt/mywebapp

请登录以使用远程命令功能

# 4. 创建服务单元文件

$sudo tee /etc/systemd/system/mywebapp.service << 'EOF'

$[Unit]

$Description=My Web Application

$After=network.target

$Wants=network.target

$[Service]

$Type=simple

$User=mywebapp

$Group=mywebapp

$WorkingDirectory=/opt/mywebapp

$ExecStart=/usr/bin/python3 /opt/mywebapp/app.py

$Restart=always

$RestartSec=10

$StandardOutput=journal

$StandardError=journal

$[Install]

$WantedBy=multi-user.target

$EOF

请登录以使用远程命令功能

# 5. 重新加载 systemd 配置

$sudo systemctl daemon-reload

# 6. 启用并启动服务

$sudo systemctl enable mywebapp

$sudo systemctl start mywebapp

# 7. 检查服务状态

$sudo systemctl status mywebapp

🎯 系统目标管理

运行级别与目标

传统运行级别对比

目标管理命令

请登录以使用远程命令功能

# 查看当前目标

$systemctl get-default

# 查看所有目标

$systemctl list-units --type=target

请登录以使用远程命令功能

# 切换到多用户目标

$sudo systemctl isolate multi-user.target

# 切换到图形目标

$sudo systemctl isolate graphical.target

请登录以使用远程命令功能

# 设置默认目标

$sudo systemctl set-default multi-user.target

$sudo systemctl set-default graphical.target

请登录以使用远程命令功能

# 查看目标依赖关系

$systemctl list-dependencies multi-user.target

$systemctl list-dependencies graphical.target

启动分析

启动时间分析

请登录以使用远程命令功能

# 查看启动时间

$systemd-analyze

# 查看服务启动时间

$systemd-analyze blame

请登录以使用远程命令功能

# 查看关键链

$systemd-analyze critical-chain

# 查看特定服务的启动时间

$systemd-analyze critical-chain nginx.service

请登录以使用远程命令功能

# 生成启动图表（需要安装 graphviz）

$sudo apt install graphviz

$systemd-analyze plot > boot-analysis.svg

示例输出：

Startup finished in 2.547s (kernel) + 8.504s (userspace) = 11.051s
graphical.target reached after 8.504s in userspace

📊 日志管理

日志系统概念

systemd-journald 官方定义：

systemd-journald 是 systemd 的日志守护进程，负责收集和存储日志数据。它创建和维护结构化的、索引化的日志，基于从各种来源接收的日志信息。

工程化类比：

systemd 日志系统就像现代化工厂的智能监控中心：

journald = 中央监控系统，收集所有设备数据
结构化日志 = 标准化数据格式，便于分析
索引机制 = 智能检索系统，快速定位问题
实时监控 = 24小时不间断监控
日志轮转 = 自动数据归档管理

journald 核心特性：

结构化日志：日志以键值对形式存储，支持丰富的元数据
高效存储：二进制格式比文本格式更节省空间，支持压缩
快速查询：内置索引机制，支持复杂的过滤和搜索
集中收集：统一收集内核、系统服务、应用程序的日志
安全性：支持日志签名和验证，防止日志被篡改

与传统 syslog 的对比：

性能：journald 的查询速度比 grep 文本文件快 10-100 倍
功能：支持实时日志流、结构化查询、自动轮转
兼容性：可以与传统 syslog 系统共存，支持日志转发

systemd 日志系统架构

journald 架构图

日志优先级级别：

级别	名称	描述	工程化类比
0	emerg	系统不可用	紧急停机
1	alert	必须立即采取行动	严重警报
2	crit	严重条件	关键故障
3	err	错误条件	一般错误
4	warning	警告条件	预警信号
5	notice	正常但重要的条件	重要通知
6	info	信息性消息	运行信息
7	debug	调试级消息	调试数据

日志查询命令

基础查询命令：

请登录以使用远程命令功能

# 查看所有日志（从最早开始）

$sudo journalctl

# 查看最新日志（从最新开始）

$sudo journalctl -r

服务日志查询：

请登录以使用远程命令功能

# 查看特定服务日志

$sudo journalctl -u nginx

$sudo journalctl -u ssh

$sudo journalctl -u mywebapp

# 查看多个服务日志

$sudo journalctl -u nginx -u mysql

实时日志监控：

请登录以使用远程命令功能

# 实时跟踪日志（类似 tail -f）

$sudo journalctl -u nginx -f

$sudo journalctl -f

# 实时跟踪并显示最新10行

$sudo journalctl -u nginx -f -n 10

时间范围查询：

请登录以使用远程命令功能

# 查看特定时间范围的日志

$sudo journalctl --since "2024-01-15 10:00:00"

$sudo journalctl --since "1 hour ago"

$sudo journalctl --since yesterday

$sudo journalctl --until "2024-01-15 12:00:00"

# 查看今天的日志

$sudo journalctl --since today

优先级过滤：

请登录以使用远程命令功能

# 查看错误级别及以上的日志

$sudo journalctl -p err

$sudo journalctl -p warning

$sudo journalctl -p info

# 查看特定服务的错误日志

$sudo journalctl -u nginx -p err

系统日志查询：

请登录以使用远程命令功能

# 查看内核日志

$sudo journalctl -k

$sudo journalctl --dmesg

# 查看启动日志

$sudo journalctl -b

$sudo journalctl -b -1 # 上次启动

$sudo journalctl -b -2 # 上上次启动

日志过滤和格式化

请登录以使用远程命令功能

# 按进程 ID 过滤

$sudo journalctl _PID=1234

# 按用户过滤

$sudo journalctl _UID=1000

# 按可执行文件过滤

$sudo journalctl /usr/sbin/nginx

请登录以使用远程命令功能

# 输出格式选项

$sudo journalctl -u nginx -o json

$sudo journalctl -u nginx -o json-pretty

$sudo journalctl -u nginx -o cat

$sudo journalctl -u nginx -o short-iso

请登录以使用远程命令功能

# 显示行数限制

$sudo journalctl -u nginx -n 50

$sudo journalctl -u nginx --lines=100

# 反向显示（最新的在前）

$sudo journalctl -u nginx -r

日志配置管理

journald 配置

请登录以使用远程命令功能

# 编辑 journald 配置

$sudo nano /etc/systemd/journald.conf

请登录以使用远程命令功能

# 配置示例

$cat << 'EOF' | sudo tee /etc/systemd/journald.conf

$[Journal]

# 存储方式：persistent（持久化）、volatile（内存）、auto（自动）

$Storage=persistent

# 日志文件大小限制

$SystemMaxUse=1G

$SystemKeepFree=500M

$SystemMaxFileSize=100M

# 日志保留时间

$MaxRetentionSec=1month

# 压缩设置

$Compress=yes

# 转发到 syslog

$ForwardToSyslog=no

$ForwardToWall=yes

$EOF

# 重启 journald 服务

$sudo systemctl restart systemd-journald

日志轮转和清理

请登录以使用远程命令功能

# 查看日志占用空间

$sudo journalctl --disk-usage

请登录以使用远程命令功能

# 清理日志

$sudo journalctl --vacuum-time=7d # 保留7天

$sudo journalctl --vacuum-size=500M # 保留500MB

$sudo journalctl --vacuum-files=10 # 保留10个文件

请登录以使用远程命令功能

# 验证日志完整性

$sudo journalctl --verify

🔧 高级服务管理

服务模板和实例

服务模板示例

请登录以使用远程命令功能

# 创建服务模板

$sudo tee /etc/systemd/system/webapp@.service << 'EOF'

$[Unit]

$Description=Web Application Instance %i

$After=network.target

$[Service]

$Type=simple

$User=webapp

$Group=webapp

$WorkingDirectory=/opt/webapp

$ExecStart=/opt/webapp/start.sh %i

$Environment=INSTANCE=%i

$Restart=always

$[Install]

$WantedBy=multi-user.target

$EOF

请登录以使用远程命令功能

# 启动多个实例

$sudo systemctl enable webapp@8080

$sudo systemctl enable webapp@8081

$sudo systemctl start webapp@8080

$sudo systemctl start webapp@8081

请登录以使用远程命令功能

# 查看实例状态

$sudo systemctl status webapp@8080

$sudo systemctl status webapp@8081

定时器单元

创建定时任务

请登录以使用远程命令功能

# 创建定时器服务

$sudo tee /etc/systemd/system/backup.service << 'EOF'

$[Unit]

$Description=System Backup Service

$[Service]

$Type=oneshot

$ExecStart=/usr/local/bin/backup.sh

$User=backup

$EOF

请登录以使用远程命令功能

# 创建定时器单元

$sudo tee /etc/systemd/system/backup.timer << 'EOF'

$[Unit]

$Description=Run backup daily

$Requires=backup.service

$[Timer]

$OnCalendar=daily

$Persistent=true

$[Install]

$WantedBy=timers.target

$EOF

请登录以使用远程命令功能

# 启用并启动定时器

$sudo systemctl enable backup.timer

$sudo systemctl start backup.timer

# 查看定时器状态

$sudo systemctl list-timers

$sudo systemctl status backup.timer

🤔 思考题

为什么 systemd 采用并行启动方式比传统的串行启动更高效？在什么情况下并行启动可能会遇到问题？
在创建自定义服务时，如何选择合适的服务类型（simple、forking、oneshot等）？请结合具体应用场景说明。
systemd 的日志系统相比传统的文本日志有哪些优势？在什么情况下你可能还需要传统的文本日志？
如果一个服务启动失败，你会按照什么顺序进行排查？请设计一个完整的故障排查流程。

📚 扩展阅读

systemd 官方文档 - 官方权威文档和最佳实践
Arch Linux systemd 指南 - 详细的配置和使用指南
Red Hat systemd 管理指南 - 企业级应用实践
systemd 单元文件参考 - 完整的配置选项参考

教程目录

Linux基础入门

系统管理

网络配置

存储管理

服务部署

监控运维

Linux 服务管理 - systemd 服务控制、启动流程、日志管理

🚀 实践环境(SSH)

StudyBoard

Linux 服务管理

🎯 学习目标

🏗️ systemd 系统架构

核心概念

systemd 生态系统架构

systemd 启动流程

⚙️ 服务基础操作

服务状态管理

查看服务状态

服务控制命令

服务依赖关系

📝 服务单元文件

服务单元结构

基本服务单元模板

服务单元配置详解

服务类型详解

服务类型对比

创建自定义服务示例

🎯 系统目标管理

运行级别与目标

传统运行级别对比

目标管理命令

启动分析

启动时间分析

📊 日志管理

日志系统概念

systemd 日志系统架构

journald 架构图

日志查询命令

日志过滤和格式化

日志配置管理

journald 配置

日志轮转和清理

🔧 高级服务管理

服务模板和实例

服务模板示例

定时器单元

创建定时任务

🤔 思考题

📚 扩展阅读

实践练习