关于 systemd 的初步理解(2)

upstart 的特点
upstart 解决了之前提到的 sysvinit 的缺点。采用事件驱动模型的 upstart 可以:

更快地启动系统

当新硬件被发现时动态启动服务

硬件被拔除时动态停止服务

这些特点使得 upstart 可以很好地应用在桌面或者便携式系统中,处理这些系统中的动态硬件插拔特性。

主角 systemd 登场

systemd 是 linux 系统中最新的初始化系统(init),它主要的设计目标是克服 sysvinit 固有的缺点,提高系统的启动速度。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。其实,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,缺点是体系庞大,非常复杂,下图展示了 systemd 的架构(此图来自互联网):

关于 systemd 的初步理解

systemd 能够在与 upstart 的竞争中胜出自然有很多过人之处,接下来让我们介绍一些 systemd 的主要优点。

兼容性

systemd 提供了和 sysvinit 兼容的特性。系统中已经存在的服务和进程无需修改。这降低了系统向 systemd 迁移的成本,使得 systemd 替换现有初始化系统成为可能。

启动速度

systemd 提供了比 upstart 更激进的并行启动能力,采用了 socket / D-Bus activation 等技术启动服务。一个显而易见的结果就是:更快的启动速度。为了减少系统启动时间,systemd 的目标是:

尽可能启动更少的进程

尽可能将更多进程并行启动

同样地,upstart 也试图实现这两个目标。下图展示了 upstart 相对于 sysvinit 在并发启动这个方面的改进(此图来自互联网):

关于 systemd 的初步理解

upstart 增加了系统启动的并行性,从而提高了系统启动速度。但是在 upstart 中,有依赖关系的服务还是必须先后启动。比如任务 A,B,(C,D)因为存在依赖关系,所以在这个局部,还是串行执行。

systemd 能够更进一步提高并发性,即便对于那些 upstart 认为存在相互依赖而必须串行的服务,比如 Avahi 和 D-Bus 也可以并发启动。从而实现如下图所示的并发启动过程(此图来自互联网):

在 systemd 中,所有的任务都同时并发执行,总的启动时间被进一步降低为 T1。可见 systemd 比 upstart 更进一步提高了并行启动能力,极大地加速了系统启动时间。

systemd 提供按需启动能力

当 sysvinit 系统初始化的时候,它会将所有可能用到的后台服务进程全部启动运行。并且系统必须等待所有的服务都启动就绪之后,才允许用户登录。这种做法有两个缺点:首先是启动时间过长,其次是系统资源浪费。

某些服务很可能在很长一段时间内,甚至整个服务器运行期间都没有被使用过。比如 CUPS,打印服务在多数服务器上很少被真正使用到。您可能没有想到,在很多服务器上 SSHD 也是很少被真正访问到的。花费在启动这些服务上的时间是不必要的;同样,花费在这些服务上的系统资源也是一种浪费。

systemd 可以提供按需启动的能力,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。
这有点类似于以前系统中的 inetd,并且有很多文章介绍如何把过去 inetd 管理的服务迁移到 systemd。

采用 linux 的 cgroups 跟踪和管理进程的生命周期

systemd 利用了 Linux 内核的特性即 cgroups 来完成跟踪的任务。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。
cgroups 已经出现了很久,它主要用来实现系统资源配额管理。cgroups 提供了类似文件系统的接口,使用方便。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 ,systemd 只需要简单地遍历指定的 cgroups 即可正确地找到所有的相关进程,将它们一一停止即可。

启动挂载点和自动挂载的管理

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