ubuntu systemd 启动流程分析(上)
ubuntu 系统启动流程还是比较复杂的，最常见的是分析启动进程init，但是在ubuntu从16.04开始启动进程也从init切换到systemd。作为在SysV系统上被大家广泛熟知的 的启动程序init，相关的分析也比较多。此篇文章也是在制作arm平台Ubuntu、Debian、CentOS等相关文件系统时自己提出的一些疑问和记录。
- init是什么，为什么会被取代？ init是古老的SystemV系统中内核启动的第一个进程，所以的进程都是可以认为是他fork出来的。可以认为init就是开天辟地的盘古大仙。有关此大仙的资料也是非常的多。但是为啥现在大多数Linux发行版都放弃init而使用其他的启动程序呢？ 其实个人感觉，并不是init不够好(niu)，而是随着系统的快速发展，init不能满足所有的需求，人们也当然会开发更适合自己的启动程序，例如：
- Upstart – A init replacement daemon implemented in Ubuntu GNU/Linux and designed to start process asynchronously.
- Epoch – A init replacement daemon built around simplicity and service management, designed to start process single-threaded.
- Mudar – A init replacement daemon written in Python, implemented on Pardus GNU/Linux and designed to start process asynchronously.
- systemd – A init replacement daemon designed to start process in parallel, implemented in a number of standard distribution – Fedora, OpenSuSE, Arch, RHEL, CentOS, etc.
- systemdsystemd是系统服务的管理进程，进程号为1。他就是现代的盘古大仙，只是开天辟地的方式和init有所不同。systemd其中的‘d’代表着daemon，是一个守护进程。在ubuntu18.04中通过pstree可以看到如下的进程树信息：
systemd─┬─accounts-daemon─┬─{gdbus}
│ └─{gmain}
├─acpid
├─agetty
├─apache2───2*[apache2───26*[{apache2}]]
├─atd
├─cron
├─dbus-daemon
├─dhclient
├─irqbalance
├─2*[iscsid]
├─lvmetad
├─lxcfs───4*[{lxcfs}]
├─mdadm
├─mysql-systemd-s───sleep
├─nmbd
├─php-fpm7.0───2*[php-fpm7.0]
├─polkitd─┬─{gdbus}
│ └─{gmain}
├─rsyslogd─┬─{in:imklog}
│ ├─{in:imuxsock}
│ └─{rs:main Q:Reg}很明显，systemd替代了我们熟悉的init。
- systemd 与 init 的比较 （仅供参考) 为了更直观的了解两者的区别，这里降两者的特点进行简单的对比（部分内容参考网络博客）：
Features | init | systemd |
us Dependency – Mandatory | No | Yes |
ice based Activation | No | Yes |
ice dependency configuration with udev | No | Yes |
er based Activation | Cron/at | Proprietary |
ta Management | No | Yes |
omatic Service Dependency Handling | No | Yes |
ls users Process at logout | No | Yes |
p Management | No | Yes |
inux integration | No | Yes |
port for Encrypted HDD | No | Yes |
No | Yes | |
t all the child processes | No | Yes |
v compatible | Yes | Yes |
eractive booting | No | Yes |
table to non x86 | Yes | Yes |
pted on | Several Distro | Several Distro |
allel service startup | No | Yes |
ource limit per service | No | Yes |
y extensible startup script | Yes | No |
arate Code and Configuration File | Yes | No |
omatic dependency calculation | No | Yes |
bose debug | Yes | No |
sion | N/A | V44+ |
e | 560 KB | N/A |
ber of Files | 75 files | 900 files + glib + DBus |
es of code – LOC | 15000 (Approx) | 224000 (Approx) (inc Codes, comments and white space) 125000 (Approx) (acctual code) |
从上面的比较，明显看出systemd的功能应该是更多、更强。 sysvinit的一个特点是启动服务时为同步阻塞的方式，也就是说开机启动若干服务要一个一个的启动，串行执行。可是很多服务之间并没有依赖关系，现在的硬件性能也比较高，如果就这么等着前面的服务一个个启动，也是让人着急啊。最尴尬的情况就是，前面的服务启动失败，直接就kernel panic了，有的服务还没出场就直接扑街领盒饭。 于是乎，新的机制必然会解决此问题。ubuntu15.04 之前的发行版采用upstart，一个基于事件驱动机制的启动方式，能够让服务并行启动，这样就能提高服务启动速度、也能更灵活地管理系统服务。 sysvinit和upstart的区别，就像我们进景区一样，从前是手里握紧门票排着长长的对，万一前面有个磨叽的人，咱就一个字“等”。现在的方式，你可以拿门票也可以扫二维码，入口也好几个，一下爽多了。
（图片来自网络）
启动流程概览
systemd 框架
systemd框架如下
systemd 启动流程
在systemd管理中，所有服务和功能都被抽象成一个个单元(Unit)，根据功能不同，单元类型也不同。systemd正是通过配置这些单元来开关、管理服务的。 systemd定义的单元的文件可以在不同的地方找到，每一个都有不同的优先级和影响。
单元类型
有关systemd单元定义可以参考systemd 官方手册
主要的类型有：
- Service unit
文件扩展名为.service，用于定义系统服务；- Target unit
文件扩展名为.target，用于模拟实现“运行级别”；- Device unit
文件扩展名为.device，用于定义内核识别的设备；- Mount unit
文件扩展名为.mount，定义文件系统挂载点；- Socket unit
文件扩展名为.socket，用于标识进程间通信用到的socket文件；- Snapshot unit
文件扩展名为.snapshot， 管理系统快照；- Swap unit
文件扩展名为.swap, 用于标识swap设备；- Automount unit
文件扩展名为.automount，文件系统自动点设备；- Path unit
文件扩展名为.path, 用于定义文件系统中的一文件或目录所有可用的单元文件存放在不同的路径下，但是不同的路径具有不同的优先级。例如 /usr/lib/systemd/system/ 和 /etc/systemd/system/ 目录（后者优先级更高）
其他目录有：
/etc/systemd/system/*
/run/systemd/system/*
/usr/lib/systemd/system/*
...
~/.config/systemd/user/*
/etc/systemd/user/*
$XDG_RUNTIME_DIR/systemd/user/*
/run/systemd/user/*
~/.local/share/systemd/user/*
/usr/lib/systemd/user/*
...可以通过systemctl list-unit-files来查看
参考链接Systemd Boot Process a Close Look in LinuxFind System Boot-up Performance Statistics in Linux6 Stages of Linux Boot Process (Startup Sequence)The Story Behind ‘init’ and ‘systemd’: Why ‘init’ Needed to be Replaced with ‘systemd’ in Linux
