systemd 文章续集来啦，上期咱们介绍了 systemd 的基本概念，本期就为大家具体解说 systemd 相干的运行逻辑，心愿能对钻研系统资源优化的优客有所帮忙。
systemd 时代的开机启动流程
在 systemd 作为零碎的 init 程序的时代下，Linux 零碎的启动流程能够大抵分为 6 个阶段：BIOS 自检阶段、GRUB 疏导阶段、kernel 内核加载阶段、initrd 虚构根文件系统阶段、systemd 初始化阶段、终端登录阶段。每个阶段都各司其职，为下一个阶段的进行做铺垫，互相分割，缺一不可。接下来对每个阶段做一下介绍：
1.BIOS 自检阶段
从咱们启动计算机从按下电源键开始，计算机开始通电，而后零碎就开始加载主板内存上的第一段代码：BIOS，零碎进入 BIOS 自检阶段。
BIOS 为根本输入输出零碎，全称 Basic Input Output System，它烧录在主板的内存上，其中的内容只能读不能改，如果要进行更改只能从新烧录到主板的内存上。BIOS 在开机阶段最次要的性能为上电自检，它会对主板上接入的硬件设施一个个进行查看，例如查看 CPU、主板、内存、软硬盘零碎、键盘、光驱等等硬件是否接入失常，有无故障，当某一些次要的硬件 (例如 CPU、内存等) 呈现问题时，BIOS 就会报错，无奈持续启动零碎。咱们在启动电脑时听到的滴滴的声音就是 BIOS 蜂鸣器收回的声音，当硬件出问题的时候就能够听到它蜂鸣器响两到三声报错，零碎就无奈进行下一步的启动。
BIOS 查看完所有硬件状态并状态无误的时候，就会依照设置的启动程序去找相应的启动盘，而后疏导零碎进入相应的启动盘持续启动零碎。有过刷机教训的敌人应该晓得在系统启动时按 F12 或者 delete 键就会进入 BIOS 界面，而后就会去抉择相应的启动盘进行刷机，启动盘能够是装机 U 盘、光驱，也能够是曾经装了零碎的磁盘等等，BIOS 能够设置默认的启动程序，例如：能够设置 U 盘为第一启动项，开机启动时 BIOS 就会疏导零碎去找 U 盘对应的硬件接口，当找不到 U 盘时，BIOS 会持续尝试第二启动项，当抉择好了启动项时，零碎进入相应的启动盘，并开始执行启动盘中第一块磁盘第一个扇区的代码，至此 BIOS 自检阶段完结。
2.GRUB 疏导阶段
GRUB 是 GRand Unified Bootloader 的缩写，它是一个多重操作系统的管理器，寄存在第一个磁盘的第一个扇区的主疏导扇区外面，如果你的电脑外面装了多个零碎，例如 Linux 零碎和 Windows 零碎，那么你能够通过 GRUB 来挪动光标抉择本人想要进入的零碎，抉择好零碎当前 GRUB 就会依据零碎分区表里找到对应零碎所在的磁盘分区，加载相应的 grub.cfg 配置文件，通过配置文件，加载 /boot 分区的文件系统驱动，而后在文件系统中找到零碎内核，把内核加载进来并启动，最初把零碎的控制权交给内核，至此 GRUB 疏导阶段完结。
GRUB 除了疏导零碎这一次要性能外，还能够通过 grub.cfg 配置文件来实现其余的一些性能。grub.cfg 配置文件寄存在 /boot/grub/ 目录下，配置文件中，Linux 参数示意系统启动时对应加载的内核，当零碎里寄存了多个内核、或者在你电脑上从新批改编译了新的内核的时候，能够配置此项来抉择相应的内核进行加载；quiet 参数相似于 loglevel 参数，用来配置日志启动的等级；splash 参数用来配置相应的启动动画等等。
3.Kernel 内核加载阶段
在解说内核的启动之前，先简略介绍一下 Linux 内核。Linux 内核是一种宏内核，运行在繁多地址空间的繁多的程序，把零碎的过程线程治理、内存治理、文件系统、驱动治理、网络管理等一些基本功能集中在一起，内核中的每一个函数都能够拜访到其内核的其余局部，不同于微内核(代表：Windows 零碎)，微内核则是将这些性能独立的划分成不同的服务，服务之间通过通信接口与核心内核通信。
在完结了 GRUB 疏导阶段，内核拿到零碎的控制权后，首先开始初始化零碎中各种设施的相干配置工作，其中包含 CPU、I/O 设施、存储设备的初始化等等，其次，内核创立内核态的 kernel_init 的过程，而后找到 initrd 文件并解压，加载 initrd 虚构根文件系统中的驱动程序实现相干硬件的初始化，最初调用 initrd 虚构根文件系统的 init 脚本，至此，内核在系统启动过程中的作用基本上就曾经实现，内核开始期待 initrd 执行 init 过程，内核加载阶段完结。
4.Initrd 虚构根文件系统阶段
initrd(Initial RAM Disk)它是一个虚构的根文件系统，在 GRUB 阶段被拷贝到内存，在内核中被解压，是一个长期的虚构根文件系统，对其进行解压后能够看到它的目录构造和理论的根文件系统相似，并且蕴含了些驱动程序，下图为解压麒麟 initrd.img 5.4.18-32 版本下的虚构根文件系统的目录构造：
因为内核为了精简，只保留了最根本的模块，因而没有各种设施硬件的驱动程序，这些驱动程序就寄存在了 initrd 外面，内核启动的时候，就从 initrd 中加载必要的驱动模块，实现硬件的初始化工作，接着，内核就开始执行虚构根文件系统里的 init 程序，即虚构根文件系统下的 systemd 程序，systemd 就作为内核的子程序，拿到了零碎的控制权，开始做一些零碎初始化方面的工作。
通过下面的形容，能够总结一下，虚构根文件系统的阶段能够大抵的分为：内核加载 initrd 外面的驱动程序、虚构根文件系统下的 systemd 程序加载这两个过程，因而也可把虚构根文件系统阶段别离归到内核加载阶段与 systemd 初始化阶段两个外面，是与高低两个阶段重合的一个阶段。此外，initrd 还提供了丑化启动图形界面的性能，用来遮蔽系统启动过程中的 log 日志输入，晋升用户的体验。当 initrd 下的 systemd 过程实现环境的初始化，零碎切换到真正的根文件系统的时候，initrd 阶段完结。
5.systemd 初始化阶段
systemd 是 system deamon 的简称，是一个 Linux 零碎根底组件的汇合，提供了零碎与服务的治理，是 pid 为 1 的 init 过程，是所有过程的父过程。须要具体理解 systemd 过程的小伙伴能够浏览上一篇文章：systemd 介绍，这里重点解说一下 systemd 开机过程中所做的事件。
通过后面的形容，咱们能够把 systemd 分为两个阶段：虚构根文件系统阶段与实根文件系统阶段。内核通过解压 initrd 文件失去虚构根文件系统，而后执行虚构根文件系统下的 init 程序来启动 systemd，systemd 作为内核的子过程在虚构根文件系统下开始运行。虚构根文件下的 systemd 首先对目前的零碎进行一些查看，例如判断零碎的运行状态是 user 态还是 system 态，零碎是失常的启动状态还是异样出错后的重启状态等等，而后进行一些零碎的初始化配置，包含：环境变量的配置、日志的相干配置等，接着对一些要害的文件系统进行挂载，次要包含 /proc、/sys、/dev、/var 这些根本的文件系统目录，到这一步后，systemd 就开始为切换实根文件目录做筹备，保留一些曾经配置的我的项目，并进行一些环境的适配之后，systemd 执行 setsid()零碎调用脱离内核管制，成为一个齐全独立的父过程，至此 systemd 的虚构根文件系统阶段完结，systemd 进入到实根文件系统阶段。
在实根文件系统阶段，systemd 首先进行一些切换后的环境适配，而后开启日志终端的性能，并把系统启动时长期保留在内核中的日志提取进去，整顿后寄存到相应的日志文件中，下一步，systemd 开始进行一些零碎能力的获取与零碎相干的初始化与配置，例如：CPU 亲和力的获取、主机名的配置、零碎 ID 的配置，cgroup 控制器的挂载、回环网络的配置等，实现以上的这些所有初始化工作后，systemd 作为 PID 为 1 的守护过程，开始了各个系统服务的创立与管理工作，依据相应 Unit 配置单元文件执行相应的零碎服务，通过各个服务逐渐实现零碎的启动工作。systemd 执行 Unit 的程序大抵能够分为 sysinit.target->basic.target->default.target，其中 sysinit.target 与 basic.target 次要用来启动一些零碎初始化相干的一些服务与执行一些开机启动晚期的一些工作，default.target 则指向不同的“运行级别”target 文件，如果是进入命令行模式则指向 multi-user.target 文件，如果是进入图形界面模式则指向 graphical.target 文件。至此，systemd 开机启动阶段的工作实现。
6. 终端登录阶段
在实现了 systemd 初始化阶段当前，零碎依据配置的运行级别，进入不同的登录界面，上面次要从图形登录界面进行介绍。在优麒麟操作系统中，systemd 之后的启动流程次要如下：systemd->lightdm->Xorg->lightdm-greeter->ukui-greeter->ukui-session，在优麒麟的终端通过 pstree 命令能够看到如下两个过程树：
lightdm 是一个全新的、轻量的 Linux 桌面的桌面显示管理器，它首先会拉起 Xorg，Xorg 是一个显示的后盾，负责屏幕的绘制，而后 lightdm 还会拉起 lightdm-greeter，lightdm-greeter 是 lightdm 的子过程，它会拉起 ukui-greeter 过程，ukui-greeter 是登录界面过程，因而 ukui-greeter 起来当前，零碎进入到登录界面，当输出登录的用户名与明码，用户名与明码效验通过当前，lightdm 建设集体的 ukui-session 桌面窗口管理器过程，至此，终端登录阶段完结，零碎实现启动。
systemd 相干命令
systemd 提供了 systemctl 相干命令，用于管理系统，上面对一些根底常用命令进行介绍：
1. 系统管理命令，控制系统电源状态
重启零碎
$ sudo systemctl reboot
关闭系统，切断电源
$ sudo systemctl poweroff
暂停零碎，使零碎进入睡眠状态
$ sudo systemctl suspend
让零碎进入蛰伏状态
$ sudo systemctl hibernate
让零碎进入交互式休眠状态
$ sudo systemctl hybrid-sleep
2.systemd-analyze 命令，用于查看启动耗时，可用来剖析零碎的启动效率
查看启动耗时
$ systemd-analyze
查看每个服务的启动耗时
$ systemd-analyze blame
显示瀑布状的启动过程流
$ systemd-analyze critical-chain
显示指定服务的启动流
$ systemd-analyze critical-chain atd.service
3.hostnamectl 命令，用于查看以后主机的信息
显示以后主机的信息
$ hostnamectl
设置主机名
$ sudo hostnamectl set-hostname rhel7
4.Unit 相干命令，用来治理 Unit 配置单元
列出正在运行的 Unit
$ systemctl list-units
列出所有 Unit，包含没有找到配置文件的或者启动失败的
$ systemctl list-units –all
列出所有没有运行的 Unit
$ systemctl list-units –all –state=inactive
列出所有加载失败的 Unit
$ systemctl list-units –failed
列出所有正在运行的、类型为 service 的 Unit
$ systemctl list-units –type=service
立刻启动一个服务
$ sudo systemctl start apache.service
立刻进行一个服务
$ sudo systemctl stop apache.service
重启一个服务
$ sudo systemctl restart apache.service
杀死一个服务的所有子过程
$ sudo systemctl kill apache.service
从新加载一个服务的配置文件
$ sudo systemctl reload apache.service
重载所有批改过的配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload
显示某个 Unit 的所有底层参数
$ systemctl show httpd.service
显示某个 Unit 的指定属性的值
$ systemctl show -p CPUShares httpd.service
设置某个 Unit 的指定属性
$ sudo systemctl set-property httpd.service CPUShares=500
5. 日志治理，用来查看和过滤系统日志
查看所有日志（默认状况下，只保留本次启动的日志）
$ sudo journalctl
查看内核日志（不显示利用日志）
$ sudo journalctl -k
查看零碎本次启动的日志
$ sudo journalctl -b
$ sudo journalctl -b -0
查看上一次启动的日志（需更改设置）
$ sudo journalctl -b -1
查看指定工夫的日志
$ sudo journalctl –since=”2012-10-30 18:17: 16″
$ sudo journalctl –since “20 min ago”
$ sudo journalctl –since yesterday
$ sudo journalctl –since “2015-01-10” –until “2015-01-11 03:00”
$ sudo journalctl –since 09:00 –until “1 hour ago”
显示尾部的最新 10 行日志
$ sudo journalctl -n
显示尾部指定行数的日志
$ sudo journalctl -n 20
实时滚动显示最新日志
$ sudo journalctl -f
查看指定服务的日志
$ sudo journalctl /usr/lib/systemd/systemd
查看指定过程的日志
$ sudo journalctl _PID=1
查看某个门路的脚本的日志
$ sudo journalctl /usr/bin/bash
查看指定用户的日志
$ sudo journalctl _UID=33 –since today
查看某个 Unit 的日志
$ sudo journalctl -u nginx.service
$ sudo journalctl -u nginx.service –since today
实时滚动显示某个 Unit 的最新日志
$ sudo journalctl -u nginx.service -f
查看指定优先级（及其以上级别）的日志，共有 8 级
0: emerg
1: alert
2: crit
3: err
4: warning
5: notice
6: info
7: debug
$ sudo journalctl -p err -b
日志默认分页输入，–no-pager 改为失常的规范输入
$ sudo journalctl –no-pager
显示日志占据的硬盘空间
$ sudo journalctl –disk-usage
指定日志文件占据的最大空间
$ sudo journalctl –vacuum-size=1G
指定日志文件保留多久
$ sudo journalctl –vacuum-time=1years