systemdによるLinuxの起動処理

systemdとは

systemdはLinuxの起動処理や、Linuxシステムの管理を行う仕組みです。
その実態はプロセスID(PID)=1 のデーモンです。

Linuxシステムの起動順序

CentOS 6以前の方式 (SysVinit)

BIOS/UEFI → ブートローダ → kernel → init

CentOS 7以降の方式 (systemd)

BIOS/UEFI → ブートローダ → kernel → systemd

連携するプロセス

systemdでは下記のデーモンが連携して動作します。

システム起動時に systemd は Unit という単位で処理します。

システム起動時の処理とサービス管理

SysVinit では…

init ( rc.sysinit, /etc/rc.d ) のシェルスクリプトで起動処理を定義していました。

systemd の場合

1. スクリプトではなく設定ファイル
2. Unit間の依存と順序の関係を定義
3. 用途別にUnitがある

1. スクリプトではなく設定ファイル

initの場合

例えば sshd に関する起動処理は /etc/rc.d/init.d/sshd にシェルスクリプトで書いていました。

# source function library
. /etc/rc.d/init.d/functions

# pull in sysconfig settings
[ -f /etc/sysconfig/sshd ] && . /etc/sysconfig/sshd
RETVAL=0
prog="sshd"
lockfile=/var/lock/subsys/$prog

Unitの場合

例えば default.target に関する起動の設定は /etc/systemd/system/default.target の設定ファイルに定義します。

[Unit]
Description=Graphical Interface
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=multi-user.target
Wants=display-manager.service
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=multi-user.target rescue.service rescue.target 
        display-manager.service
AllowIsolate=yes

2. Unit間の依存と順序の関係を定義

プロセスの依存関係

プロセスが、どのtargetを必要としているか、何を同時に起動すべきかを定義します。

(例)
Requires=multi-user.target
Wants=display-manager.service
Conflicts=rescue.service rescue.target

プロセスの起動順

プロセス起動の前後関係を After, Before で定義します。

(例)
After=multi-user.target rescue.service
Before=

3. 用途別にUnitがある

Unit設定ファイル

Unitの設定ファイルは2ヶ所あります。

/usr/lib/systemd/system/
システムのデフォルト設定
インストール済みのRPMパッケージで配布されたUnitの設定ファイル

/etc/systemd/system/
ユーザー独自設定
管理者が作成、管理するUnitの設定ファイル
同名のファイルをここに配置すると、こちらのファイルが優先される

Unit一覧表示コマンド

定義されている全てのUnitを表示する ※systemdサービスの一覧

# systemctl list-unit-files

定義されたservice Unitを表示する

# systemctl list-unit-files

稼働中のUnitを表示する

# systemctl list-unit-files

稼働中の service Unit を表示する

# systemctl list-unit-files

稼働中の target Unit を表示する

# systemctl list-unit-files

initのデメリット

• 依存関係を適切に処理できない
• スクリプトを順番に起動していくので、あるサービスの起動で手間取ると、それより後に実行するサービスが待たされてしまってシステム起動に時間がかかる
• システム起動後にオンデマンドでサービスを起動・停止する仕組みがない

initdの起動プロセス

電源投入
　▼
BIOS起動 ※POST (Power on self test)
　▼
ブートローダ起動
　▼
kernel起動 ※メモリ初期化、システムクロック設定、ドライバ読み込み、initプロセス実行開始
　▼
initd起動 ※/etc/inittab を読み込み、ランレベルの確認
　▼
ランレベルに対応した起動処理 ※rc.sysinit, /etc/rc.d のスクリプトを Sの番号が小さい順に起動
　▼
ログイン画面

systemdのメリット

• スクリプト実行ではなく、設定ファイルに従ってsystemdがUnit(サービス)を起動する
• Unitの起動処理をできる限り並列化する ※起動時間短縮
• Unitの起動をオンデマンド化する

systemdの起動プロセス

電源投入
　▼
BIOS起動 ※POST (Power on self test)
　▼
ブートローダ起動
　▼
kernel起動 ※メモリ初期化、システムクロック設定、ドライバ読み込み、systemdプロセス実行開始
　▼
systemd起動
　▼
default.targetの処理 ※まず最初に Unit:default.targetが処理される
Unitの依存・順序関係を解析 ※default.targetに必要なUnitの洗い出し
　▼
システムに適したtargetの処理 ※Unit間の関係性を元に最適な順序でプロセスの並列処理を実行
　▼
ログイン画面

ランレベルとターゲット

init

/etc/inittabに定義されたランレベルでシステムを起動する
/etc/rc.d/rc [ runlevel ].d にランレベルに応じたプロセス群が定義され、ファイル名Sの小さい番号から順に起動する

つまり、あるサービスの起動で手間取ると、それより後に実行するサービスが待たされてシステム起動に時間がかかる

systemd

プロセスを「target」としてグループ化することでランレベルと同様のプロセス管理を実現します。

例えば従来のランレベル3(マルチユーザー/コンソールログイン)で必要なプロセス郡は「multi-user.target」として定義されます。

ランレベルとターゲットの対応をコマンドで確認

[root@localhost ~]# ls  -l   /usr/lib/systemd/system/runlevel*target
→
lrwxrwxrwx. 1 root root 15   /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13   /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17   /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17   /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17   /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 16   /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13   /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target

# systemctl get-default  ：現在のtargetの確認
# systemctl set-default  ：targetの変更

systemctlを使ったサービス管理

1. Unitの起動／停止／再起動

# systemctl Unitコマンド Unit名

(例)
# systemctl status sshd.service   :sshdの状態確認 
# systemctl start  sshd.service   :sshdの開始
# systemctl stop   sshd.service   :sshdの停止

※CentOS 6までは # service sshd status としていました。

systemctlとserviceの違い

systemctl

すべてのUnitタイプを扱えます。
拡張子を含めたUnit名 ( *.mount, *.socket など ) を指定します。

service

serviceタイプのUnitのみ扱えます。
自動的に「.service」が付与され、拡張子は指定できません。

2. システム起動時のサービス自動起動の設定

systemctl で行います。

# systemctl enable Unit名  :自動起動オン
# systemctl disable Unit名 :自動起動オフ

(例)
# systemctl enable sshd.service

※CentOS 6までは以下のようにしていました。

# chkconfig Unit名 on
# chkconfig Unit名 off

(例)
# chkconfig sshd on

3. 自動起動の確認

Linuxシステム起動時のサービス自動起動オンオフの設定状態は systemctl is-enabled で確認できます。

また現在稼働中かどうかは systemctl is-active で確認できます。

# systemctl is-enabled Unit名 :自動起動の確認
# systemctl is-active Unit名  :稼働中か確認

(例)
# systemctl is-enabled sshd.service  :sshdは自動起動オンか？ 
# systemctl is-active  sshd.service  :sshdは現在稼働中か？

4. ランレベルの取り扱い

現在のデフォルトターゲットの表示
# systemctl get-default

デフォルトの起動ターゲット(デフォルトのランレベル)の変更
# systemctl set default multi-user.target

現在のtarget(ランレベル)の変更
# systemctl isolate rescue.target

5. Linuxシステムのシャットダウンと再起動

# systemctl poweroff  :シャットダウン
# systemctl reboot    :再起動

従来のshutdownコマンドも利用可能です。

# shutdown -h now :シャットダウン
# shutdown -r now :再起動

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