Systemd 和 Systemctl 完全指南

September 5, 2025

Systemd 是现代 Linux 系统的核心组件，负责系统初始化和服务管理。本文将全面介绍 Systemd 和 Systemctl 的使用方法，从基础操作到高级配置。

Systemd 简介

什么是 Systemd

Systemd 是 Linux 系统的初始化系统和服务管理器，它替代了传统的 SysV init 系统。主要特点包括：

并行启动：提高系统启动速度
按需启动：只在需要时启动服务
依赖管理：自动处理服务间的依赖关系
统一管理：提供统一的服务管理接口
日志集成：集成了完整的日志系统

核心概念

Unit（单元）：Systemd 管理的基本对象，包括服务、挂载点、设备等
Service（服务）：最常见的 Unit 类型，用于管理后台进程
Target（目标）：类似于传统的运行级别，定义系统状态
Socket（套接字）：用于进程间通信的 Unit

Unit 类型

类型	扩展名	描述
Service	.service	系统服务
Target	.target	多个 Unit 的组合
Socket	.socket	套接字
Mount	.mount	挂载点
Timer	.timer	定时器
Path	.path	路径监控

Systemctl 基础命令

服务控制命令

启动和停止服务

# 启动服务
systemctl start <service_name>
systemctl start nginx

# 停止服务
systemctl stop <service_name>
systemctl stop nginx

# 重启服务
systemctl restart <service_name>
systemctl restart nginx

# 重新加载配置（不重启服务）
systemctl reload <service_name>
systemctl reload nginx

# 重新加载或重启（如果不支持 reload）
systemctl reload-or-restart <service_name>

服务状态查询

# 查看服务状态
systemctl status <service_name>
systemctl status nginx

# 检查服务是否运行
systemctl is-active <service_name>

# 检查服务是否启用
systemctl is-enabled <service_name>

# 检查服务是否失败
systemctl is-failed <service_name>

开机启动管理

# 设置开机启动
systemctl enable <service_name>
systemctl enable nginx

# 取消开机启动
systemctl disable <service_name>
systemctl disable nginx

# 启用并立即启动
systemctl enable --now <service_name>

# 禁用并立即停止
systemctl disable --now <service_name>

# 屏蔽服务（完全禁用）
systemctl mask <service_name>

# 取消屏蔽
systemctl unmask <service_name>

系统管理命令

系统状态和信息

# 查看系统状态
systemctl status

# 列出所有服务
systemctl list-units --type=service

# 列出所有启用的服务
systemctl list-unit-files --type=service --state=enabled

# 列出失败的服务
systemctl --failed

# 查看启动时间
systemd-analyze

# 查看启动时间详情
systemd-analyze blame

# 查看启动链
systemd-analyze critical-chain

系统控制

# 重启系统
systemctl reboot

# 关闭系统
systemctl poweroff

# 挂起系统
systemctl suspend

# 休眠系统
systemctl hibernate

# 进入救援模式
systemctl rescue

# 进入紧急模式
systemctl emergency

配置管理

# 重新加载 systemd 配置
systemctl daemon-reload

# 重新执行所有生成器
systemctl daemon-reexec

# 清理失效的符号链接
systemctl reset-failed

服务状态详解

服务状态类型

状态	描述
active (running)	服务正在运行
active (exited)	服务已成功执行并退出
active (waiting)	服务正在等待事件
inactive (dead)	服务未运行
activating	服务正在启动
deactivating	服务正在停止
failed	服务启动失败

启用状态类型

状态	描述
enabled	开机启动已启用
disabled	开机启动已禁用
static	服务不能被启用，只能被其他服务依赖
masked	服务被屏蔽，无法启动
indirect	服务被其他启用的服务间接启用

自定义服务配置

服务文件位置

# 系统服务目录（优先级高）
/etc/systemd/system/

# 软件包安装的服务目录
/lib/systemd/system/
/usr/lib/systemd/system/

# 用户服务目录
~/.config/systemd/user/

创建自定义服务

1. 创建服务文件

# 创建服务文件
sudo vim /etc/systemd/system/myapp.service

2. 基本服务配置

[Unit]
Description=My Application Service
Documentation=https://example.com/docs
After=network.target
Wants=network-online.target
Requires=network.target

[Service]
Type=simple
User=myuser
Group=mygroup
WorkingDirectory=/opt/myapp
ExecStart=/opt/myapp/bin/myapp --config /opt/myapp/config.conf
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -TERM $MAINPID
Restart=on-failure
RestartSec=5
TimeoutStartSec=30
TimeoutStopSec=30

# 安全设置
NoNewPrivileges=true
PrivateTmp=true
ProtectSystem=strict
ProtectHome=true
ReadWritePaths=/var/log/myapp

# 环境变量
Environment=NODE_ENV=production
EnvironmentFile=/etc/myapp/environment

[Install]
WantedBy=multi-user.target

配置文件详解

[Unit] 段配置

参数	描述	示例
Description	服务描述	`Description=Redis Server`
Documentation	文档链接	`Documentation=man:redis-server(1)`
After	在指定服务后启动	`After=network.target`
Before	在指定服务前启动	`Before=nginx.service`
Wants	弱依赖关系	`Wants=network-online.target`
Requires	强依赖关系	`Requires=network.target`
Conflicts	冲突关系	`Conflicts=apache2.service`

[Service] 段配置

参数	描述	可选值
Type	服务类型	simple, forking, oneshot, notify, idle
ExecStart	启动命令	完整的命令路径
ExecReload	重载命令	重载配置的命令
ExecStop	停止命令	停止服务的命令
Restart	重启策略	no, always, on-success, on-failure, on-abnormal
RestartSec	重启间隔	秒数，如 `5`
User	运行用户	用户名
Group	运行组	组名
WorkingDirectory	工作目录	目录路径

服务类型说明

simple：默认类型，ExecStart 启动的进程就是主进程
forking：ExecStart 启动的进程会 fork 出子进程，父进程退出
oneshot：类似 simple，但进程退出后服务仍被认为是活跃的
notify：类似 simple，但服务会通过 sd_notify() 发送就绪通知
idle：类似 simple，但会等到其他任务完成后才启动

[Install] 段配置

参数	描述	示例
WantedBy	被哪个 target 需要	`multi-user.target`
RequiredBy	被哪个 target 强制需要	`graphical.target`
Alias	服务别名	`redis.service`

实际配置示例

Redis 服务配置

[Unit]
Description=Redis In-Memory Data Store
After=network.target
Documentation=https://redis.io/documentation

[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/redis-server /etc/redis/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -USR2 $MAINPID
ExecStop=/usr/bin/redis-cli shutdown
TimeoutStartSec=0
Restart=always
User=redis
Group=redis

# 安全设置
NoNewPrivileges=yes
PrivateTmp=yes
PrivateDevices=yes
ProtectHome=yes
ProtectSystem=strict
ReadWritePaths=/var/lib/redis
ReadWritePaths=/var/log/redis

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Node.js 应用服务配置

[Unit]
Description=Node.js Web Application
After=network.target

[Service]
Type=simple
User=nodejs
Group=nodejs
WorkingDirectory=/opt/webapp
ExecStart=/usr/bin/node app.js
Restart=on-failure
RestartSec=10
StandardOutput=syslog
StandardError=syslog
SyslogIdentifier=webapp

# 环境变量
Environment=NODE_ENV=production
Environment=PORT=3000

# 安全设置
NoNewPrivileges=true
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启用自定义服务

# 重新加载 systemd 配置
sudo systemctl daemon-reload

# 启用服务
sudo systemctl enable myapp.service

# 启动服务
sudo systemctl start myapp.service

# 查看服务状态
sudo systemctl status myapp.service

日志管理

Journalctl 基础使用

# 查看所有日志
journalctl

# 查看特定服务的日志
journalctl -u nginx.service

# 实时查看日志
journalctl -u nginx.service -f

# 查看最近的日志
journalctl -u nginx.service -n 50

# 查看指定时间范围的日志
journalctl -u nginx.service --since "2023-01-01" --until "2023-01-02"

# 查看今天的日志
journalctl -u nginx.service --since today

# 查看昨天的日志
journalctl -u nginx.service --since yesterday

# 查看最近一小时的日志
journalctl -u nginx.service --since "1 hour ago"

日志过滤和格式

# 按优先级过滤日志
journalctl -u nginx.service -p err

# 显示详细信息
journalctl -u nginx.service -o verbose

# JSON 格式输出
journalctl -u nginx.service -o json

# 只显示消息内容
journalctl -u nginx.service -o cat

# 反向显示（最新的在前）
journalctl -u nginx.service -r

日志清理和维护

# 查看日志占用空间
journalctl --disk-usage

# 清理日志（保留最近7天）
sudo journalctl --vacuum-time=7d

# 清理日志（保留最近100MB）
sudo journalctl --vacuum-size=100M

# 清理日志（保留最近10个文件）
sudo journalctl --vacuum-files=10

故障排查

常见问题诊断

1. 服务启动失败

# 查看服务状态
systemctl status service_name

# 查看详细错误信息
journalctl -u service_name -n 50

# 检查配置文件语法
systemd-analyze verify /etc/systemd/system/service_name.service

2. 服务依赖问题

# 查看服务依赖关系
systemctl list-dependencies service_name

# 查看反向依赖
systemctl list-dependencies service_name --reverse

# 分析启动链
systemd-analyze critical-chain service_name

3. 权限问题

# 检查文件权限
ls -la /etc/systemd/system/service_name.service

# 检查用户和组
id username

# 检查 SELinux 状态（如果启用）
getenforce

调试技巧

1. 启用调试模式

# 临时启用调试
sudo systemctl set-log-level debug

# 恢复正常日志级别
sudo systemctl set-log-level info

2. 手动测试服务

# 手动运行服务命令
sudo -u service_user /path/to/service/command

# 检查配置文件
sudo -u service_user /path/to/service/command --test-config

3. 使用 strace 跟踪

# 跟踪服务启动过程
sudo strace -f -o /tmp/service.trace systemctl start service_name

高级功能

定时器（Timer）

创建定时器服务

# /etc/systemd/system/backup.service
[Unit]
Description=Backup Service

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/local/bin/backup.sh

# /etc/systemd/system/backup.timer
[Unit]
Description=Run backup daily
Requires=backup.service

[Timer]
OnCalendar=daily
Persistent=true

[Install]
WantedBy=timers.target

管理定时器

# 启用定时器
sudo systemctl enable backup.timer
sudo systemctl start backup.timer

# 查看定时器状态
systemctl list-timers

# 查看特定定时器
systemctl status backup.timer

套接字激活

创建套接字服务

# /etc/systemd/system/myapp.socket
[Unit]
Description=MyApp Socket

[Socket]
ListenStream=8080
Accept=no

[Install]
WantedBy=sockets.target

# /etc/systemd/system/myapp.service
[Unit]
Description=MyApp Service
Requires=myapp.socket

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/bin/myapp
StandardInput=socket

资源限制

[Service]
# CPU 限制
CPUQuota=50%

# 内存限制
MemoryLimit=512M

# 文件描述符限制
LimitNOFILE=65536

# 进程数限制
LimitNPROC=4096

# 任务数限制
TasksMax=100

最佳实践

1. 服务配置建议

使用非 root 用户运行服务
设置适当的工作目录
配置合理的重启策略
启用安全特性（PrivateTmp、ProtectSystem 等）
设置资源限制

2. 日志管理建议

定期清理日志文件
设置合适的日志级别
使用结构化日志格式
配置日志轮转

3. 监控和维护

定期检查服务状态
监控系统资源使用
及时处理失败的服务
保持系统和服务更新

4. 安全考虑

最小权限原则
使用专用用户账户
启用 systemd 安全特性
定期审查服务配置

常用命令速查

服务管理

systemctl start/stop/restart/reload service_name
systemctl enable/disable service_name
systemctl status service_name
systemctl is-active/is-enabled service_name

系统管理

systemctl list-units --type=service
systemctl --failed
systemctl daemon-reload
systemd-analyze

日志查看

journalctl -u service_name
journalctl -u service_name -f
journalctl -u service_name --since today

总结

Systemd 和 Systemctl 是现代 Linux 系统管理的核心工具。掌握它们的使用方法对于系统管理员和开发人员都非常重要。主要要点：

理解基本概念：Unit、Service、Target 等
熟练使用命令：服务控制、状态查询、日志管理
掌握配置编写：服务文件的结构和参数
学会故障排查：使用日志和调试工具
遵循最佳实践：安全、性能、维护等方面

通过系统学习和实践，可以更好地管理 Linux 系统服务，提高系统的稳定性和安全性。