第 09 章：systemd

zjc 于 2026-01-09 发布

这是《Linux 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。 systemd 是多数主流 Linux 发行版的 init 系统和服务管理器。它负责启动服务、管理依赖、收集日志、限制资源、隔离进程树。现代后端服务应优先使用 systemd 或容器编排，而不是手工 nohup。

9.1 systemd 组成

systemd
  |-- systemd(1) 主进程
  |-- unit 配置
  |-- journald 日志
  |-- logind 登录管理
  |-- timedated 时间管理
  +-- cgroup 资源分组

查看：

ps -p 1 -o pid,comm,args
systemctl --version
systemctl --no-pager --type=service

9.2 常用 systemctl 命令

服务：

sudo systemctl start nginx
sudo systemctl stop nginx
sudo systemctl restart nginx
sudo systemctl reload nginx
sudo systemctl try-restart nginx
sudo systemctl enable nginx
sudo systemctl disable nginx
sudo systemctl daemon-reload

状态：

systemctl status nginx
systemctl is-active nginx
systemctl is-enabled nginx
systemctl list-units --type=service
systemctl list-units --failed
systemctl list-unit-files --type=service

查看配置：

systemctl cat nginx
systemctl show nginx
systemctl show nginx -p MainPID -p ActiveState -p SubState

修改配置后：

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart app

daemon-reload 重新读取单元文件，不等于重启服务。

9.3 Unit 类型

类型	后缀	用途
service	`.service`	服务
socket	`.socket`	socket 激活
timer	`.timer`	定时任务
target	`.target`	一组 unit
mount	`.mount`	挂载
path	`.path`	路径变化触发
slice	`.slice`	资源分组

单元路径：

/etc/systemd/system      管理员配置，优先级高
/run/systemd/system      运行时配置
/usr/lib/systemd/system  软件包安装

覆盖配置推荐使用：

systemctl edit nginx

它会生成 drop-in 文件，避免直接修改包管理的原始单元。

9.4 服务单元示例

[Unit]
Description=Order Service
Documentation=https://example.internal/docs/order
Wants=network-online.target
After=network-online.target

[Service]
Type=simple
User=app
Group=app
WorkingDirectory=/opt/order
Environment=JAVA_OPTS=-Xms1g -Xmx1g
EnvironmentFile=-/etc/order/env
ExecStart=/usr/bin/java $JAVA_OPTS -jar app.jar
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
Restart=on-failure
RestartSec=5s
TimeoutStartSec=60s
TimeoutStopSec=30s
KillSignal=SIGTERM
KillMode=mixed
LimitNOFILE=65535
UMask=0027
NoNewPrivileges=true
PrivateTmp=true
ProtectSystem=strict
ReadWritePaths=/var/log/order /opt/order/data

[Install]
WantedBy=multi-user.target

安装：

sudo cp order.service /etc/systemd/system/order.service
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now order.service

9.5 Type 与启动状态

Type	判定方式
simple	ExecStart 启动即认为主进程启动
exec	ExecStart 执行成功后进入启动
forking	子进程分离，依赖 PIDFile 或推断
notify	应用主动调用 sd_notify
oneshot	一次性任务，退出后进入 inactive 或 dead

Java 应用常使用：

Type=simple
ExecStart=/usr/bin/java -jar app.jar

需要等待就绪时，可用 Type=notify，但应用必须支持 sd_notify；也可通过健康检查系统处理，而不是让 systemd 猜测业务就绪。

9.6 依赖关系

[Unit]
Wants=network-online.target
After=network-online.target
Requires=postgresql.service
BindsTo=nginx.service

语义：

指令	行为
Wants	弱依赖，失败也启动自己
Requires	强依赖，被依赖失败则自己失败
Requisite	必须已激活，否则不启动
BindsTo	自己随被依赖停止
After	在指定 unit 后启动
Before	在指定 unit 前启动

After 只定义顺序，不自动创建依赖。需要同时写 Requires 或 Wants。

9.7 重启策略

Restart=no
Restart=on-success
Restart=on-failure
Restart=always
Restart=on-abnormal
Restart=on-watchdog

常用：

Restart=on-failure
RestartSec=5s
StartLimitIntervalSec=60s
StartLimitBurst=5

如果服务不断崩溃，自动重启只是掩盖问题。应检查退出原因、资源限制和依赖状态。

查看失败：

systemctl status app
journalctl -u app -n 200
systemctl show app -p Result -p ExecMainStatus

9.8 资源限制

文件与进程：

LimitNOFILE=65535
LimitNPROC=4096
LimitCORE=infinity

CPU 与内存：

CPUWeight=100
CPUQuota=200%
MemoryHigh=4G
MemoryMax=6G
TasksMax=1024

查看：

systemctl show app -p MemoryMax -p CPUQuota -p TasksMax
cat /proc/$(systemctl show -p MainPID --value app)/limits

内存硬限制达到时，内核可能杀掉进程；限制应低于机器容量，并保留系统余量。

9.9 journald 日志

查看服务日志：

journalctl -u nginx
journalctl -u nginx -f
journalctl -u nginx -n 100 --no-pager
journalctl -u nginx --since today
journalctl -u nginx --since '2026-08-25 10:00' --until '2026-08-25 11:00'

按优先级：

journalctl -p err
journalctl -p warning -u app

按 PID：

journalctl _PID=<pid>

查看磁盘占用：

journalctl --disk-usage

清理：

sudo journalctl --vacuum-time=14d
sudo journalctl --vacuum-size=2G

长期配置：

# /etc/systemd/journald.conf
[Journal]
Storage=persistent
SystemMaxUse=2G
MaxRetentionSec=30day

9.10 Timer 定时任务

示例 /etc/systemd/system/backup.service：

[Unit]
Description=Nightly Backup

[Service]
Type=oneshot
User=backup
ExecStart=/opt/scripts/backup.sh

示例 /etc/systemd/system/backup.timer：

[Unit]
Description=Run backup nightly

[Timer]
OnCalendar=*-*-* 02:00:00
Persistent=true
RandomizedDelaySec=300

[Install]
WantedBy=timers.target

启用：

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now backup.timer
systemctl list-timers backup.timer

相比 crontab，timer 更容易纳入 systemd 依赖、日志和资源控制。

9.11 排障案例

服务启动失败

systemctl status app --no-pager
journalctl -u app -n 200 --no-pager
systemctl cat app
sudo -u app /opt/app/bin/start --check
ss -lntp

常见原因：

ExecStart 路径错误；
User 无权限；
配置不存在；
环境变量缺失；
端口冲突；
单元语法错误；
依赖未就绪。

修改单元不生效

systemctl cat app
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart app

检查是否被 drop-in 覆盖：

systemctl show app -p FragmentPath -p DropInPaths

服务被 OOM 杀掉

journalctl -u app --since today
dmesg -T | grep -i 'out of memory'
systemctl show app -p MemoryMax

处理：

区分 cgroup 限制和机器内存；
检查内存泄漏；
调整应用内存参数；
评估扩容；
增加水位监控。

本章小结

systemd 用 unit 描述服务，用依赖控制启动顺序，用 cgroup 管资源，用 journald 收日志。生产服务应显式配置用户、目录、环境、重启策略、停止超时、文件数限制和日志留存。修改单元后要 daemon-reload，并用状态、日志和业务健康检查闭环。

思考题

daemon-reload 和 restart 有什么区别？
Wants、Requires 和 After 分别解决什么问题？
Restart=always 可能掩盖什么问题？
systemd timer 相比 crontab 有哪些优势？
为 Java 服务写一个包含资源限制和优雅停机的 unit。