Понимание целей systemd: объяснение основных концепций

Systemd стал стандартной системой инициализации для большинства дистрибутивов Linux, революционизировав управление службами и процессами. В основе усовершенствованных возможностей systemd по инициализации системы и управлению состоянием лежит концепция целей (targets). Цели — это не просто набор служб, а специальные юниты systemd, которые определяют желаемое состояние системы, выступая в качестве точек синхронизации во время загрузки и после нее.

Эта статья призвана развеять мифы о целях systemd, объясняя их фундаментальную роль в группировке других юнитов и управлении общим состоянием вашей системы. Мы рассмотрим, как цели связаны с традиционными уровнями выполнения (runlevels), подробно опишем наиболее распространенные цели, с которыми вы столкнетесь, и предоставим практические команды для взаимодействия с ними и управления ими. К концу статьи у вас будет четкое понимание того, как цели оркестрируют переход вашей системы от включения питания до полностью работоспособной среды.

Что такое цели Systemd?

В экосистеме systemd цель (target) — это особый тип файла юнита (как файлы .service или .socket), который выполняет критически важную организационную функцию. В отличие от юнитов служб, которые определяют, как запускать или останавливать конкретный процесс, юниты целей определяют состояние системы или набор юнитов, которые должны быть активны вместе. Они действуют как логические точки группировки и точки синхронизации для других юнитов systemd.

Думайте о целях как о вехах на пути работы системы. Когда systemd загружается, он не просто произвольно запускает список служб; он работает над достижением определенной цели. Эта цель, в свою очередь, подтягивает все необходимые службы, сокеты, точки монтирования и другие цели, необходимые для достижения этого состояния. Такой подход, основанный на зависимостях, обеспечивает предсказуемый и эффективный процесс загрузки.

Для тех, кто знаком со старыми системами инициализации Linux, такими как SysVinit, цели systemd являются современной заменой уровней выполнения (runlevels). В то время как SysVinit имел фиксированный набор уровней выполнения (например, уровень выполнения 3 для многопользовательского текстового режима, уровень выполнения 5 для многопользовательского графического режима), цели systemd более гибки. Они имеют имена, а не номера, и вы можете определять пользовательские цели, предлагая большую гранулярность и расширяемость.

Как работают цели: группировка и зависимости

Цели достигают своих возможностей группировки и определения состояния через явные зависимости, определенные в их файлах юнитов. Основные директивы, используемые для этого: Wants=, Requires=, After= и Before=.

Wants=: Указывает "слабые" зависимости. Если target A Wants= unit B, systemd попытается запустить unit B, когда target A будет активирован. Однако target A все равно запустится, даже если unit B не удалось запустить. Это часто используется для группировки связанных служб, которые желательны, но не строго необходимы.
Requires=: Указывает "сильные" зависимости. Если target A Requires= unit B, то unit B должен быть успешно запущен, чтобы target A мог активироваться. Если unit B выходит из строя, target A также выйдет из строя или не запустится. Это используется для критических зависимостей.
After=: Определяет зависимость порядка. Если target A имеет After= unit B, то target A запустится только после запуска unit B. Это не подразумевает зависимости от успешного выполнения, только порядок.
Before=: Инверсия After=. Если target A имеет Before= unit B, то unit B запустится только после запуска target A.
Conflicts=: Гарантирует, что определенные юниты не будут активны одновременно. Если target A Conflicts= unit B, то активация target A остановит unit B, если он запущен, и наоборот.

Эти директивы позволяют целям действовать как надежные оркестраторы, подтягивая службы и другие цели по мере необходимости и определяя порядок их запуска. Например, multi-user.target обычно Wants= network.target и различные другие службы, гарантируя, что они активны, когда система достигает состояния многопользовательского режима.

Вы можете просмотреть содержимое файла юнита цели, чтобы увидеть его зависимости:

systemctl cat multi-user.target

Эта команда выведет содержимое файла юнита multi-user.target, показывая его Description, Documentation и, что особенно важно, директивы Wants=, Requires=, After= и другие, определяющие, что представляет собой состояние многопользовательского режима.

Общие цели Systemd, объяснение

Systemd предоставляет множество предопределенных целей, каждая из которых соответствует определенному состоянию или функциональности системы. Понимание этих целей имеет решающее значение для администрирования системы:

default.target: Это самая важная цель, так как она определяет состояние по умолчанию, в которое система будет загружаться. Обычно это символическая ссылка либо на graphical.target (для настольных компьютеров), либо на multi-user.target (для серверов).
graphical.target: Эта цель обычно используется для систем с графической средой рабочего стола. Она подтягивает multi-user.target, а затем добавляет службы, необходимые для графического менеджера входа и сервера отображения (например, GDM, LightDM, Xorg, Wayland).
multi-user.target: Это стандартное состояние для многопользовательских систем без графического интерфейса. Оно распространено для серверов и предоставляет все необходимые службы для доступа по командной строке, сетевого подключения и большинства операций демонов.
basic.target: Минимальное состояние, включающее основные системные службы, необходимые для фундаментальных операций, но до multi-user.target. Обычно оно подтягивает sysinit.target и другие необходимые службы.
sysinit.target: Эта цель достигается очень рано в процессе загрузки. Она отвечает за основные задачи инициализации системы, такие как монтирование файловых систем /etc/fstab (кроме удаленных), настройка файла подкачки и другая аппаратная инициализация.
local-fs.target: Гарантирует, что все локальные файловые системы, указанные в /etc/fstab, смонтированы.
remote-fs.target: Гарантирует, что все удаленные файловые системы (например, NFS, CIFS), указанные в /etc/fstab, смонтированы.
network.target: Указывает на доступность базового сетевого подключения (например, сетевые интерфейсы подняты). Это не гарантирует полное подключение к Интернету или назначение IP-адреса.
network-online.target: Более надежная сетевая цель, указывающая на то, что система имеет полное сетевое подключение, включая назначенные IP-адреса и, возможно, доступные шлюзы. Службы, требующие активного доступа в Интернет, должны использовать After=network-online.target.
rescue.target: Предоставляет однопользовательскую оболочку с минимальным количеством запущенных служб и смонтированными локальными файловыми системами. Полезно для восстановления системы и устранения неполадок.
emergency.target: Среда еще более минимальна, чем rescue.target. Она предоставляет оболочку в корневой файловой системе, которая обычно монтируется в режиме только для чтения. Другие службы не запускаются. Предназначена для критических экстренных ситуаций.
poweroff.target, reboot.target, halt.target: Эти цели используются для выключения, перезагрузки или остановки системы соответственно. При активации они останавливают большинство служб и подготавливают систему к желаемому состоянию питания.

Управление целями Systemd

Взаимодействие с целями systemd в основном осуществляется с помощью утилиты командной строки systemctl.

Просмотр активных и целевых целей по умолчанию

Чтобы узнать, в какой цели в данный момент работает ваша система:

systemctl get-default

Чтобы вывести список всех загруженных в данный момент юнитов целей:

systemctl list-units --type=target

Эта команда показывает активные, загруженные и статические цели, а также их описания.

Изменение целевой загрузки по умолчанию

Вы можете изменить цель, в которую система будет загружаться по умолчанию. Например, чтобы установить multi-user.target по умолчанию:

sudo systemctl set-default multi-user.target

Чтобы вернуться к graphical.target:

sudo systemctl set-default graphical.target

Эта команда создает символическую ссылку из /etc/systemd/system/default.target на нужный файл цели.

Загрузка в другую цель временно

Иногда вам нужно загрузиться в определенную цель только один раз (например, для устранения неполадок). Вы можете добиться этого, добавив параметр ядра во время загрузки. Когда появится меню загрузки GRUB, отредактируйте запись загрузки (обычно нажав e) и добавьте systemd.unit=target_name.target в командную строку ядра.

Например, чтобы загрузиться в режим восстановления:

systemd.unit=rescue.target

Переключение целей во время выполнения

Вы можете переключиться на другую цель, пока система работает, используя команду systemctl isolate. Эта команда остановит все службы, не требуемые новой целью, и запустит все требуемые ею службы.

Внимание: Использование systemctl isolate может нарушить работу вашей системы, особенно если вы переключаетесь на гораздо более низкоуровневую цель, такую как multi-user.target из graphical.target на настольном компьютере. Используйте с осторожностью.

Чтобы переключиться с graphical.target на multi-user.target:

sudo systemctl isolate multi-user.target

Чтобы вернуться к graphical.target (предполагая, что это было предыдущее состояние):

sudo systemctl isolate graphical.target

Создание пользовательских целей

Хотя systemd предоставляет множество полезных целей, вы можете столкнуться с ситуациями, когда создание пользовательской цели будет полезным. Это особенно актуально для сложных развертываний приложений, где вам нужно сгруппировать несколько служб, которые всегда должны запускаться и останавливаться вместе, или определить конкретную среду для вашего приложения.

Чтобы создать пользовательскую цель:

Создайте файл .target: Поместите его в /etc/systemd/system/. Например, my-application.target.
ini # /etc/systemd/system/my-application.target [Unit] Description=My Custom Application Target Wants=my-database.service my-webserver.service After=my-database.service my-webserver.service
- Description: Человекочитаемое описание.
- Wants=: Перечислите службы или другие цели, которые должна подтягивать эта цель.
- After=: Определите порядок. Цель будет запущена после этих юнитов.
Создайте службы: Убедитесь, что my-database.service и my-webserver.service (или любые другие службы, которые вы перечислите) существуют и правильно настроены.
Перезагрузите systemd: Уведомите systemd о новом файле юнита.
bash sudo systemctl daemon-reload
Включите и запустите: Теперь вы можете включить и запустить вашу пользовательскую цель, которая, в свою очередь, запустит нужные ей службы.
bash sudo systemctl enable my-application.target sudo systemctl start my-application.target

Это позволяет управлять группой связанных служб как единым логическим блоком, упрощая развертывание сложных приложений.

Устранение неполадок с целями

Цели также неоценимы при устранении проблем с загрузкой или сбоев служб:

Определение зависимостей: Если служба не запускается, проверка цели, к которой она принадлежит, может выявить отсутствующие или сбойные зависимости. Используйте systemctl status <имя_службы> и systemctl list-dependencies <имя_цели>.
Загрузка в минимальные цели: Если ваша система не загружается в graphical.target или multi-user.target, попробуйте загрузиться в rescue.target или emergency.target, используя метод параметра ядра. Это предоставляет минимальную среду, где вы можете диагностировать проблемы без сложности множества запущенных служб.
Проверка журналов: После попытки запуска цели или службы всегда проверяйте журналы journalctl на наличие ошибок:
bash journalctl -b -u <имя_цели_или_службы>

Лучшие практики и советы

Предпочитайте network-online.target: Если вашей службе требуется активное сетевое подключение (например, для доступа к внешнему API), убедитесь, что она использует After=network-online.target, а не просто network.target или конкретные сетевые службы. Это делает вашу службу более надежной при различных временах настройки сети.
Понимайте порядок загрузки: Ознакомьтесь с общим потоком от sysinit.target к basic.target, затем к multi-user.target/graphical.target. Это поможет при отладке служб, которые сбоят на ранних этапах загрузки.
Будьте осторожны с default.target: Изменение default.target может существенно повлиять на поведение загрузки вашей системы. Всегда сначала тестируйте пользовательские конфигурации в непроизводственной среде.
Используйте Wants= для некритических зависимостей: Для служб, которые полезны, но не являются строго необходимыми для того, чтобы цель считалась "активной", используйте Wants= вместо Requires=. Это предотвращает каскадный сбой одной необязательной службы и предотвращает активацию всей цели.

Заключение

Цели systemd являются краеугольным камнем современного управления системами Linux, предоставляя гибкий и мощный механизм для определения, контроля и оркестровки состояний системы. Понимая, как цели группируют юниты, управляют зависимостями и определяют процесс загрузки, администраторы и разработчики получают значительный контроль над поведением своих систем. От общих целей, таких как multi-user.target, до пользовательских целей, специфичных для приложений, освоение этих концепций необходимо для эффективного администрирования системы, устранения неполадок и создания надежных, поддерживаемых сред Linux.

По мере того как вы продолжаете свое путешествие с systemd, помните, что цели — это ваша карта для навигации по сложному ландшафту зависимостей юнитов и инициализации системы, гарантирующая предсказуемый запуск ваших служб и достижение системой ее предполагаемого рабочего состояния.