加速 Linux 启动时间：分析和优化 systemd 单元依赖关系

Linux 启动时间优化是系统管理中的一个关键方面，尤其是在需要快速启动或一致性能的环境中。现代 Linux 发行版严重依赖 systemd 作为系统和服务管理器。虽然 systemd 非常强大，但配置不当或启动缓慢的服务会显著拖慢整个启动过程。本文是一份实用指南，介绍如何使用内置的 systemd 工具分析当前的启动性能，并通过管理单元文件依赖关系来实施有效的优化策略。

通过了解哪些单元消耗了最多的时间以及它们的执行顺序，您可以将串行、缓慢的启动过程转变为高度并行化、快速的启动过程。我们将主要关注解释 systemd-analyze 的输出，并修改单元文件以消除不必要的阻塞依赖。

理解 Systemd 启动过程

Systemd 尽可能并行执行服务来管理启动过程。但是，只有在满足其所有显式和隐式依赖关系后，服务才能启动。如果单元 A 在其继续之前需要单元 B 完全处于活动状态，则单元 A 被单元 B 阻塞。识别这些阻塞依赖关系是加速的第一步。

关键 Systemd 分析工具

Systemd 提供了一些强大的命令行实用程序来诊断启动性能。以下工具对于精确定位瓶颈至关重要：

1. systemd-analyze (总体视图)

此命令提供内核、用户空间初始化以及加载可用目标所花费时间的总体概述。

systemd-analyze

输出示例解释：

组件	花费时间
Kernel	1.234s
Initrd	0.500s
Userspace	5.789s
Total	7.523s

这可以快速显示瓶颈是在内核阶段（固件/驱动程序加载）还是在用户空间阶段（服务启动）。

2. systemd-analyze blame (识别慢速单元)

这也许是优化中最关键的命令。它列出了所有已加载的单元，按它们初始化（加载和执行其主进程）所花费的时间排序，运行时间最长的排在最前面。

systemd-analyze blame

关注点： 查看前 10 个条目。这些是在启动过程中实际消耗时间的服务。请注意，较长的初始化时间可能仅仅意味着该服务确实做了很多工作；目标是看这项工作在启动时是否需要发生。

3. systemd-analyze critical-chain (依赖分析)

此命令显示了导致启动目标（通常是 graphical.target 或 multi-user.target）的依赖链。它突出了系统被认为是完全启动之前必须完成的一系列单元。

systemd-analyze critical-chain

关键链中列出的单元是优化的主要目标，因为延迟它们会延迟整个系统启动。

4. systemd-analyze plot (可视化启动顺序)

要图形化地表示并行性和阻塞情况，请使用 plot 命令，它会生成一个 SVG 文件：

systemd-analyze plot > boot_analysis.svg
# 在网页浏览器中打开 boot_analysis.svg

此图直观地展示了哪些服务并行运行，哪些服务在等待其他服务，从而使依赖问题一目了然。

优化技术：修改单元文件

一旦使用上述工具识别出慢速或阻塞的单元，优化就涉及加快单元本身的速度或更改它需要何时运行。

1. 解决由 blame 识别的慢速单元

如果 blame 输出中排名靠前的服务（例如 slow-database.service 花费 10 秒）对于基本系统操作（如登录或基本网络）不是立即必需的，请考虑延迟它。

操作： 更改其启动依赖级别。

• 如果它当前目标是 multi-user.target，请查看是否可以将其移到仅在用户登录后或仅在明确请求时启动。
• 如果该服务是可选的（例如，不常用的备份工具），请考虑在其单元文件中设置 DefaultDependencies=no，并明确定义它所需的最小依赖项，或者如果它在启动时不是必需的，则将其禁用（systemctl disable <unit>）。

2. 使用 Wants、Requires 和 After 优化依赖关系

单元文件使用依赖指令控制执行顺序。这里的错误配置是造成不必要的顺序执行的常见原因。

依赖类型：

• Requires=：强依赖关系。如果所需的单元失败，此单元也会失败。
• Wants=：弱依赖关系。如果所需的单元可用，此单元将启动，但如果所需的单元失败，它仍将尝试启动。
• After=：排序指令。此单元仅在指定单元完成启动之后才开始启动（无论成功与否）。
• Before=：排序指令。此单元必须在指定单元之前启动。

最佳实践提示：当可能时，优先使用 Wants 而不是 Requires。 使用 Wants 可以保持更好的并行性，因为 systemd 不必等待可选服务失败后才继续处理可能也依赖于它的其他服务。

删除不必要的 After= 约束

加快启动时间最有效的方法是消除不必要的排序约束。如果单元 A 在单元 B 开始启动之前在功能上不依赖于单元 B，请从单元 A 的定义中删除 After=unit-b.service 行。

修改示例（概念性）：

假设您的自定义应用程序单元 app.service 不必要地等待网络配置服务：

# /etc/systemd/system/app.service
[Unit]
Description=My Application
Requires=network.target
After=network.target  <-- 可能不必要的等待！

[Service]
ExecStart=/usr/bin/myapp

如果您的应用程序只需要一个本地环回接口或只需要建立本地文件锁，等待完整的网络堆栈（network.target）可能会浪费几秒钟。如果您确认该应用程序确实不需要外部网络，请删除 After=network.target 行。然后 systemd 将尝试尽快与网络设置并行启动 app.service。

3. 屏蔽不需要的服务

如果 systemd-analyze blame 显示一个您绝对不需要的服务正在运行（例如，服务器上不必要的蓝牙支持或特定的硬件监视器），禁用或屏蔽它可以完全阻止其启动。

• 禁用： systemctl disable <unit>（阻止它在未来的启动中启动）。
• 屏蔽（更强力）： systemctl mask <unit>（将单元链接到 /dev/null，甚至阻止手动启动尝试）。

# 示例：如果没有连接蜂窝调制解调器，屏蔽 ModemManager
sudo systemctl mask ModemManager.service

重新加载和验证更改

修改任何单元文件（特别是那些放置在 /etc/systemd/system/ 中的文件）后，在重启测试之前，您必须告知 systemd 重新加载其配置守护程序：

sudo systemctl daemon-reload

# 然后，在重启前检查依赖关系或状态
systemctl list-dependencies myapp.service

最后，务必重新启动系统，以衡量对启动顺序的真实影响。

sudo reboot

重启后，立即再次运行 systemd-analyze，以量化您通过优化所节省的时间。

结论

通过 systemd 优化 Linux 启动时间是一个系统化的过程：分析、识别、修改、验证。 通过利用 systemd-analyze blame 和 critical-chain，您可以精确地了解启动瓶颈。将努力集中在删除不必要的 After= 依赖项和禁用不需要的服务上，通常会带来最显着的性能提升，使您的系统能够更快地到达登录提示。