Systemd 目标详解：有效管理启动状态和运行级别

Systemd 是初始化和管理 Linux 系统服务的现代标准，它引入了一种比传统 init 系统的运行级别更灵活、更强大的机制来管理系统状态。这种机制被称为 Systemd 目标 (Targets)。目标本质上是系统可以达到的同步点或状态。它们定义了一组应处于活动状态的单元（服务、套接字、挂载点等），以便系统处于特定状态。理解 systemd 目标对于有效管理 Linux 系统的启动过程、服务依赖关系和整体运行状态至关重要。

本文将揭开 systemd 目标的神秘面纱，解释它们是如何取代旧的运行级别概念，并深入探讨其结构、目的和常见用例。我们将探讨如何查看、更改甚至创建自己的自定义目标，从而赋予您更精细地控制系统行为的能力。

从运行级别到 Systemd 目标的演变

历史上，Linux 系统使用一种称为运行级别 (runlevels) 的概念来定义系统在启动和运行时的工作状态。运行级别是一个数字标识符（0-6），它决定了哪些服务启动或停止。例如，运行级别 3 通常表示多用户文本模式，而运行级别 5 表示图形多用户环境。这种系统虽然可行，但存在局限性：

僵化性： 运行级别通常以相当固定的方式定义，使得很难自定义给定状态下活动服务的确切集合。
隐式依赖： 服务之间的依赖关系通常通过运行级别分配间接管理，这可能导致冲突或遗漏服务。
粒度不足： 数字系统缺乏描述性的清晰度，使得更难理解系统的预期状态。

Systemd 目标通过提供更明确、依赖驱动和更具描述性的方法来解决这些局限性。目标不再是抽象的数字，而是具有有意义的名称（例如 multi-user.target、graphical.target），清楚地表明预期的系统状态。依赖关系在单元文件中明确定义，确保所有必要的组件按正确的顺序启动。

理解 Systemd 目标

A systemd 目标本身就是一种单元类型。当激活一个目标单元时，systemd 会尝试激活该目标单元文件中列为依赖项的所有单元。这会产生一个连锁反应，确保所有必需的服务、设备和其他组件上线，以达到所需的系统状态。

Systemd 目标的关键特性：

依赖管理： 目标定义了要达到该目标需要激活哪些其他单元。这是它们功能的核心。
同步点： 它们在启动过程中充当同步点。在当前目标完全初始化之前，系统不会进入下一个阶段。
描述性命名： 目标的命名具有描述性，使我们很容易理解系统的预期状态（例如 rescue.target、poweroff.target）。

常见 Systemd 目标

Systemd 预定义了一组目标，旨在涵盖常见的系统状态。了解这些目标是管理系统的关键。

`multi-user.target`

这是最基本的目标之一。它代表一个功能齐全的多用户系统，启用了网络，但不包含图形登录管理器或桌面环境。这通常是服务器的默认目标。

目的： 为运行服务和允许多个用户通过基于文本的控制台或 SSH 登录提供稳定的环境。
依赖关系： 通常包括网络、系统服务和控制台登录提示的单元。

`graphical.target`

此目标代表一个功能齐全的多用户系统，带有图形桌面环境，可供用户交互。它通常是 multi-user.target 的依赖项，并添加了图形会话所需的组件。

目的： 启动图形显示管理器（如 GDM、LightDM、SDDM）和相关的桌面环境。
依赖关系： 继承 multi-user.target 的所有依赖项，并添加 X 服务器或 Wayland 合成器、显示管理器和桌面会话的单元。

`rescue.target`

此目标提供最小化的单用户环境。它主要用于系统维护和恢复。它会启动基本的系统和 root shell，但通常不会启动网络或多用户服务。

目的： 为系统管理员提供一个安全的环境来执行维护任务，而不会受到其他服务的干扰。
依赖关系： 最少量的基本系统组件和 root shell。

`emergency.target`

这比 rescue.target 更加精简。它将系统启动到一个只读文件系统和一个 root shell。它适用于即使基本服务都可能出现问题的严重紧急情况。

目的： 用于关键系统恢复，在这些情况下，即使是 rescue.target 也可能不适用。
依赖关系： 只有绝对最基本的系统组件和一个 root shell（通常是只读的）。

`reboot.target`, `poweroff.target`, `halt.target`

这些是用于关闭或重启系统的特殊目标。当 systemd 激活其中一个目标时，它会停止所有正在运行的服务，然后执行指定的动作（重启、断电或停止）。

目的： 优雅地关闭或重启系统。
依赖关系： 它们通常依赖于在系统关闭之前需要停止的服务。

管理 Systemd 目标

Systemd 提供了几个命令行工具来与目标交互。主要工具是 systemctl。

查看当前和默认目标

要查看系统当前正在运行哪个目标以及它在启动时默认的目标，请使用：

systemctl status

此命令提供大量信息，包括活动目标。要专门查询默认目标：

systemctl get-default

要查看所有可用目标：

systemctl list-unit-files --type=target

更改默认目标

如果您希望系统默认启动到另一个目标（例如，从图形界面切换到多用户界面，反之亦然），您可以使用 systemctl set-default：

将默认目标设置为图形目标（桌面系统常见）：

sudo systemctl set-default graphical.target

将默认目标设置为多用户目标（服务器常见）：

sudo systemctl set-default multi-user.target

重要提示： 更改默认目标仅在下次重启时生效。

切换到目标（无需重启）

您可以立即将系统切换到另一个目标而无需重启。这对于测试或临时更改系统状态很有用。使用 systemctl isolate 命令：

切换到图形目标：

sudo systemctl isolate graphical.target

切换到多用户目标：

sudo systemctl isolate multi-user.target

警告： systemctl isolate 是一个强大的命令。隔离到如 rescue.target 或 emergency.target 这样的目标将停止大多数正在运行的服务。在使用前，请确保您了解其影响。您可能会丢失网络连接或图形会话。

目标与单元文件的关系

目标以单元文件的形式实现，通常位于 /usr/lib/systemd/system/ 或 /etc/systemd/system/。目标单元文件（例如 graphical.target）指定对其他单元（包括其他目标和服务）的依赖关系。

A 个典型的 graphical.target 单元文件可能如下所示（简化版）：

[Unit]
Description=Graphical multi-user system
Documentation=man:systemd.special(7)
# This target is intended to be a prerequisite for the graphical login manager.
# It's the target that the system will boot into if not otherwise specified.
Wants=display-manager.service
Before=shutdown.target

[Install]
Alias=default.target

其中：

Wants=display-manager.service：表示如果可能，应启动 display-manager.service（实际的登录管理器，如 GDM 或 LightDM）。这是一种比 Requires= 更弱的依赖关系。
Before=shutdown.target：确保图形环境在系统进入关机过程之前被停止。
Alias=default.target：这使得 graphical.target 在 default.target 链接到它时（桌面系统通常如此）充当默认目标。

创建自定义目标

虽然在日常使用中不太常见，但您可以创建自己的自定义目标来定义具有独特服务集的特定系统状态。

创建自定义目标的步骤：

创建 .target 单元文件： 将其放置在 /etc/systemd/system/ 中（例如 my-custom.target）。
```ini
[Unit]
Description=My Custom Target

[Install]
WantedBy=multi-user.target # 或其他适当的目标
2. **创建 `.service` 或其他单元文件：** 定义您的自定义目标应激活的服务和其他单元。 3. **添加依赖关系：** 在您的自定义目标的单元文件中，使用 `Requires=` 或 `Wants=` 来指定必须或应该启动哪些单元。ini
[Unit]
Description=My Custom Target
Wants=service1.service
Wants=service2.service
After=service1.service service2.service

[Install]
WantedBy=multi-user.target
4. **重新加载 systemd：**bash
sudo systemctl daemon-reload
5. **启用/启动您的目标：**bash
sudo systemctl start my-custom.target

或使其可启动

sudo systemctl enable my-custom.target
```

用例： 想象一个开发环境，您需要运行特定的数据库和应用程序服务器。您可以创建一个 dev-env.target 来启动这些服务。

最佳实践和提示

了解默认设置： 了解系统的默认目标（graphical.target 或 multi-user.target），因为它决定了初始启动体验。
谨慎使用 isolate： 使用 systemctl isolate 时要小心，尤其是在生产系统上，因为它可能会中断正在运行的服务。
检查依赖项： 如果某个服务未启动，请使用 systemctl list-dependencies <target_name> 检查与其关联的目标的依赖项。
服务器与桌面： 在服务器上，出于安全和资源效率的考虑，几乎总是首选 multi-user.target。在桌面上，graphical.target 是标准的。
系统维护： 对于需要最少干扰的任务，rescue.target 是您的朋友。对于关键恢复，可以使用 emergency.target。

结论

Systemd 目标是对传统运行级别的重大改进，它提供了一种更具表现力、更灵活且对依赖关系感知更强的方式来管理系统状态。通过了解诸如 multi-user.target 和 graphical.target 等常见目标，以及了解如何查看和更改默认目标，您可以获得对 Linux 系统启动过程和运行时行为的更大控制权。无论您是配置服务器、管理桌面还是对系统问题进行故障排除，对 systemd 目标的扎实掌握都是任何 Linux 管理员的一项宝贵技能。