2023-07-03 16:23:16 +08:00
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2024-04-11 17:29:53 +08:00
title: Linux 服务管理
description: Linux 服务管理和配置
2023-07-03 16:23:16 +08:00
keywords:
2023-11-09 17:30:33 +08:00
- Linux
- 系统管理
2023-07-03 16:23:16 +08:00
tags:
2024-04-02 15:19:35 +08:00
- Linux/系统管理
2024-04-26 21:42:22 +08:00
- 技术/操作系统
2023-07-03 16:23:16 +08:00
author: 7Wate
date: 2023-06-30
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## 引言
Linux， ， ， ， ，
## 系统启动
**Linux 系统的启动过程是多阶段的，涉及硬件、引导加载器、内核和系统初始化等多个阶段。**
2024-04-15 15:51:18 +08:00
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### 启动流程
1. **开机自检（ ） ： ，
2. **设备检测** ： ，
3. **选择启动设备** ： ，
4. **运行引导加载器** ：从选定的启动设备加载引导加载器（例如 GRUB 或 Windows Boot Manager） ，
5. **内核加载** ：引导加载器从启动设备中加载选定的操作系统内核到 RAM 中，并开始系统的初始化过程。此过程包括加载必要的驱动程序以及进行初步的系统设置。
6. **系统服务启动** ： ，
7. **执行启动脚本** ：在系统服务启动之后，操作系统执行多个启动脚本，这些脚本进一步配置环境变量、网络设置、用户权限和系统服务，确保系统按预期方式运行。
8. **显示登录界面** ：所有系统服务和启动脚本执行完毕后，操作系统将显示登录界面。用户现在可以输入用户名和密码进行登录，系统则为用户会话准备环境和资源。
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#### 1.BIOS 阶段
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当电脑开机时， （ ， ） （ ， ） （ ， ）
基本的 POST 过程的步骤：
```mermaid
graph LR
A[系统电源打开] --> B[CPU 复位]
B --> C[BIOS/UEFI 初始化]
C --> D[硬件检查]
D --> E[错误检查和报告]
E --> F[启动引导设备]
```
1. **系统电源打开** ：当你按下电源开关后，电源供应器开始为整个系统供电。
2. **CPU 复位** ： ， （ ）
3. **BIOS/UEFI 初始化** ：
4. **硬件检查** ： ， （ ） ， （ ）
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5. **错误检查和报告** ：如果在 POST 过程中检测到错误，
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6. **启动引导设备** ：如果 POST 成功完成， （
在这个阶段，有一些系统可能使用 UEFI（ ） ，
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#### 2.引导加载器阶段
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**启动加载程序（ ） ， （ ） （ ）
启动加载程序的基本步骤：
```mermaid
graph LR
A[读取配置文件] --> B[展示操作系统选择菜单]
B --> C[加载操作系统内核]
C --> D[传递控制权]
```
1. **读取配置文件** ：启动加载程序首先会读取其配置文件，了解哪些操作系统可供选择，每个操作系统的内核文件存放在何处，是否有特定的启动参数等信息。在 GRUB 中，这个配置文件通常是 /boot/grub/grub.cfg。
2. **展示操作系统选择菜单** ：根据配置文件，启动加载程序会在屏幕上展示一个菜单，列出所有可用的操作系统（如果有多个的话），并等待用户选择。用户可以在这个时候选择要启动的操作系统，或者修改启动参数。
3. **加载操作系统内核** ：用户选择了要启动的操作系统后，启动加载程序会找到相应的内核文件，加载到内存中。这个过程可能涉及到文件系统的操作，因为内核文件通常存放在硬盘的某个文件系统中。所以，启动加载程序需要包含一些简单的文件系统驱动程序。
4. **传递控制权** ：内核文件被加载到内存后，启动加载程序会将 CPU 的控制权传递给内核，然后操作系统开始运行。
引导加载器不仅可以加载 Linux， ， （ ） ，
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#### 3.内核阶段
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**一旦启动加载程序（例如 GRUB） ，
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以下是内核阶段的一些主要步骤：
```mermaid
graph LR
A[初始化 CPU 和内存管理] --> B[启动其他 CPU 核心]
B --> C[设备和驱动初始化]
C --> D[设置中断和系统调用处理]
D --> E[初始化虚拟文件系统 VFS]
E --> F[挂载根文件系统]
F --> G[启动 init 进程]
```
1. **初始化 CPU 和内存管理** ：首先，内核需要设置和初始化处理器和内存管理系统。它会设置页表来管理虚拟内存，检测和初始化 CPU 和其他硬件设备，以及初始化内核数据结构。
2. **启动其他 CPU 核心** ：在多核处理器系统中，内核需要唤醒和初始化其他的 CPU 核心。
3. **设备和驱动初始化** ：内核会开始探测并初始化系统中的各种硬件设备。这包括识别硬件设备，加载和初始化设备驱动，以及设置设备的相关参数。
4. **设置中断和系统调用处理** ：内核会设置中断处理程序，这是处理硬件中断（例如键盘输入、网络数据包到达等）的机制。同时，内核也会设置系统调用处理程序，这是用户空间程序与内核进行交互的主要方式。
5. **初始化虚拟文件系统（ ） ： （ ） ，
6. **挂载根文件系统** ：内核会挂载根文件系统（通常是 "/"）。这通常涉及到读取硬盘上的数据，并可能需要启动额外的驱动程序来识别文件系统（如 ext4、btrfs 等）。
7. **启动 init 进程** ：最后，内核会启动一个特殊的用户空间程序，称为 init 进程。这个进程的进程 ID（ ） ，
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#### 4.系统初始化阶段
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**在 Linux 内核完成初始化并挂载了根文件系统后，它将启动第一个用户空间程序，这个进程通常被称为 init 进程。init 进程的进程 ID（ ） ，
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常见的 init 系统包括 Systemd、Upstart、SysV init 等，它们各自的启动流程可能会有所不同。以下是使用 Systemd 作为 init 系统的一般流程：
```mermaid
graph LR
A[启动] --> B[读取和解析配置文件]
B --> C[启动系统服务]
C --> D[启动用户登录服务]
```
1. **启动** ：内核首先启动 Systemd 进程，通常是通过执行 /sbin/init 程序。这个程序通常是指向 Systemd 的一个符号链接。
2. **读取和解析配置文件** ：
3. **启动系统服务** ：
4. **启动用户登录服务** ： ） ， （ ）
在系统初始化阶段，
### 运行级别的概念
运行级别是 Linux 系统中用于定义系统需要运行哪些服务和进程的方式。每个运行级别都有特定的服务和进程集合，
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| 运行级别 | 描述 |
| -------- | ------------------------------------------------------------ |
| 0 | 系统停机，通常用于正常关闭系统。 |
| 1 | 单用户模式，通常用于系统维护。 |
| 2 | 多用户模式，不包括网络服务。 |
| 3 | 完全的多用户模式，包括网络服务。这通常是 Linux 系统默认的运行级别。 |
| 4 | 通常不使用，用户可以自定义。 |
| 5 | 图形用户模式，启动 X Window 图形界面。 |
| 6 | 系统重启。 |
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### 管理运行级别
Linux 系统提供了一些工具和命令，使用户能够查看和更改当前的运行级别。
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- 使用 `runlevel` 命令可以查看当前的运行级别。该命令会输出两个数字，前一个代表前一个运行级别，后一个代表当前运行级别。
- 使用 `init` 命令加上运行级别的数字，可以更改当前的运行级别。例如，执行 `init 3` 会将系统转换到多用户文本模式。
- 另外，用户还可以通过编辑 `/etc/inittab` 文件来更改系统的默认运行级别。例如，`id:3:initdefault:` 就设置了系统的默认运行级别为 3。
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通过理解 Linux 系统的启动流程和运行级别，可以更好地理解和管理 Linux 系统的行为和状态。这些知识对于系统管理员来说尤其重要，因为它们直接影响到系统的性能和稳定性。
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## 进程管理
在操作系统中，理解并掌握进程及其管理是至关重要的，尤其是在类 Unix 的操作系统如 Linux 中，它们是系统正常运行的基础。
### 进程的概念
进程是一个运行的程序的实例。每个**运行中的程序都会生成至少一个进程**。每个进程都有一个**唯一的进程 ID**，也称为 PID， ， ， （ ） （ ）
### 进程的状态
Linux 进程有五种状态： （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ）
```mermaid
stateDiagram-v2
[*] --> Running: 创建进程
Running --> InterruptibleSleep: 等待事件
InterruptibleSleep --> Running: 事件完成
Running --> Stopped: 收到停止信号
Stopped --> Running: 收到继续信号
Running --> Zombie: 进程结束
Zombie --> [*]: 父进程读取状态
```
- **运行状态（ ） : 进程正在 CPU 上运行或者在运行队列中等待运行。运行状态的进程可能正在使用 CPU ，也可能正在等待 CPU 时间片。
- **等待状态（ ） : 进程正在等待某个条件（如用户输入或者磁盘 I/O） ，
- **非中断等待状态（ ） : 与等待状态类似，进程在等待某个条件完成。但这种状态的进程不能被其他进程或者事件唤醒和打断，只有等待的条件被满足，它才会被唤醒。
- **停止状态（ ） : 进程被暂停执行， （ ）
- **僵尸状态（ ） : 这是进程结束（或被其他进程杀死）后的一种状态。尽管进程的主体已经终止，但它在进程表中的条目仍然存在，直到父进程读取了子进程的退出状态信息后，才会消失。
### 进程的优先级
在 Linux 系统中，处理器必须在多个并发运行的进程之间分享其时间。**为了公平和有效地管理这些进程，
Linux 系统使用所谓的 Nice 值来表示进程的优先级。Nice 值的范围从 -20（ ） （ ） ，
在 Linux 系统中，你可以使用 `nice` 和 `renice` 命令来设置和修改进程的优先级。以下是它们的使用方法：
```shell
# PID 是想要修改的进程的进程 ID，
# 使用 nice 命令启动一个新进程，设置其 Nice 值为 10
nice -n 10 command
# 使用 nice 命令启动一个新进程，设置其 Nice 值为 -5
nice -n -5 command
# 将 PID 为 1234 的进程的 Nice 值设为 10
renice 10 -p 1234
# 将 PID 为 5678 的进程的 Nice 值设为 -5
renice -5 -p 5678
```
### 进程管理命令
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| 命令 | 描述 |
| --------- | ------------------------------------------------------------ |
| `ps` | 显示当前进程的快照。 |
| `top` | 动态显示进程状态，可以实时查看系统中各个进程的资源占用情况。 |
| `htop` | 与 `top` 类似，但提供了一个更美观、更友好的界面以及额外的功能，如垂直和水平滚动。 |
| `pgrep` | 根据条件查找进程，并列出匹配条件的进程 ID。 |
| `pkill` | 发送信号到匹配条件的进程，常用于终止进程。 |
| `kill` | 发送信号到特定的进程，最常用于终止进程。 |
| `killall` | 根据进程的名称来终止一组进程。 |
| `nice` | 启动一个进程并设置其优先级。优先级较低的进程运行得较慢，从而减少对系统资源的占用。 |
| `renice` | 修改已经运行的进程的优先级。 |
| `nohup` | 运行命令使其可以在用户注销后继续运行。 |
| `jobs` | 显示当前会话中的所有作业及其状态。 |
| `bg` | 将一个在后台暂停的作业恢复执行。 |
| `fg` | 将一个在后台运行的作业调到前台继续运行。 |
| `&` | 在命令后添加 `&` 可以让命令在后台运行。 |
| `disown` | 将作业从当前会话的作业列表中移除，使得该作业不会在会话结束时被终止。 |
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## 服务管理
### 服务的概念
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在 Linux 环境中， （ ） ， ， ， ， ） ， （ ） ， ， ，
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服务管理则是操作系统中的一项重要任务，其主要目标是保证服务能够稳定、高效地运行，同时，也能够便捷地进行服务的配置和维护。为了达到这个目标，人们设计了许多不同的服务管理系统，例如 SysV init， ，
### 服务管理
#### Systemd
[systemd ](https://systemd.io/ ) 是当前大多数 Linux 发行版中默认的初始化系统和服务管理器，由 Lennart Poettering 和 Kay Sievers 在 Freedesktop.org 项目中创建。它的主要任务是负责系统的引导流程，以及在系统运行期间管理和维护各种服务。
与传统的 SysV init 和 Upstart 等系统相比， ， ， ，
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**systemd 还提供了一种新的系统配置方法，即使用 systemd 单元（ ）
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除了基本的初始化服务，**systemd 还提供了进程监控、日志管理、设备管理、网络配置、用户会话管理等多项功能。**特别是通过日志管理工具 journald，
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尽管 systemd 具有诸多优点，但由于其庞大和复杂，也引来了不少批评。一些人认为 systemd 违反了 Unix 哲学——" 做一件事，并把它做好 "，它的功能太过全面，违反了模块化设计的原则。然而，也有很多人认为，对于现代 Linux 系统来说 systemd 是必不可少的。
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以下是一些 systemd 中常用的 `systemctl` 命令示例：
```shell
# 启动一个服务
systemctl start [service_name]
# 停止一个服务
systemctl stop [service_name]
# 重启一个服务
systemctl restart [service_name]
# 查看一个服务的状态
systemctl status [service_name]
# 设置一个服务在系统启动时自动启动
systemctl enable [service_name]
# 禁止一个服务在系统启动时自动启动
systemctl disable [service_name]
```
常用的选项：
| 选项 | 说明 |
| -------------------- | ---------------------------------------------- |
| `--user` | 对用户级别的服务进行操作，而不是系统级别的服务 |
| `--global` | 对所有用户的用户级别的服务进行操作 |
| `--system` | 对系统级别的服务进行操作，这是默认的操作级别 |
| `--all` | 显示所有的服务，包括未启动的和不活跃的服务 |
| `--failed` | 显示启动失败的服务 |
| `-H [user@]hostname` | 对远程主机上的服务进行操作 |
| `--no-pager` | 不使用分页显示输出结果 |
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总的来说，`systemd` 是一种强大的初始化系统和服务管理器，它改变了 Linux 系统的启动方式和服务管理方式，带来了许多新的可能性和便利性。如果你正在使用的是一个现代的 Linux 发行版，那么你很可能已经在使用 `systemd` 了。
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#### Upstart
Upstart 是一种为 Linux 系统设计的事件驱动的初始化系统和服务管理器，由 Canonical 公司的 Scott James Remnant 开发，最初用于 Ubuntu 发行版。它的设计初衷是用于取代传统的 SysV init 系统，并且解决其在处理现代化计算环境中的并发性和动态性时的局限性。
Upstart 的主要特点是事件驱动（ ） ， （ ， ）
此外，
Upstart 使用的服务配置文件称为 Job 文件， `/etc/init` 目录下，易于编辑和管理。
以下是一些 Upstart 中常用的 `initctl` 命令示例：
```shell
# 启动一个服务
initctl start [job_name]
# 停止一个服务
initctl stop [job_name]
# 重启一个服务
initctl restart [job_name]
# 查看一个服务的状态
initctl status [job_name]
```
常用的选项：
| 选项 | 说明 |
| ---------------------- | -------------------------------------- |
| `list` | 列出所有已知的任务和服务 |
| `show-config` | 显示指定任务或服务的所有配置信息 |
| `emit` | 发出一个事件，可以触发相关的任务和服务 |
| `reload-configuration` | 重新加载所有的任务和服务的配置文件 |
尽管 Upstart 在其出现时提供了一种新颖和强大的初始化和服务管理方式，但由于其开发和维护的复杂性，以及后来 systemd 的出现，
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#### SysV Init
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SysV init 是 Unix System V 中的初始化系统，长期以来在各种 Unix-like 系统中使用，包括早期的 Linux 发行版。它主要负责在系统启动时启动各种服务，以及在系统运行期间管理和维护各种服务。
SysV init 的主要特点是顺序启动服务。它依赖于在 `/etc/inittab` 文件中定义的运行级别（ ） ， ， ，
在 SysV init 系统中，服务的启动脚本通常位于 `/etc/init.d/` 目录下，而各个运行级别的服务链接则位于 `/etc/rc.d/` 或 `/etc/rc[runlevel].d/` 目录下。这种设计使得服务配置分散在多个文件和目录中，管理相对较复杂。
以下是一些 SysV init 中常用的命令示例：
```shell
# 启动一个服务
/etc/init.d/[service_name] start
# 停止一个服务
/etc/init.d/[service_name] stop
# 重启一个服务
/etc/init.d/[service_name] restart
# 查看一个服务的状态
/etc/init.d/[service_name] status
# 切换运行级别
init [runlevel]
```
常用的运行级别：
| 运行级别 | 说明 |
| -------- | -------------------------------------- |
| 0 | 关机 |
| 1 | 单用户模式 |
| 2 | 多用户模式（没有网络服务） |
| 3 | 多用户模式（有网络服务） |
| 4 | 未定义，可以由用户自定义 |
| 5 | 多用户模式（有网络服务和图形用户界面） |
| 6 | 重启 |
尽管 `SysV init` 系统在设计上有一些局限性，但其简单和可靠的特点使得它在许多年里得到了广泛的使用。然而，随着现代 Linux 系统的发展，更多的发行版开始选择如 `Upstart` 或 `systemd` 这样的现代化的初始化系统和服务管理器。
### 未来发展
随着云计算、容器技术、微服务等新技术的发展，服务管理面临着新的挑战和机遇。在这样的环境下，服务管理不仅要考虑如何管理单个系统上的服务，还需要考虑如何在分布式环境中协调和管理多个服务。这可能需要新的管理策略和工具，或者是现有工具的深度集成和优化。
例如，随着 Kubernetes 这样的容器编排工具的普及，服务的生命周期管理和调度已经可以通过这些工具来完成。在这种情况下，传统的服务管理器可能需要与 Kubernetes 等工具进行深度整合，以便更好地在微服务环境中管理服务。
另一方面，新的服务管理工具和框架也正在不断出现，比如用 Go 语言编写的 [supervisord ](http://supervisord.org/ )，或者是由 Uber 开发的 [Peloton ](https://eng.uber.com/peloton/ )。这些工具都试图在特定环境下提供更好的服务管理能力。
总的来说，服务管理是一个重要且不断发展的领域。随着新技术的发展，我们期待看到更多的创新和进步，以帮助我们更好地管理和维护系统服务。
