systemd — новый подход к инициализации системы03.05.2010 14:22

Lennart Poettering, сотрудник компании Red Hat, представил концепцию принципиально нового механизма управления инициализацией системы — systemd (system daemon), которая вобрала в себя достоинства классического System V init и более современных launchd (Mac OS X), SMF (Solaris) и Upstart (Ubuntu, Fedora), но при этом лишена многих их недостатков. В разработке этого проекта ему помогали сотрудники Red Hat, Novell, IBM, Intel и Nokia.

systemd опирается на современные linux-технологии: cgroups, AutoFS, D-Bus, и при этом совместим с исторически устоявшимися механизмами: init-скриптами, стандартными командами shutdown, poweroff и т.п. Предоставляемый systemd функционал позволяет заменить не только систему инициализации, но и ряд других подсистем, в частности, cron, (x)inetd, xdm/kdm/gdm/..., частично даже SELinux.

Основные идеи, использованные при создании systemd:

• Контроль над сокетами. Многие демоны, запускаемые при инициализации, взаимодействуют с другими демонами через unix domain и сетевые сокеты, и большинство существующих системы инициализации запускают демона-клиента только после того, как демон-сервер запустится и создаст сокет. Вместо этого, systemd создает сокеты, а затем запускает демонов, передавая им эти сокеты. Даже если демон-клиент запустится быстрее и начнет использовать сокет раньше сервера, ничего страшного не произойдет: его запрос будет буферизован и передан серверу, как только тот сможет его обработать. Такой подход уже используется в Mac OS X (launchd), позволяя этой ОС достигать впечатляющей скорости загрузки.

  Аналогичный принцип используется systemd и при запуске служб, использующих шину D-Bus.

  Кроме того, возможен автоматический запуск служб при обращении к заданным сокетам (см. ниже).

• Фоновое монтирование. Такие операции, как монтирование, проверка и активация квот файловых систем, занимают весьма значительную долю загрузочного времени. В большинстве современных систем они выполняются последовательно, до запуска всех демонов. systemd же предлагает монтировать не-жизненно-важные ФС только тогда, когда они кому-то понадобятся. Для этого используется механизм AutoFS. Например, многие служебные демоны вовсе не обязаны ждать, пока смонтируется огромный и к тому же зашифрованный /home.

  Разумеется, этот подход неприменим к /, /proc, /sys и т.п.

• Минимизация числа вспомогательных процессов. В настоящее время значительная часть работ по инициализации производится шелл-скриптами, что приводит к колоссальным времязатратам. В частности, Леннарт пишет:

  On my system the scripts in /etc/init.d call grep at least 77 times. awk is called 92 times, cut 23 and sed 74,

  при этом замечая, что почти каждый такой запуск влечет накладные расходы на поиск библиотек, подгрузку данных интернационализации (i18n) и т.п.

  В качестве альтернативы Леннарт предлагает предлагает переписать критичные участки на C, а также вынести часть функционала в самих демонов и в systemd. Сейчас для systemd уже готовы написанные на C подсистемы монтирования и установки имени хоста. До полной победы, отмечает Леннарт, работа предстоит огромная, но результат того стоит.

• Отслеживание процессов. В ныне используемых системах инициализации в принципе возможна такая ситуация, когда при неправильном форке процесс может «потеряться». Например, так может произойти с некорректно написанным CGI-приложением, и процесс останется работать даже после остановки веб-сервера.

  Для предотвращения таких ситуаций systemd использует интегрированный в ядро Linux механизм контрольных групп (cgroups). Если приложение не имеет доступа к псевдо-ФС, управляющей работой cgroups, то оно не может самостоятельно покинуть свою группу и «потеряться».

  Также к этой группе задач относится и автоматический перезапуск демонов, перенаправление их stdout/stderr на выбранные TTY или в системный журнал, регистрация всех запусков и остановок служб, и многое другое.

• Ограничение процессов. systemd предоставляет множество возможностей ограничить или расширить полномочия процессов, контролируя такие параметры, как uid, gid, umask, рабочий и корневой каталоги, класс и приоритет CPU и I/O, наличие доступа на чтение и запись к смонтированным файловым системам и отдельным каталогам и т.п. Также можно использовать возможности по ограничению ресурсов, предоставляемые cgroups.

Базовым элементом systemd являются модули (units), которые связаны между собой и имеют определенный тип. Каждый модуль может требовать для своей работы другие модули, конфликтовать с модулями, запускаться только после или до определенного модуля (директивы конфигурации Requires, Conflicts, Before, After, Wants). Из типов модулей определены:

• service — обычный демон, поддерживающий операции start, stop, restart, reload. Может быть представлен родным (native) файлом конфигурации systemd или System V init-скриптом.
• socket. При обращении к сокету генерируется событие, для которого можно настроить обработчик. Например, автоматически запускать определенные службы при обращении к заданному сокету. В этом отношении systemd похож на давно известный (x)inetd, однако при этом поддерживает unix domain сокеты и FIFO.
• device. Отметив нужные устройства в конфигурации udev, впоследствии можно использовать такие события, как появление и удаление устройства, в качестве событий systemd, назначив на них обработчики. Например, при появлении устройства bluetooth будет запущена соответствующая служба.
• mount. systemd контролирует все точки монтирования файловых систем. В целях обратной совместимости поддерживается сбор информации о точках монтирования из /etc/fstab.
• automount. Для помеченных таким образом точек монтирования, монтирование выполняется только при обращении к ним.
• target. Более гибкий аналог уровней исполнения (runlevels), используемых в System V init. Представляет собой группу служб, объединенных по функциональному назначению. Например, multi-user.target идентичен runlevel 5, а bluetooth.target приводит к инициализации подсистемы bluetooth.
• snapshot — во многом похож на target. Позволяет «запомнить» существующую конфигурацию units (запущенных служб, открытых сокетов, смонтированных ФС) с тем, чтобы в дальнейшем восстановить это состояние. Позволяет, например, перейти в emergency shell (сейчас это init 1), а затем полностью восстановить набор запущенных служб. Другой пример — выход системы из состояния suspend.

Надо заметить, что systemd отличается от SMF, во-первых, тем, что позволяет оперировать не только зависимостями между службами, но и событиями, например, «готовность устройства» или «обращение к сокету». Во-вторых, systemd использует более простой формат файлов конфигурации (.desktop aka .INI против XML в SMF).

От upstart же systemd отличается более высокой степенью параллелизации, и как следствие, более высокой скоростью загрузки. Например, если демон A требует для работы сокет, открытый демоном B, то upstart сначала запустит демона B, а затем демона A, в то время как systemd создаст сокет сам и запустит обоих демонов одновременно, что занимает примерно в два раза меньше времени. Используемый в upstart принцип, когда ключевыми событиями является лишь запуск и остановка демона, Леннарт и его коллеги считают изначально неэффективным.

©  Linux.org.ru