鳥哥 Daemon
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# 什麼是 Daemon？
在背景常駐的行程叫做 service，成為 service 的程式稱作 daemon。
通常來說，行程的名稱結尾都會有個 "d"，用以區分普通程式的行程。
- 舉例：`syslogd`、`crond`、 `sshd`
實際上，service 跟 daemon 這兩個詞不會分的那麼清楚，畢竟兩個是生命共同體。
冷知識：此命名由來是[馬克士威的思想實驗](https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_demon)
## Daemon 的啟動方式
1. 直接由 init 啟動
- 通常在開機期間系統會啟動一些 daemon 來處理網路請求、硬體活動、其他程式需求。
- 做這些事情的初始化程式會是 SysVinit 或 Upstart 或 Systemd
2. 由一支行程 fork 出子行程後，父行程立即結束，因此子行程會被 init 接管
- 通常經由 [daemon(3)](https://man7.org/linux/man-pages/man3/daemon.3.html) 來脫離 terminal (tty) 控制，成為背景行程
# 系統初始化程式
在開機過程中，kernel 會指派自己的 PID 為 0，初始化程式的 PID 為 1，這是因為它是核心建立的第一個行程。
以下為基本開機流程：
根據時代演進，大多數 Linux 發行版的初始化程式，從 SysVinit → Upstart → Systemd，這些進步帶來了更快的速度、更多的彈性與功能。
## 先談談元老級的 init
### 服務啟動、關閉、查看
- 啟動： `/etc/init.d/{daemon} start`
- 關閉： `/etc/init.d/{daemon} stop`
- 重新啟動： `/etc/init.d/{daemon} restart`
- 狀態觀察： `/etc/init.d/{daemon} status`
### 服務分類
- 獨立啟動模式 (stand alone)：服務獨立啟動，該服務直接常駐於記憶體中，提供本機或用戶的服務行為，反應速度快
- 總管程式 (super daemon)：由特殊的 xinetd 或 inetd 這兩個總管程式（super daemon）提供 socket 對應或 port 對應的管理。當沒有用戶要求某 socket 或 port 時， 所需要的服務是不會被啟動的，唯有在需要時才對啟動相對應的 daemon，因此可以省下不少系統資源。
### 服務的相依性問題
如果系統需要收信，網路服務卻沒有啟動，這時肯定是無法收到來自網際網路的新信件。
init 不具有相依性檢查功能，也就是需要自己手動排除上述問題...
### 執行級別（runlevel）分類
init 是系統的第一個行程，可以根據使用者自訂的 runlevel 來決定要喚醒哪些不同的服務。
因應不同需求，runlevel 可以分成幾類：
如果要修改 runlevel 可以到 `/etc/inittab` 修改（現在 systemd 系統已經沒有了）。
或是透過 `init 0`、 `init 6` 等指令來切換不同 run level，前兩個指令分別代表 `shutdown -h`、`reboot` 。
關於不同 run level 需要做的事情，可以到 `/etc/rc.d/rcx.d` 設定。
### 設定開機自動執行
- 預設啟動： `chkconfig {daemon} on`、`chkconfig --level 35 {daemon} on` （指定在 run level 3 跟 5）
- 預設不啟動： `chkconfig {daemon} off`
- 檢查預設行為： `chkconfig --list {daemon}`
### 歷史資訊
- Ubuntu 6.10 以後改用 Upstart，13.04 改用 Systemd
- CentOS 7 以後改用 Systemd
## Systemd 介紹
目前主流初始化程式，可相容舊有 init 的腳本。
### 優點
- 平行處理所有服務，加速開機流程
- init 是每項任務依序啟動，systemd 可以讓不相依的程式同時啟動（善用多核心、減少各種等待時間）
- 整合處理
- 只需要 systemd 服務搭配 `systemctl` 指令
- 不像 init 依據功能分成許多不同的指令： `init`、`chkconfig`、`service`。
- 服務相依性的自我檢查
- 如果 B 服務是架構在 A 服務上面啟動的，那當你在沒有啟動 A 服務的情況下僅手動啟動 B 服務時， systemd 會自動幫你啟動 A 服務
- 依 daemon 功能分類
- 定義所有的服務為一個服務單位 (unit)，並將該 unit 歸類到不同的服務類型 (type)
- 服務單位 (unit) 區分為 service, socket, target, path, snapshot, timer 等多種不同的類型(type)
- 舊的 init 僅分為 stand alone 與 super daemon
- 將多個 daemons 集合成為一個群組
- 如同 systemV 的 init 裡頭有個 runlevel 的特色，systemd 亦將許多的功能集合成為一個所謂的 **target** 項目
- 亦即是執行某個 target 就是執行好多個 daemon
### 缺點
- 在 runlevel 的對應上，約僅有 runlevel 1, 3, 5 有對應到 systemd 的某些 target 類型而已，沒有全部對應
- 全部的 systemd 都用 systemctl 這個管理程式管理，而 systemctl 支援的語法有限制，不像 /etc/init.d/daemon 就是純腳本可以自訂參數，systemctl 不可自訂參數
- 如果某個服務啟動是管理員自己手動執行啟動，而不是使用 systemctl 去啟動的 (例如你自己手動輸入 crond 以啟動 crond 服務)，那麼 systemd 將無法偵測到該服務，而無法進一步管理
- systemd 啟動過程中，無法與管理員透過 standard input 傳入訊息！因此，自行撰寫 systemd 的啟動設定時，務必要取消互動機制～(連透過啟動時傳進的標準輸入訊息也要避免！)
### 設定檔放置目錄
不同發行版大同小異，下圖為 Ubuntu 20.04 LTS：（`man systemd.unit`）
開機是否會執行哪些服務主要看 `/etc/systemd/system`，裡面有些會軟連結到 `/usr/lib/systemd/system`。
### systemd 的 unit 類型分類說明
根據**副檔名**可以知道腳本屬於哪個 type，而常見 type 如下：
- service（最常見）
- 一般服務類型，主要是系統服務
- 包括伺服器本身所需要的本機服務以及網路服務都是
- socket
- 內部程序資料交換的插槽服務
- 主要是 IPC (Inter-process communication) 的傳輸訊息插槽檔 (socket file) 功能。 這種類型的服務通常在監控訊息傳遞的插槽檔，當有透過此插槽檔傳遞訊息來說要連結服務時，就依據當時的狀態將該用戶的要求傳送到對應的 daemon， 若 daemon 尚未啟動，則啟動該 daemon 後再傳送用戶的要求
- target
- 執行環境類型，其實是一群 unit 的集合
- 執行 xxx.target 就是執行一堆其他 .service 或/及 .socket 之類的服務就是了
- mount / automount / swap
- 控制掛載點
- timer
- 循環執行 unit
- 預設會執行相同檔名（除了副檔名）之服務
- path
- 偵測特定檔案或目錄類型
- 例如最常見的列印服務，就是透過偵測列印佇列目錄來啟動列印功能
- slice
- 藉由 cgroups 階層式管理多個行程資源
上述詳細資料可以透過 `man systemd` 查詢
# 使用 systemctl 管理服務
## 管理單一服務
```bash
systemd [command] [unit]
```
command 主要有：
```
start ：立刻啟動後面接的 unit
stop ：立刻關閉後面接的 unit
restart ：立刻關閉後啟動後面接的 unit，亦即執行 stop 再 start 的意思
reload ：不關閉後面接的 unit 的情況下，重新載入設定檔，讓設定生效
enable ：設定下次開機時，後面接的 unit 會被啟動
disable ：設定下次開機時，後面接的 unit 不會被啟動
status ：目前後面接的這個 unit 的狀態，會列出有沒有正在執行、開機預設執行否、登錄等資訊等！
is-active ：目前有沒有正在運作中
is-enabled：開機時有沒有預設要啟用這個 unit
```
實際執行結果：
- 可以看到 Loaded 最後面有 **enabled**，代表開機時會自動啟動
**可能的 status：**
- active (running)
- 正有一隻或多隻程序正在系統中執行
- active (exited)
- 僅執行一次就正常結束的服務，目前並沒有任何程序在系統中執行
- active (waiting)
- 正在執行當中，不過還再等待其他的事件才能繼續處理
- 例如：列印佇列服務需有有列印工作進來，才會繼續工作
- inactive
- 這個服務目前沒有在運作
小技巧：可以使用 `systemctl status --all` 查看所有服務狀態
**daemon 預設狀態：**
- enabled：這個 daemon 將在開機時被執行
- disabled：這個 daemon 在開機時不會被執行
- static：這個 daemon 不可以自己啟動 (enable 不可)，不過可能會被其他的 enabled 的服務來喚醒 (相依屬性的服務)
- mask：這個 daemon 無論如何都無法被啟動，因為已經被強制註銷 (非刪除)，可以避免被相依服務啟動。可透過 systemctl unmask 方式改回原本狀態。
### 補充
有些人可能會覺得 `systemctl` 在一些情況下不好用：
```bash
systemctl "status" xxx
systemctl "restart" xxx
systemctl "status" xxx
```
如果要連續下這三條指令，勢必得按下 ⬆️ 鍵，並移動游標到中間修改 command，太麻煩。
`service` 指令是一個 wrapper，可對 `init` 與 `systemctl` 腳本做出簡單的操作，也就是通吃。
```bash
service xxx status
service xxx restart
service xxx status
```
## 觀察系統上所有的服務
```bash
systemctl [command] [--type=TYPE] [--all]
```
command 說明
```bash
list-units ：依據 unit 列出目前有啟動的 unit。若加上 --all 才會列出沒啟動的。
list-unit-files ：依據 /usr/lib/systemd/system/ 內的檔案，將所有檔案列表說明。
--type=TYPE：就是之前提到的 unit type，主要有 service, socket, target 等
```
## 管理不同的操作環境
### 基本概念
查看 type 為 target 的 unit：
```bash
systemctl list-units --type=target --all
```
上面包含了跟操作介面比較相關的 target：
- graphical.target：
- 文字加上圖形界面，這個項目已經包含了底下的 multi-user.target 項目
- multi-user.target：
- 純文字模式
- rescue.target：
- 在無法使用 root 登入的情況下，systemd 在開機時會多加一個額外的暫時系統，與原本的系統無關
- 這時可以取得 root 的權限來維護系統，但是這是額外系統，因此可能需要動到 chroot 的方式來取得你原有的系統
- emergency.target：
- 緊急處理系統的錯誤，還是需要使用 root 登入的情況，在無法使用 rescue.target 時，可以嘗試使用這種模式
- shutdown.target：
- 就是關機的流程
- getty.target：
- 可以設定你需要幾個 tty 之類的
正常的模式是 multi-user.target 以及 graphical.target 兩個，救援方面的模式主要是 rescue.target 以及更嚴重的 emergency.target。
### 操作方式
透過 target unit：
```bash
systemctl get-default # 取得目前開機會載入的 target（可以想像成 runlevel）
# --> graphical.target
systemctl set-default multi-user.target # 純設定，需重開機生效
systemctl isolate multi-user.target # 立即切換成 multi-user.target
```
透過簡化指令：
```bash
systemctl poweroff # 系統關機
systemctl reboot # 重新開機
systemctl suspend # 進入暫停模式
systemctl hibernate # 進入休眠模式
systemctl rescue # 強制進入救援模式
systemctl emergency # 強制進入緊急救援模式
```
- suspend：暫停模式會將系統的狀態資料保存到記憶體中，然後關閉掉大部分的系統硬體，並沒有實際關機，喚醒的速度較快。
- hibernate：休眠模式則是將系統狀態保存到硬碟當中，保存完畢後，將電腦關機
## 分析服務相依性
```bash
systemctl list-dependencies [unit] [--reverse 反向追蹤]
```
## 列出 socket
```bash
systemctl list-sockets
```
## 設定檔目錄簡介
- `/lib/systemd/system/xxxx.service`
- 官方釋出的預設設定檔
- `/etc/systemd/system/xxxx.service.d/custom.conf`
- 在 `/etc/systemd/system` 底下建立與設定檔相同檔名的目錄，但是要加上 `.d` 的副檔名
- 在該目錄下建立設定檔即可。另外，設定檔最好附檔名取名為 .conf 較佳！ 在這個目錄下的檔案會「累加其他設定」進入 `/lib/systemd/system/xxxx.service` 內
- `/etc/systemd/system/xxxx.service.wants/*`
- 此目錄內的檔案為連結檔，設定相依服務的連結
- 意思是啟動了 vsftpd.service 之後，最好再加上這目錄底下建議的服務
- `/etc/systemd/system/xxxx.service.requires/*`
- 此目錄內的檔案為連結檔，設定相依服務的連結。意思是在啟動 `xxxx.service` 之前，需要事先啟動哪些服務的意思
## 設定項目簡介
```bash
➜ systemctl cat sshd
[Unit] # 這個項目與此 unit 的解釋、執行服務相依性有關
Description=OpenSSH server daemon
After=network.target sshd-keygen.service
Wants=sshd-keygen.service
[Service] # 這個項目與實際執行的指令參數有關
EnvironmentFile=/etc/sysconfig/sshd
ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $OPTIONS
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
KillMode=process
Restart=on-failure
RestartSec=42s
[Install] # 這個項目說明此 unit 要掛載哪個 target 底下
WantedBy=multi-user.target
```
- `[Unit]`
- unit 本身的說明，以及與其他相依 daemon 的設定，包括在什麼服務之後才啟動此 unit 之類的設定值
- `[Service], [Socket], [Timer], [Mount], [Path]`
- 不同的 unit type 就得要使用相對應的設定項目
- 主要在規範服務啟動的腳本、環境設定檔檔名、重新啟動的方式等等
- `[Install]`
- 這個項目就是將此 unit 安裝到哪個 target 裡面去的意思
### 基本規則
- 設定項目
- 可以重複，後者會覆蓋掉前者
- 例如已經有 `After` 了，再次設定 `After=` 即可將其清除
- 布林
- 表示啟動： 1, yes, true, on
- 表示關閉：0, no, false, off
- 註解
- 開頭為 `#`、`;`
### Unit 設定介紹
- `Description`
- 給管理員看的簡易說明
- 可在 `systemctl list-units`、`systemctl status` 中看到
- `Documentation`
- 提供管理員能夠進行進一步的文件查詢的功能
- 範例：
- Documentation=http://www....
- Documentation=man:sshd(8)
- Documentation=file:/etc/ssh/sshd_config
- `After`
- 說明此 unit 是在哪個 daemon 啟動之後才啟動
- 沒有強制力，純屬建議
- `Before`
- 在什麼服務啟動前最好啟動這個服務
- 沒有強制力，純屬建議
- `Requires`
- 明確的定義此 unit 需要在哪個 daemon 啟動後才能夠啟動
- 有強制性！
- `Wants`
- 這個 unit 之後最好還要啟動什麼服務比較好
- 沒有強制力
- `Conflicts`
- 會發生衝突的服務
- 條列中的服務有被啟動，則此服務不能啟動，反之亦然
### Service 設定介紹
- `Type`
- 這個 daemon 啟動的方式，會影響到 ExecStart
- 常見類型：
- `simple`：預設值，由 `ExecStart` 的指令啟動，通常常住於記憶體
- `forking`：
- 由 ExecStart 啟動的程序透過 spawns 延伸出其他子程序來作為此 daemon 的主要服務
- 原生的父程序在啟動結束後就會終止運作，傳統的 unit 服務大多屬於這種項目
- `oneshot`：與 simple 類似，不過這個程序在工作完畢後就結束了，不會常駐在記憶體中
- `dbus`：
- 與 simple 類似，但這個 daemon 必須要在取得一個 D-Bus 的名稱後，才會繼續運作
- 因此設定這個項目時，通常也要設定 `BusName=` 才行
- `idle`：
- 與 simple 類似，必須要所有的工作都順利執行完畢後才會執行這個 daemon
- 目的是避免與其他服務交錯輸出訊息到 console
- 這類的 daemon 通常是開機到最後才執行即可的服務
- 比較重要的項目大概是 simple, forking 與 oneshot，畢竟很多服務需要子程序 (forking)
- 而有更多的動作只需要在開機的時候執行一次(oneshot)，例如檔案系統的檢查與掛載等等
- `EnvironmentFile`
- 可以指定啟動腳本的環境設定檔
- 例如 `sshd.service` 的設定檔寫入到 `/etc/sysconfig/sshd` 當中
- 你也可以使用 `Environment=` 後面接多個不同的 Shell 變數來給予設定！
- `ExecStart`
- 實際執行此 daemon 的指令或腳本程式
- 也可以使用 ExecStartPre (之前) 以及 ExecStartPost (之後) 兩個設定項目來在實際啟動服務前，進行額外的指令行為
- 特別注意的是，指令串僅接受「指令 參數 參數...」的格式，不能接受 <, >, >>, |, & 等特殊字符，很多的 bash 語法也不支援
- 若要支援比較完整的 bash 語法，那得要使用 `Type=oneshot` 才行，其他的 Type 才不能支援這些字符
- `ExecStop`
- 與 systemctl stop 的執行有關，關閉此服務時所進行的指令。
- `ExecReload`
- 與 systemctl reload 有關的指令行為
- `Restart`
- 當設定 Restart=1 時，則當此 daemon 服務終止後，會再次的啟動此服務
- `RemainAfterExit`
- 當設定為 `RemainAfterExit=1` 時（布林），則當這個 daemon 所屬的所有程序都終止之後，此服務仍會被視為 active
- 這對於 `Type=oneshot` 的服務很有幫助
- 預設為 no
- `TimeoutSec`
- 若這個服務在啟動或者是關閉時，因為某些緣故導致無法順利「正常啟動或正常結束」的情況下，則我們要等多久才進入「強制結束」的狀態
- `KillMode`
- 可以是 process, control-group, mixed, none 的其中一種，如果是 process 則 daemon 終止時，只會終止主要的程序 (ExecStart 接的後面那串指令)
- 如果是 control-group 時， 則由此 daemon 所產生的其他 control-group 的程序，也都會被關閉。如果是 none 的話，則沒有程序會被關閉
- `RestartSec`
- 與 Restart 有點相關性，如果這個服務被關閉，然後需要重新啟動時，大概要 sleep 多少時間再重新啟動的意思
- 預設是 100 ms
### Install 設定介紹
- `WantedBy`
- 這個設定後面接的大部分是 `*.target unit`，代表這個 unit 本身是附掛在哪一個 target unit 底下
- 一般來說，大多的服務性質的 unit 都是附掛在 multi-user.target 底下
- `Also`
- 當目前這個 unit 本身被 enable 時，Also 後面接的 unit 也請 enable
- `Alias`
- 當 systemctl enable 相關的服務時，則此服務會進行連結檔的建立
- 以 multi-user.target 為例，這個傢伙是用來作為預設操作環境 default.target 的規劃， 因此當你設定用成 default.target 時，這個 /etc/systemd/system/default.target 就會連結到 /usr/lib/systemd/system/multi-user.target 囉
## 編輯服務設定
```bash
sudo systemctl edit xxxx.service
```
- Systemd 會在 `/etc/systemd/system/` 目錄之下，建立一個服務名稱加上 `.d` 的子目錄
（以這個例子來說就是 xxxx.service.d）
- 然後將新增的設定寫在這個子目錄下的 override.conf 中，之後 Systemd 在載入服務設定檔時，就會自動優先採用此處的設定
如果想要直接編輯完整的設定檔，可以加上 --full 參數：
```bash
sudo systemctl edit --full xxxx.service
```
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