Linux初始化系统

想要设置开发板的某程序开机时自启动，有多种方式，本质上是使用了Linux的初始化系统（在linux内核启动后期会尝试加载用户空间的init程序，init程序是由内核启动的第一个用户空间程序（PID为1），该程序负责启动用户空间的服务和程序），init程序由初始化系统提供：

可以通过以下方法查看系统的init进程到底是谁：

法1：

image-20250818145324336

image-20250818092207319

法2：pstree -p

Busybox

BusyBox 是一个高度集成的嵌入式Linux工具集，它既是一个轻量级初始化系统，也是一个精简版的Unix命令集合。它的核心设计目标是用最小的空间提供完整的Linux系统功能

BusyBox 提供了一个简化的init程序，用于替代传统的 SysVinit或 systemd，它的init程序有2种实现形式：

(1) 传统 SysVinit 风格

  • 配置文件：/etc/inittab

  • 启动流程：

    1. 内核启动后执行 /sbin/init（通常是 BusyBox 的符号链接）
    2. BusyBox 读取 /etc/inittab，定义运行级别和启动脚本
    3. 执行 /etc/init.d/中的脚本（如 rcS、rc.local）

    示例 /etc/inittab：

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    ::sysinit:/etc/init.d/rcS
    ::askfirst:/bin/sh
    ::ctrlaltdel:/sbin/reboot
    ::shutdown:/sbin/swapoff -a

(2) 简化的 BusyBox init

  • 如果没有 /etc/inittab，BusyBox 会执行默认行为：
  • 挂载 /proc和 /sys
  • 运行 /etc/init.d/rcS（如果存在）
  • 启动一个登录 shell（如 /bin/sh）

System V Init

利用Linux的System V Init机制，它主要依靠内核启动的第一个用户进程initd来运行一些脚本来实现

  1. 内核启动后运行 /sbin/init

  2. init 读取 /etc/inittab 确定默认运行级别

    • SystemV给出7个运行级别，分别对应rc0.d~rc6.d目录image-20250723214655397
    • 并且还有个rcS.d目录，它在所有运行级别之前运行

  3. 执行相应运行级别的rc脚本（如 /etc/rc.d/rcX.d）

  4. rcX.d脚本按顺序执行该目录下的服务脚本链接

用该方法的好处主要是可以控制各个脚本的启动顺序

具体操作：

  • 在 /etc/init.d/ 目录下添加自启动脚本

Linux 开机的时候，会加载运行 /etc/init.d 目录下的程序，因此我们可以把想要自动运行的脚本放到这个目录下即可。系统服务的启动就是通过这种方式实现的

  • 添加完后务必设置文件的可执行权限
  • 脚本必须以S或者K开头，比如：S01syslogd 、S02klogd 、S02sysctl 、S40network，S代表启动、K代表关机，这些脚本按数字升序依次执行

缺点

  • 启动时间长。init进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程
  • 启动脚本复杂。init进程只是执行启动脚本，不管其他事情。脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长

参考链接

systemd

定义

  • systemd 是现代Linux系统的初始化系统与系统管理守护进程
  • 它在 Linux 内核启动完成之后，作为第一个用户态进程（PID 1）运行，负责启动和管理系统中的所有其他进程。
  • 它不仅仅是一个 init 程序，还包括一系列工具和守护进程，用于：
    • 启动服务（Service Management）
    • 依赖管理和并行化启动
    • 日志管理（journalctl）
    • 设备管理（udev 集成）
    • 挂载点和自动挂载管理
    • 定时任务（timer）替代 cron

几乎所有主流 Linux 发行版（Fedora、Red Hat、Debian、Ubuntu、Arch Linux 等）都已经采用 systemd 作为默认 init 系统

切换到systemd后，可能会保留SystemV初始化系统的一些文件，比如/etc/init.d之类的，里面的文件不会直接起作用，而会被systemd转成适用于它的单元文件，再起作用。之所以这样做是为了兼容一些软件（它们在安装时使用了SystemV来进行自启动）

设计目标

  1. 更快的启动速度
    • 使用依赖关系树和并行化启动（不像 SysVinit 顺序执行脚本）
    • 利用 socket 激活（服务按需启动）
  2. 统一管理接口
    • 所有服务、挂载点、套接字、设备等都被抽象为 unit，统一管理
  3. 增强可靠性
    • 服务崩溃时自动重启
    • 使用 cgroup 控制服务进程，防止“孤儿进程”
  4. 模块化和扩展性
    • 提供 systemctl、journalctl 等工具
    • 替代部分传统组件（cron、inetd、syslog）

核心概念

Unit（单元）

  • systemd 中所有受管对象都叫 unit，以配置文件描述，文件放在：
    • /etc/systemd/system/
    • /run/systemd/system/
    • /lib/systemd/system/
  • unit文件的类型包括：
    • service：守护进程或一次性任务（如 nginx.service）
    • socket：套接字（systemd 可通过 socket 激活启动服务）
    • device：内核设备（udev 管理）
    • mount/automount：挂载点与自动挂载
    • target：服务组（类似于 SysV 的运行级别 runlevel），可以看成同步点
    • timer：定时器（替代 cron）
    • slice：资源控制分组（基于 cgroup）
    • scope：非 systemd 启动的外部进程组

配置文件（Unit 文件）

以 .service 为例：

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[Unit]
Description=My Example Service
After=network.target # 指定启动顺序，该服务必须在network.target中所有服务启动完毕后启动

[Service]
ExecStart=/usr/bin/my_service
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target # 指定该服务被enable时，应该挂到哪个target下
  • [Unit]：描述、依赖关系
  • [Service]：如何启动、停止、重启
  • [Install]：该服务被挂到哪些 target 下启用（即开机自启设置）

Target（服务组）

  • 类似 SysV 的运行级别 (runlevel)
  • 它本身不执行命令，而是作为一个「分组」和「同步点」：
    • 分组作用：把一堆服务组织在一起，统一管理（像运行级别 runlevel）
    • 同步作用：让 systemd 知道某个阶段达成了，可以继续下一个阶段（类似「里程碑」）
  • 常见 target：
    • graphical.target → 图形界面模式
    • multi-user.target → 多用户命令行模式
    • rescue.target → 单用户维护模式
    • default.target → 系统默认启动级别（一般指向上面某个 target）

当 systemd 启动时，它会：

  1. 看到默认目标假如是 multi-user.target
  2. 查找 multi-user.target 依赖的所有target和service
  3. 并行启动它依赖的target，然后再启动它自己的service

Journal（日志系统）

  • systemd-journald 负责日志收集。

  • 统一收集：

    • 内核日志
    • init 输出
    • 服务标准输出/错误输出
    • syslog

  • 使用 journalctl 查看：

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    journalctl -u ssh.service       # 查看 ssh 服务日志
    journalctl -b                   # 查看本次启动日志
    journalctl -f                   # 实时日志（类似 tail -f）

systemd 的运行流程

  1. Linux 内核启动完成后，执行 systemd 作为 PID 1
  2. 读取默认目标（default.target），加载对应的 unit
  3. 解析 unit 之间的依赖关系，尽可能并行地启动服务
  4. 启动过程中会进行 socket/device/mount 等激活
  5. 最终进入目标运行级别（如 multi-user.target 或 graphical.target）

systemd 常用命令

服务管理

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systemctl start nginx.service       # 启动服务
systemctl stop nginx.service        # 停止服务
systemctl restart nginx.service     # 重启服务
systemctl status nginx.service      # 查看服务状态

开机自启

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systemctl enable nginx.service      # 设置开机自启
systemctl disable nginx.service     # 禁止开机自启
systemctl is-enabled nginx.service  # 检查是否开机自启

Target 管理

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systemctl isolate multi-user.target # 切换到多用户模式
systemctl set-default graphical.target # 设置默认 target

查看信息

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systemctl list-units --type=service    # 查看所有已加载的服务
systemctl list-unit-files              # 查看所有 unit 文件

使用systemd创建一个开机自启动的服务的流程是什么？

1.准备好要启动的进程

2.创建一个unit文件，比如xxx.service，并写好内容

3.通过sudo systemctl daemon-reload刷新一下unit文件

4.systemctl start xxx.service，systemctl status xxx.service启动服务并查看其状态是否正常

5.systemctl enable xxx.service设置开机自启动