Linux初始化init系统

近年来，​​Linux​​​ 系统的 ​​init​​​ 进程经历了两次重大的演进，传统的 ​​sysvinit​​​ 已经淡出历史舞台，新的 ​​init​​​ 系统 ​​UpStart​​​ 和 ​​systemd​​​ 各有特点，而越来越多的 ​​Linux​​​ 发行版采纳了 ​​systemd​​​。本文简要介绍了这三种 ​​init​​​ 系统的使用和原理，每个 ​​Linux​​ 系统管理员和系统软件开发者都应该了解它们，以便更好地管理系统和开发应用。

Linux初始化init系统

1. init 系统简单介绍

Linux 操作系统的启动首先从 ​​​BIOS​​​ 开始，接下来进入 ​​​boot loader​​​，由 ​​​bootloader​​​ 载入内核，进行内核初始化。内核初始化的最后一步就是启动 ​​​pid​​​ 为 ​​​1​​​ 的 ​​​init​​​ 进程，这个进程是系统的第一个进程，它负责产生其他所有用户进程。

init 的一些特点

• ​​init​​ 以守护进程方式存在，是所有其他进程的祖先。​​init​​ 进程非常独特，能够完成其他进程无法完成的任务。
• ​​init​​系统能够定义、管理和控制​​init​​ 进程的行为。它负责组织和运行许多独立的或相关的始化工作(因此被称为​​init​​ 系统)，从而让计算机系统进入某种用户预订的运行模式。
• 仅仅将内核运行起来是毫无实际用途的，必须由​​init​​ 系统将系统代入可操作状态。比如启动外壳​​shell​​ 后，便有了人机交互，这样就可以让计算机执行一些预订程序完成有实际意义的任务。

init 的历史及发展

• 大多数​​Linux​​ 发行版的​​init​​ 系统是和​​System V​​ 相兼容的，被称为​​sysvinit​​。这是人们最熟悉的​​init​​ 系统。一些发行版如 Slackware 采用的是 BSD 风格 Init 系统，这种风格使用较少，本文不再涉及。其他的发行版如 Gentoo 是自己定制的。Ubuntu 和 RHEL 采用​​upstart​​ 替代了传统的 sysvinit。而 Fedora 从版本 15 开始使用了一个被称为​​systemd​​ 的新 init 系统。
• 在 Linux 主要应用于​​服务器​​和​​PC​​ 机的时代，SysVinit 运行非常良好，概念简单清晰。它主要依赖于 Shell 脚本，这就决定了它的最大弱点：启动太慢。在很少重新启动的 Server 上，这个缺点并不重要。而当 Linux 被应用到移动终端设备的时候，启动慢就成了一个大问题。为了更快地启动，人们开始改进 sysvinit，先后出现了​​upstart​​ 和​​systemd​​ 这两个主要的新一代 init 系统。Upstart 已经开发了 8 年多，在不少系统中已经替换 sysvinit。​​Systemd​​ 出现较晚，但发展更快，大有取代 upstart 的趋势。

2. sysvinit 的特点和使用

​​sysvinit​​ 就是 ​​system V​​ 风格的 init 系统，顾名思义，它源于 System V 系列 UNIX。它提供了比 ​​BSD​​ 风格 init 系统更高的灵活性。是已经风行了几十年的 ​​UNIX init​​ 系统，一直被各类 Linux 发行版所采用。

2.1 sysvinit 运行级别

• Sysvinit 用术语​​runlevel​​ 来定义预订的运行模式
• Sysvinit 检查​​/etc/inittab​​ 文件中是否含有​​initdefault​​ 项
• 这告诉​​init​​ 系统是否有一个默认运行模式，如果没有默认的运行模式，那么用户将进入系统控制台，手动决定进入何种运行模式

cat /etc/inittab
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
id:3:initdefault:

2.2 sysvinit 运行顺序

Sysvinit 巧妙地用脚本、文件命名规则和软链接来实现不同的 runlevel 级别。

第一步

• 首先，​​sysvinit​​ 需要读取​​/etc/inittab​​ 文件
• 分析这个文件的内容，它获得以下一些配置信息
• 系统需要进入的​​runlevel​​
• 捕获组合键的定义
• 定义电源​​fail/restore​​ 脚本
• 启动​​getty​​ 和​​虚拟控制台​​

第二步

• 得到配置信息后，​​sysvinit​​ 顺序地执行以下这些步骤，从而将系统初始化为预订的​​runlevel X​​
• ​​/etc/rc.d/rc.sysinit​​
• ​​/etc/rc.d/rc​​ 和​​/etc/rc.d/rcX.d/​​ (X 代表运行级别 0-6)
• ​​/etc/rc.d/rc.local​​
• ​​X Display Manager​​（如果需要的话）

执行第二步解析 - ​​/etc/rc.d/rc.sysinit​​

• 首先，运行​​rc.sysinit​​ 以便执行一些重要的系统初始化任务
• 在 RedHat 公司的 RHEL5 中(RHEL6 已经使用​​upstart​​ 了)，​​rc.sysinit​​ 主要完成以下这些工作
• 激活​​udev​​ 和​​selinux​​
• 设置定义在​​/etc/sysctl.conf​​ 中的内核参数
• 设置​​系统时钟​​
• 加载​​keymaps​​
• 使能​​交换分区​​
• 设置主机名(​​hostname​​)
• 根​​分区检查​​和​​remount​​
• 激活​​RAID​​ 和​​LVM​​ 设备
• 开启​​磁盘配额​​
• 检查并挂载所有​​文件系统​​
• 清除过期的​​locks​​ 和​​PID​​ 文件

​​/etc/rc.d/rc​​​ 和​​​/etc/rc.d/rcX.d/​​​

• 完成了以上这些工作之后，​​sysvinit​​ 开始运行​​/etc/rc.d/rc​​ 脚本
• 根据不同的​​runlevel​​，​​rc 脚本​​将打开对应该​​runlevel​​ 的​​rcX.d​​ 目录(​​X​​ 就是​​runlevel​​)，找到并运行存放在该目录下的所有启动脚本
• 每个​​runlevel X​​ 都有一个这样的目录，目录名为​​/etc/rc.d/rcX.d​​
• 在​​/etc/rc.d/rcX.d​​存放着很多不同的脚本
• 文件名以​​S​​ 开头的脚本就是启动时应该运行的脚本，​​S​​ 后面跟的数字定义了这些脚本的执行顺序
• 文件名以​​K​​ 开头的脚本就是启动时应该关闭的脚本，​​K​​ 后面跟的数字定义了这些脚本的执行顺序
• 在​​/etc/rc.d/rcX.d​​ 目录下的脚本其实都是一些软链接文件，真实的脚本文件存放在​​/etc/init.d​​ 目录下

# ll /etc/rc5.d/
lrwxrwxrwx 1 root root 16 Sep  4  2008 K02dhcdbd -> ../init.d/dhcdbd
....(中间省略)....
lrwxrwxrwx 1 root root 14 Sep  4  2008 K91capi -> ../init.d/capi
lrwxrwxrwx 1 root root 23 Sep  4  2008 S00microcode_ctl -> ../init.d/microcode_ctl
lrwxrwxrwx 1 root root 22 Sep  4  2008 S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
....(中间省略)....
lrwxrwxrwx 1 root root 17 Sep  4  2008 S10network -> ../init.d/network
....(中间省略)....
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Sep  4  2008 S99local -> ../rc.local
lrwxrwxrwx 1 root root 16 Sep  4  2008 S99smartd -> ../init.d/smartd
....(底下省略)....

​​/etc/rc.d/rc.local​​

• 当所有的初始化脚本执行完毕，​​sysvinit​​ 运行​​/etc/rc.d/rc.local​​ 脚本
• ​​rc.local​​ 是​​Linux​​ 留给用户进行个性化设置的地方
• 可以把自己私人想设置和启动的东西放到这里，一台​​Linux Server​​ 的用户一般不止一个，所以才有这样的考虑

2.3 sysvinit 系统关闭

​​Sysvinit​​ 不仅需要负责初始化系统，还需要负责关闭系统。在系统关闭时，为了保证数据的一致性，需要小心地按顺序进行结束和清理工作。

比如应该先停止对文件系统有读写操作的服务，然后再 ​​umount​​ 文件系统。否则数据就会丢失。

这种顺序的控制这也是依靠 ​​/etc/rc.d/rcX.d/​​ 目录下所有脚本的命名规则来控制的，在该目录下所有以 ​​K​​ 开头的脚本都将在关闭系统时调用，字母 ​​K​​ 之后的数字定义了它们的执行顺序。

这些脚本负责安全地停止服务或者其他的关闭工作。

2.4 sysvinit 管理控制

此外，在系统启动之后，管理员还需要对已经启动的进程进行管理和控制。原始的 ​​sysvinit​​ 软件包包含了一系列的控制启动，运行和关闭所有其他程序的工具。

• ​halt​

• 停止系统

• ​init​

• 这个就是​​sysvinit​​ 本身的​​init​​ 进程实体，以​​pid1​​ 身份运行，是所有用户进程的父进程，最主要的作用是在启动过程中使用​​/etc/inittab​​ 文件创建进程

• ​killall5​

• 就是​​SystemV​​ 的​​killall​​ 命令，向除自己的会话(session)进程之外的其它进程发出信号，所以不能杀死当前使用的​​shell​​

• ​last​

• 回溯​​/var/log/wtmp​​ 文件(或者​​-f​​ 选项指定的文件)，显示自从这个文件建立以来，所有用户的登录情况

• ​lastb​

• 作用和​​last​​ 差不多，默认情况下使用​​/var/log/btmp​​ 文件，显示所有失败登录企图

• ​mesg​

• 控制其它用户对用户终端的访问

• ​pidof​

• 找出程序的进程识别号(​​pid​​)，输出到标准输出设备

• ​poweroff​

• 等于​​shutdown -h –p​​，或者​​telinit 0​​，关闭系统并切断电源

• ​reboot​

• 等于​​shutdown –r​​ 或者​​telinit 6​​，重启系统

• ​runlevel​

• 读取系统的登录记录文件(一般是​​/var/run/utmp​​)把以前和当前的系统运行级输出到标准输出设备

• ​shutdown​

• 以一种安全的方式终止系统，所有正在登录的用户都会收到系统将要终止通知，并且不准新的登录

• ​sulogin​

• 当系统进入单用户模式时，被​​init​​ 调用，当接收到启动加载程序传递的​​-b​​ 选项时，​​init​​ 也会调用​​sulogin​​

• ​telinit​

• 实际是​​init​​ 的一个连接，用来向​​init​​ 传送单字符参数和信号

• ​utmpdump​

• 以一种用户友好的格式向标准输出设备显示​​/var/run/utmp​​ 文件的内容

• ​wall​

• 向所有有信息权限的登录用户发送消息

不同的 Linux 发行版在这些 ​​sysvinit​​ 的基本工具基础上又开发了一些辅助工具用来简化 ​​init​​ 系统的管理工作。比如 RedHat 的 RHEL 在 sysvinit 的基础上开发了 ​​initscripts​​ 软件包，包含了大量的启动脚本 (如 ​​rc.sysinit​​) ，还提供了 ​​service​​，​​chkconfig​​ 等命令行工具，甚至一套图形化界面来管理 init 系统。其他的 Linux 发行版也有各自的 ​​initscript​​ 或其他名字的 ​​init​​ 软件包来简化 ​​sysvinit​​ 的管理。

只要您理解了 ​​sysvinit​​ 的机制，在一个最简的仅有 ​​sysvinit​​ 的系统下，您也可以直接调用脚本启动和停止服务，手动创建 ​​inittab​​ 和创建软连接来完成这些任务。因此理解 ​​sysvinit​​ 的基本原理和命令是最重要的。您甚至也可以开发自己的一套管理工具。

2.5 sysvinit 小结

sysvinit 的优点是概念简单

• ​​Service​​ 开发人员只需要编写启动和停止脚本，概念非常清楚
• 将​​service​​ 添加/删除到某个​​runlevel​​ 时，只需要执行一些创建/删除软连接文件的基本操作
• 这些都不需要学习额外的知识或特殊的定义语法(​​UpStart​​ 和​​Systemd​​ 都需要用户学习新的定义系统初始化行为的语言)
• ​​sysvinit​​ 的另一个重要优点是确定的执行顺序
• 脚本严格按照启动数字的大小顺序执行，一个执行完毕再执行下一个，这非常有益于错误排查
• ​​UpStart​​ 和​​systemd​​ 支持并发启动，导致没有人可以确定地了解具体的启动顺序，排错不易
• 但是串行地执行脚本导致​​sysvinit​​ 运行效率较慢，在新的​​IT​​ 环境下，启动快慢成为一个重要问题
• 此外动态设备加载等​​Linux​​ 新特性也暴露出​​sysvinit​​ 设计的一些问题
• 针对这些问题，人们开始想办法改进​​sysvinit​​，以便加快启动时间，并解决​​sysvinit​​ 自身的设计问题

3. UpStart 的特点和使用

假如您使用的 Linux 发行版是 ​​​Ubuntu​​​，很可能会发现在您的计算机上找不到​​​/etc/inittab​​​ 文件了，这是因为 Ubuntu 使用了一种被称为 ​​​upstart​​​ 的新型 ​​​init​​​ 系统。

3.1 Upstart 简介

开发​​​Upstart​​的缘由

• 在​​2.6​​ 内核支持下，一旦新外设连接到系统，内核便可以自动实时地发现它们，并初始化这些设备，进而使用它们。这为便携式设备用户提供了很大的灵活性。
• 可是这些特性为​​sysvinit​​ 带来了一些挑战。当系统初始化时，需要被初始化的设备并没有连接到系统上；比如打印机。为了管理打印任务，系统需要启动​​CUPS​​ 等服务，而如果打印机没有接入系统的情况下，启动这些服务就是一种浪费。​​Sysvinit​​ 没有办法处理这类需求，它必须一次性把所有可能用到的服务都启动起来，即使打印机并没有连接到系统，​​CUPS​​ 服务也必须启动。
• 还有网络共享盘的挂载问题。在​​/etc/fstab​​ 中，可以指定系统自动挂载一个网络盘，比如​​NFS​​，或者​​iSCSI​​ 设备。在本文的第一部分​​sysvinit​​ 的简介中可以看到，​​sysvinit​​ 分析​​/etc/fstab​​ 挂载文件系统这个步骤是在网络启动之前。可是如果网络没有启动，​​NFS​​ 或者​​iSCSI​​ 都不可访问，当然也无法进行挂载操作。​​Sysvinit​​ 采用​​netdev​​ 的方式来解决这个问题，即​​/etc/fstab​​ 发现​​netdev​​ 属性挂载点的时候，不尝试挂载它，在网络初始化并使能之后，还有一个专门的​​netfs​​ 服务来挂载所有这些网络盘。这是一个不得已的补救方法，给管理员带来不便。部分新手管理员甚至从来也没有听说过​​netdev​​ 选项，因此经常成为系统管理的一个陷阱。
• 针对以上种种情况，​​Ubuntu​​ 开发人员在评估了当时的几个可选​​init​​ 系统之后，决定重新设计和开发一个全新的​​init​​ 系统，即​​UpStart​​。​​UpStart​​ 基于事件机制，比如​​U 盘​​插入​​USB​​ 接口后，​​udev​​ 得到内核通知，发现该设备，这就是一个新的事件。​​UpStart​​ 在感知到该事件之后触发相应的等待任务，比如处理​​/etc/fstab​​ 中存在的挂载点。采用这种事件驱动的模式，​​upstart​​ 完美地解决了即插即用设备带来的新问题。
• 此外，采用事件驱动机制也带来了一些其它有益的变化，比如加快了系统启动时间。​​sysvinit​​ 运行时是同步阻塞的。一个脚本运行的时候，后续脚本必须等待。这意味着所有的初始化步骤都是串行执行的，而实际上很多服务彼此并不相关，完全可以并行启动，从而减小系统的启动时间。在​​Linux​​ 大量应用于服务器的时代，系统启动时间也许还不那么重要；然而对于桌面系统和便携式设备，启动时间的长短对用户体验影响很大。此外云计算等新的​​Server​​ 端技术也往往需要单个设备可以更加快速地启动。

使用​​​Upstart​​ 的特点

​​UpStart​​ 解决了之前提到的 sysvinit 的缺点。采用事件驱动模型，UpStart 可以：

• 更快地启动系统
• 当新硬件被发现时动态启动服务
• 硬件被拔除时动态停止服务

3.2 Upstart 概念和术语

​​Upstart​​ 的基本概念和设计清晰明确。UpStart 主要的概念是  ​​job​​  和  **​​event​​**。

• ​​Job​​ 就是一个工作单元，用来完成一件工作，比如启动一个后台服务，或者运行一个配置命令。
• 每个​​Job​​ 都等待一个或多个​​事件​​，一旦事件发生，​​upstart​​ 就触发该​​job​​ 完成相应的工作。

3.2.1 Job 介绍

​​Job​​ 就是一个工作的单元，一个任务或者一个服务。可以理解为 ​​sysvinit​​ 中的一个服务脚本

有三种类型的工作

• ​​task job​​

• ​​task job​​ 代表在一定时间内会执行完毕的任务，比如删除一个文件

• ​​service job​​

• ​​service job​​ 代表后台服务进程，比如​​apache httpd​​
• 这里进程一般不会退出，一旦开始运行就成为一个后台精灵进程，由​​init​​ 进程管理，如果这类进程退出，由​​init​​ 进程重新启动，它们只能由​​init​​ 进程发送信号停止
• 它们的停止一般也是由于所依赖的停止事件而触发的，不过​​upstart​​ 也提供命令行工具，让管理人员手动停止某个服务

• ​​abstract job​​

• ​​abstract job​​ 仅由​​upstart​​ 内部使用，仅对理解 upstart 内部机理有所帮助。我们不用关心它。
• 除了以上的分类之外，还有另一种工作（Job）分类方法。Upstart 不仅可以用来为整个系统的初始化服务，也可以为每个用户会话（session）的初始化服务。系统的初始化任务就叫做​​system job​​，比如挂载文件系统的任务就是一个 system job；用户会话的初始化服务就叫做​​session job​​。

3.2.2 Job 生命周期

​​Upstart​​ 为每个工作都维护一个生命周期。一般来说，工作有开始，运行和结束这几种状态。为了更精细地描述工作的变化，Upstart 还引入了一些其它的状态。

比如开始就有开始之前(​​pre-start​​)，即将开始(​​starting​​)和已经开始了(​​started​​)几种不同的状态，这样可以更加精确地描述工作的当前状态。

工作从某种初始状态开始，逐渐变化，或许要经历其它几种不同的状态，最终进入另外一种状态，形成一个状态机。在这个过程中，当工作的状态即将发生变化的时候，​​init​​ 进程会发出相应的事件（​​event​​）。

Linux初始化init系统

Linux初始化init系统

其中有四个状态会引起 ​​init​​ 进程发送相应的事件，表明该工作的相应变化：

• ​​Starting​​
• ​​Started​​
• ​​Stopping​​
• ​​Stopped​​

3.2.3 事件 Event

顾名思义，​​Event​​ 就是一个事件。事件在 upstart 中以通知消息的形式具体存在。一旦某个事件发生了，​​Upstart​​ 就向整个系统发送一个消息。没有任何手段阻止事件消息被 upstart 的其它部分知晓，也就是说，事件一旦发生，整个 ​​upstart​​ 系统中所有工作和其它的事件都会得到通知。

Event 可以分为三类: signal，methods 或者 hooks

• ​​Signals​​
• ​​Signal​​ 事件是非阻塞的，异步的，发送一个信号之后控制权立即返回
• ​​Methods​​
• ​​Methods​​ 事件是阻塞的，同步的
• ​​Hooks​​
• ​​Hooks​​ 事件是阻塞的，同步的，它介于 Signals 和 Methods 之间，调用发出 Hooks 事件的进程必须等待事件完成才可以得到控制权，但不检查事件是否成功

事件是个非常抽象的概念

下面我罗列出一些常见的事件，希望可以帮助您进一步了解事件的含义：

• 系统上电启动，init 进程会发送”start”事件
• 根文件系统可写时，相应 job 会发送文件系统就绪的事件
• 一个块设备被发现并初始化完成，发送相应的事件
• 某个文件系统被挂载，发送相应的事件
• 类似 atd 和 cron，可以在某个时间点，或者周期的时间点发送事件
• 另外一个 job 开始或结束时，发送相应的事件
• 一个磁盘文件被修改时，可以发出相应的事件
• 一个网络设备被发现时，可以发出相应的事件
• 缺省路由被添加或删除时，可以发出相应的事件

3.2.4 Job 和 Event 的相互协作

​​Upstart​​ 就是由事件触发工作运行的一个系统，每一个程序的运行都由其依赖的事件发生而触发的。

系统初始化的过程是在工作和事件的相互协作下完成的，可以大致描述如下：

• 系统初始化时，init 进程开始运行，init 进程自身会发出不同的事件，这些最初的事件会触发一些工作运行。
• 每个工作运行过程中会释放不同的事件，这些事件又将触发新的工作运行。
• 如此反复，直到整个系统正常运行起来。

工作配置文件

任何一个工作都是由一个工作配置文件（​​Job Configuration File​​）定义的。这个文件是一个文本文件，包含一个或者多个小节（​​stanza​​）。每个小节是一个完整的定义模块，定义了工作的一个方面，比如 author 小节定义了工作的作者。工作配置文件存放在​​/etc/init​​ 下面，是以​​.conf​​ 作为文件后缀的文件。

# 一个最简单的工作配置文件
#This is a simple demo of Job Configure file
#This line is comment, start with #

#Stanza 1, The author
author “Liu Ming”

#Stanza 2, Description
description “This job only has author and description, so no use, just a demo”

上面的例子不会产生任何作用，一个真正的工作配置文件会包含很多小节，其中比较重要的小节有以下几个。

​​expect​​ Stanza
Upstart 除了负责系统的启动过程之外，和 SysVinit 一样，Upstart 还提供一系列的管理工具。当系统启动之后，管理员可能还需要进行维护和调整，比如启动或者停止某项系统服务。或者将系统切换到其它的工作状态，比如改变运行级别。本文后续将详细介绍  ​​Upstart​​ 的管理工具的使用。

为了启动，停止，重启和查询某个系统服务。Upstart 需要跟踪该服务所对应的进程。比如 ​​httpd​​ 服务的进程 PID 为 1000。当用户需要查询 httpd 服务是否正常运行时，Upstart 就可以利用 ps 命令查询进程 1000，假如它还在正常运行，则表明服务正常。当用户需要停止 httpd 服务时，Upstart 就使用 ​​kill​​ 命令终止该进程。为此，**​​Upstart​​ 必须跟踪服务进程的进程号**。

部分服务进程为了将自己变成后台精灵进程(​​daemon​​)，会采用两次派生(​​fork​​)的技术，另外一些服务则不会这样做。假如一个服务派生了两次，那么 UpStart 必须采用第二个派生出来的进程号作为服务的 PID。但是，UpStart 本身无法判断服务进程是否会派生两次，为此在定义该服务的工作配置文件中必须写明 ​​expect​​ 小节，告诉 UpStart 进程是否会派生两次。

​​Expect​​  有两种，​​expect fork​​表示进程只会  ​​fork​​ 一次；​​expect daemonize​​表示进程会  ​​fork​​ 两次。

exec Stanza 和 script Stanza

一个 UpStart 工作一定需要做些什么，可能是运行一条 shell 命令，或者运行一段脚本。用”​​exec​​“关键字配置工作需要运行的命令；用”​​script​​“关键字定义需要运行的脚本。

# 显示了 exec 和 script 的用法
# script 例子

# mountall.conf
description “Mount filesystems on boot”
start on startup
stop on starting rcS
...
script
  . /etc/default/rcS
  [ -f /forcefsck ] && force_fsck=”--force-fsck”
  [ “$FSCKFIX”=”yes” ] && fsck_fix=”--fsck-fix”
  ...
  exec mountall –daemon $force_fsck $fsck_fix
end script
...

这是 ​​mountall​​ 的例子，该工作在系统启动时运行，负责挂载所有的文件系统。该工作需要执行复杂的脚本，由”​​script​​“关键字定义；在脚本中，使用了 ​​exec​​ 来执行 ​​mountall​​ 命令。

`start on Stanza 和 stop on Stanza

“​​start on​​“定义了触发工作的所有事件。”start on”的语法很简单，如下所示：

• ​​start on EVENT [[KEY=]VALUE]... [and|or...]​​

​​EVENT​​ 表示事件的名字，可以在 start on 中指定多个事件，表示该工作的开始需要依赖多个事件发生。多个事件之间可以用 and 或者 or 组合，”表示全部都必须发生”或者”其中之一发生即可”等不同的依赖条件。除了事件发生之外，工作的启动还可以依赖特定的条件，因此在 start on 的 EVENT 之后，可以用 KEY=VALUE 来表示额外的条件，一般是某个环境变量(KEY)和特定值(VALUE)进行比较。如果只有一个变量，或者变量的顺序已知，则 KEY 可以省略。

“stop on”和”start on”非常类似，只不过是定义工作在什么情况下需要停止。

# start on/ stop on 例子

#dbus.conf
description     “D-Bus system message bus”

start on local-filesystems
stop on deconfiguring-networking
......

​​D-Bus​​ 是一个系统消息服务，上面的配置文件表明当系统发出 ​​local-filesystems​​ 事件时启动 D-Bus；当系统发出 ​​deconfiguring-networking​​ 事件时，停止 D-Bus 服务。

​​Session Init​​

​​UpStart​​ 还可以用于管理用户会话的初始化。在我写这篇文章的今天，多数 Linux 发行版还没有使用 UpStart 管理会话。只有在 ​​Ubuntu Raring​​ 版本中，使用 UpStart 管理用户会话的初始化过程。

首先让我们了解一下 ​​Session​​ 的概念。​​Session​​ 就是一个用户会话，即用户从远程或者本地登入系统开始工作，直到用户退出。这整个过程就构成一个会话。

每个用户的使用习惯和使用方法都不相同，因此用户往往需要为自己的会话做一个定制，比如添加特定的命令别名，启动特殊的应用程序或者服务，等等。这些工作都属于对特定会话的初始化操作，因此可以被称为 ​​Session Init​​。

用户使用 ​​Linux​​ 可以有两种模式：字符模式和图形界面。在字符模式下，会话初始化相对简单。用户登录后只能启动一个 ​​Shell​​，通过 shell 命令使用系统。各种 shell 程序都支持一个自动运行的启动脚本，比如​​~/.bashrc​​。用户在这些脚本中加入需要运行的定制化命令。字符会话需求简单，因此这种现有的机制工作的很好。

在图形界面下，事情就变得复杂一些。用户登录后看到的并不是一个 shell 提示符，而是一个桌面。一个完整的桌面环境由很多组件组成。

一个桌面环境包括 ​​window manager​​，​​panel​​ 以及其它一些定义在​​/usr/share/gnome-session/sessions/​​下面的基本组件；此外还有一些辅助的应用程序，共同帮助构成一个完整的方便的桌面，比如 ​​system monitors​​，​​panel applets​​，​​NetworkManager​​，​​Bluetooth​​，​​printers​​ 等。当用户登录之后，这些组件都需要被初始化，这个过程比字符界面要复杂的多。目前启动各种图形组件和应用的工作由 ​​gnome-session​​ 完成。

过程如下

以 Ubuntu 为例，当用户登录 Ubuntu 图形界面后，显示管理器(Display Manager)​​lightDM​​ 启动 ​​Xsession​​。Xsession 接着启动 ​​gnome-session​​，gnome-session 负责其它的初始化工作，然后就开始了一个 ​​desktop session​​。

# 传统 desktop session 启动过程
init
 |- lightdm
 |   |- Xorg
 |   |- lightdm ---session-child
 |        |- gnome-session --session=ubuntu
 |             |- compiz
 |             |- gwibber
 |             |- nautilus
 |             |- nm-applet
 |             :
 |             :
 |
 |- dbus-daemon --session
 |
 :
 :

这个过程有一些缺点（和 ​​sysVInit​​ 类似）。一些应用和组件其实并不需要在会话初始化过程中启动，更好的选择是在需要它们的时候才启动。比如 ​​update-notifier​​ 服务，该服务不停地监测几个文件系统路径，一旦这些路径上发现可以更新的软件包，就提醒用户。这些文件系统路径包括新插入的 ​​DVD​​ 盘等。​​Update-notifier​​ 由 ​​gnome-session​​ 启动并一直运行着，在多数情况下，用户并不会插入新的 ​​DVD​​，此时 ​​update-notifier​​ 服务一直在后台运行并消耗系统资源。更好的模式是当用户插入 DVD 的时候再运行 ​​update-notifier​​。这样可以加快启动时间，减小系统运行过程中的内存等系统资源的开销。对于移动，嵌入式等设备等这还意味着省电。除了 ​​Update-notifier​​ 服务之外，还有其它一些类似的服务。比如 ​​Network Manager​​，一天之内用户很少切换网络设备，所以大部分时间 ​​Network Manager​​ 服务仅仅是在浪费系统资源；再比如 ​​backup manager​​ 等其它常驻内存，后台不间断运行却很少真正被使用的服务。

用 ​​UpStart​​ 的基于事件的按需启动的模式就可以很好地解决这些问题，比如用户插入网线的时候才启动 ​​Network Manager​​，因为用户插入网线表明需要使用网络，这可以被称为按需启动。

下图描述了采用 ​​UpStart​​ 之后的会话初始化过程。

# 采用 Upstart 的 Desktop session init 过程
init
 |- lightdm
 |   |- Xorg
 |   |- lightdm ---session-child
 |        |- session-init # <-- upstart running as normal user
 |             |- dbus-daemon --session
 |             |- gnome-session --session=ubuntu
 |             |- compiz
 |             |- gwibber
 |             |- nautilus
 |             |- nm-applet
 |             :
 |             :
 :
 :

3.3 UpStart 使用

本文仅列出了少数工作配置文件的语法。要全面掌握工作配置文件的写法，需要详细阅读 ​​Upstart​​ 的手册。这里让我们来分析一下如何用 ​​Upstart​​ 来实现传统的运行级别，进而了解如何灵活使用工作配置文件。

3.3.1 系统运行级别

Upstart 的运作完全是基于工作和事件的。工作的状态变化和运行会引起事件，进而触发其它工作和事件。

而传统的 Linux 系统初始化是基于运行级别的，即 SysVInit。因为历史的原因，Linux 上的多数软件还是采用传统的 SysVInit 脚本启动方式，并没有为 UpStart 开发新的启动脚本，因此即便在 Debian 和 Ubuntu 系统上，还是必须模拟老的 SysVInit 的运行级别模式，以便和多数现有软件兼容。

虽然 Upstart 本身并没有运行级别的概念，但完全可以用 UpStart 的工作模拟出来。让我们完整地考察一下 UpStart 机制下的系统启动过程。

3.3.2 系统启动过程

下图描述了 UpStart 的启动过程

Linux初始化init系统

系统上电后运行 ​​GRUB​​ 载入内核。内核执行硬件初始化和内核自身初始化。在内核初始化的最后，内核将启动 ​​pid​​ 为 ​​1​​ 的 ​​init​​ 进程，即 ​​UpStart​​ 进程。

​​Upstart​​ 进程在执行了一些自身的初始化工作后，立即发出”​​startup​​“事件。上图中用红色方框加红色箭头表示事件，可以在左上方看到”​​startup​​“事件。

所有依赖于”​​startup​​“事件的工作被触发，其中最重要的是 ​​mountall​​。​​mountall​​ 任务负责挂载系统中需要使用的文件系统，完成相应工作后，​​mountall​​ 任务会发出以下事件：​​local-filesystem​​，​​virtual-filesystem​​，​​all-swaps​​

其中 ​​virtual-filesystem​​ 事件触发 ​​udev​​ 任务开始工作。任务 ​​udev​​ 触发 ​​upstart-udev-bridge​​ 的工作。​​Upstart-udev-bridge​​ 会发出 ​​net-device-up IFACE=lo​​ 事件，表示本地回环 ​​IP​​ 网络已经准备就绪。同时，任务 ​​mountall​​ 继续执行，最终会发出 ​​filesystem​​ 事件。

此时，任务 rc-sysinit 会被触发，因为 rc-sysinit 的 start on 条件如下：
​​start on filesystem and net-device-up IFACE=lo​​

任务 ​​rc-sysinit​​ 调用 ​​telinit​​。​​Telinit​​ 任务会发出 ​​runlevel​​ 事件，触发执行​​/etc/init/rc.conf​​。

​​rc.conf​​ 执行​​/etc/rc$.d/​​目录下的所有脚本，和 ​​SysVInit​​ 非常类似。

3.3.3 开发注意事项

作为程序开发人员，在编写系统服务时，需要了解 UpStart 的一些特殊要求。只有符合这些要求的软件才可以被 UpStart 管理。

规则一，派生次数需声明

• 很多 Linux 后台服务都通过派生两次的技巧将自己变成后台服务程序。如果您编写的服务也采用了这个技术，就必须通过文档或其它的某种方式明确地让​​UpStart​​ 的维护人员知道这一点，这将影响 UpStart 的​​expect stanza​​，我们在前面已经详细介绍过这个​​stanza​​ 的含义

规则二，派生后即可用

• 后台程序在完成第二次派生的时候，必须保证服务已经可用。因为​​UpStart​​ 通过派生计数来决定服务是否处于就绪状态

规则三，遵守 SIGHUP 的要求

• ​​UpStart​​ 会给精灵进程发送​​SIGHUP​​ 信号，此时，​​UpStart​​ 希望该精灵进程做以下这些响应工作：
• 完成所有必要的重新初始化工作，比如重新读取配置文件。这是因为​​UpStart​​ 的命令”​​initctl reload​​“被设计为可以让服务在不重启的情况下更新配置。
• 精灵进程必须继续使用现有的​​PID​​，即收到​​SIGHUP​​ 时不能调用​​fork​​。如果服务必须在这里调用​​fork​​，则等同于派生两次，参考上面的规则一的处理。这个规则保证了​​UpStart​​ 可以继续使用​​PID​​ 管理本服务

规则四，收到 SIGTEM 即 shutdown

• 当收到​​SIGTERM​​ 信号后，​​UpStart​​ 希望精灵进程进程立即干净地退出，释放所有资源。如果一个进程在收到​​SIGTERM​​ 信号后不退出，Upstart 将对其发送​​SIGKILL​​ 信号。

3.3.4 Upstart 命令

作为系统管理员，一个重要的职责就是管理系统服务。比如系统服务的监控，启动，停止和配置。UpStart 提供了一系列的命令来完成这些工作。其中的核心是**​​initctl​​**，这是一个带子命令风格的命令行工具。

# 可以用 initctl list 来查看所有工作的概况：

# initctl list
alsa-mixer-save stop/waiting
avahi-daemon start/running, process 690
mountall-net stop/waiting
rc stop/waiting
rsyslog start/running, process 482
screen-cleanup stop/waiting
tty4 start/running, process 859
udev start/running, process 334
upstart-udev-bridge start/running, process 304
ureadahead-other stop/waiting

这是在 ​​Ubuntu10.10​​ 系统上的输出，其它的 Linux 发行版上的输出会有所不同。第一列是工作名，比如 ​​rsyslog​​。第二列是工作的目标；第三列是工作的状态。

• ​​initctl stop​​ 停止一个正在运行的工作
• ​​initctl start​​ 开始一个工作
• ​​initctl status​​ 来查看一个工作的状态
• ​​initctl restart​​ 重启一个工作
• ​​initctl reload​​ 可以让一个正在运行的服务重新载入配置文件

这些命令和传统的 ​​service​​ 命令十分相似

Linux初始化init系统

 文章作者: ​​Escape​​

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