Technical Stuff: Das Init-System Systemd, Teil 2

Aktuelle Versionen von Fedora, OpenSuse, Mandriva und einigen anderen Distributionen starten das System bereits mit Systemd. Das neue Init-System bringt eigene Werkzeuge zur Konfiguration und Diagnose mit und erfordert andere Kniffe als Sysvinit, wenn es Probleme gibt.

Das neue Init-Tool Systemd liegt schon mehreren Distributionen als Alternative zu Upstart oder dem angestaubten Sysvinit bei. Einige von Sysvinit- und Upstart-Distributionen gewohnte Kommandos und Tricks arbeiten durch Kompatibilitätsmaßnahmen auch unter Systemd. Um die Fähigkeiten von Systemd richtig zu nutzen, sollte der Administrator allerdings auch Werkzeuge und Parameter von Systemd kennen.

Wichtigstes Tool zur Interaktion mit Systemd ist das Kommandozeilenprogramm systemctl. Für Änderungen an der Konfiguration oder den Neustart von Hintergrunddiensten erfordert es Root-Rechte; einige Diagnose-Aufrufe dürfen auch einfache Anwender ausführen. Wer das Programm ohne jegliche Parameter aufruft, erhält eine Liste der "Units", die beim Systemstart anfallende Aufgaben erledigen. Dazu gehört neben dem Einbinden und Prüfen von Datenträgern auch das Starten von Hintergrunddiensten oder das Einrichten von Hardware.

Bei einer Standardinstallation von Fedora 16 listet Systemctl rund hundertsechzig aktive Units in zehn verschiedenen Spielarten. Zu den wichtigsten zählen Service-Units. Sie kümmern sich um Hintergrunddienste, die eine Sysvinit-Distribution typischerweise über Init-Skripte startet. Mount- und Automount-Units binden Dateisysteme ein. Socket-Units legen Sockets an; sie starten indirekt über Abhängigkeiten einen andere Unit, sobald auf den Socket zugegriffen wird. (Eine detaillierte Erläuterung des Unit-Konzepts finden Sie im ersten Teil des Artikels.)

Über einen Parameter kann man Systemctl anweisen, nur Units eines bestimmten Typs aufzulisten, etwa alle Service-Units:

systemctl --type=service

Systemctl leitet seine Ausgabe automatisch an less weiter; über die Pfeiltasten lässt sich nicht nur hoch- und runterscrollen, sondern auch nach rechts, denn dort verbergen sich manchmal weitere Informationen.

Den Systemstart erledigt Systemd mit Units. Die gibt es in verschiedenen Spielarten, die Systemctl separat auflisten kann.

In der ersten Spalte der Ausgabe findet sich der Unit-Name. Die zweite Spalte gibt an, ob Systemd die Unit-Definition laden konnte, die dritte, ob die Unit aktiv ist. Inaktive – installierte, aber nicht zum Start vorgesehene – Units gibt das Programm nur mit dem Schalter -a aus; dasselbe gilt für Units, die das Init-System etwa aufgrund eines Fehlers in der Unit-Datei nicht laden konnte.

Spalte vier liefert den aktuellen Status. "exited" zeigt an, dass sich der Prozess ohne Fehler beendet hat. Das ist zum Beispiel bei Diensten der Fall, die im Hintergrund weiterlaufen – etwa bei der Service-Unit, die aus Kompatibilitätsgründen die von Sysvinit bekannte Datei /etc/rc.local beim Systemstart ausführt. "running" steht bei Diensten, die im Hintergrund laufen: cron, dbus, sshd, udev und andere.

In der fünften Spalte folgt eine Beschreibung der Unit. Wenn sie mit "LSB" oder "SYSV" beginnt, hat Systemd die Unit automatisch erzeugt, um ein traditionelles Init-Skript abzuarbeiten.

Bei Diensten, die nicht gestartet werden konnten oder später abgestürzt sind, steht in der vierten Spalte "failed" – rot hervorgehoben, sofern die Konsole farbige Ausgabe beherrscht. Das status-Kommando von sytemctl gibt den Zeitpunkt des Abbruchs und den zurückgelieferten Fehlercode des Programms aus, beispielsweise

systemctl status NetworkManager.service

Das Status-Kommando von Systemctl liefert Abbruchzeit und Fehlercode abgestürzter Dienste.

Bei einem frisch installierten Fedora 16 listet Systemctl um die 60 Service-Units auf. Darunter sind auch die Login-Prozesse für die Textkonsolen (agetty), denn anders als Sysvinit handhabt Systemd diese über Service-Units wie einen normalen Hintergrunddienst.

Units ...

Die Konfigurationsdateien zum Erzeugen der Units, die Systemd mitbringt, liegen in /lib/systemd/system/; eine gleichnamige Datei in /etc/systemd/system/ hat jedoch Vorrang.

Unit-Definition sind meist deutlich kürzer als die klassischen Sys-V-Init-Skripte. Eine Unit-Datei für den Dienst zur Netzwerkzeit-Synchronisierung via NTP ist nur wenige Zeilen lang:

[Unit]
Description=Network Time Service

[Service]
ExecStart=/usr/bin/ntpd -n -u ntp:ntp -g

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Alle Unit-Dateien enthalten einen durch [Unit] eingeleiteten Abschnitt mit allgemeinen Einstellungen, darunter eine kurze Beschreibung. Im Abschnitt [Service] folgen dienstspezifische Angaben; bei NTP ist das lediglich das Kommando, um den Dienst zu starten. Falls ein spezieller Befehl zum Beenden nötig ist, kann man diesen über eine ExecStop-Anweisung festlegen. Beim NTP-Daemon ist das unnötig, weil er sich in guter Unix-Tradition durch ein SIGTERM-Signal beenden lässt; das sendet Systemd zum Beenden, wenn kein anderer Befehl spezifiziert ist.

Der Abschnitt [Install] enthält Anweisungen, die Systemd bei der (De-)Installation interpretiert; der Eintrag im NTP-Beispiel bedeutet, dass die Zeitsynchronisation beim Ansteuern des Targets "Multi-User" aufgerufen werden soll.

... und Targets

Die Targets-Units bieten ein Konzept, das den Runlevels von Sysvinit ähnelt; aus Kompatibilitätsgründen versteht Systemd sogar die Runlevel-Namen zur Ansteuerung äquivalenter Targets. Wie gewohnt kann man daher bei Fedora 16 dem Kernel im Boot-Loader den Parameter single mitgeben; Systemd steuert daraufhin rescue.target an, das eine minimale, dem Single-User-Modus entsprechende Umgebung bietet.

Auch 3 funktioniert, um den Multi-User-Modus ohne grafischen Anmeldemanager anzusteuern. Repräsentiert wird dieser Modus in Systemd durch die Target-Unit multi-user. Um multi-user.target zum Standard zu machen, reicht ein Links:

ln -sf /lib/systemd/system/multi-user.target /etc/systemd/system/default.target

Soll der grafische Anmeldemanager später doch wieder standardmäßig starten, kann man auf die gleiche Weise graphical.target zum Standardziel erheben; es ist das Äquivalent zum Runlevel 5 von Fedora und OpenSuse. Alternativ zu den alten Runlevel-Bezeichnungen kann man dem Kernel auch die Namen der zu startenden Target-Unit mitgeben:

systemd.unit=multi-user.target

Um im Betrieb eine andere Target-Unit anzusteuern, dient das isolate-Kommando von Systemctl:

systemctl isolate rescue.target

Der Wechsel in das Rescue-Target ist für Administrationsaufgaben interessant, denn dabei beendet Systemd alle User-Logins und Hintergrunddienste, sodass nur noch Systemdienste laufen – etwa jene zur Überwachung von Logical Volumes (lvm2-monitor). Manchmal müssen auch diese für Umbauten heruntergefahren werden, was mit dem Notfall-Modus emergency.target gelingt; hier laufen nur noch die Kernel-Threads.

Abhängigkeiten

Verlangen

Das show-Kommando von Systemctl liefert einige Interna zu den laufenden Units und den über sie ausgeführten Arbeiten. Mit ihm lässt sich auch ausgeben, welche Units Systemd beim Ansteuern des Multi-User-Targets aufruft:

systemctl show -p Wants multi-user.target

In der Ausgabe können sich andere Targets finden – beim multi-user.target etwa basic.target. Das wiederum hängt vom sysinit.target ab, das local-fs.target voraussetzt. Diese drei Targets kümmern sich um die Grundeinrichtung des Systems; dazu zählen das Einbinden der Dateisysteme und der Start von Udev. Zum Spezifizieren der Abhängigkeit vom Basic-Target enthält die Unit-Konfigurationsdatei multi-user.target folgende Angaben:

Requires=basic.target
After=basic.target

Durch die After-Angabe erfährt Systemd, dass es das Target nicht nur aufrufen, sondern auch den seinen vollständigen Start abwarten muss. Neben Requires gibt es auch noch das schwächere Wants. Darüber angegebene Units ruft Systemd ebenfalls auf, setzt den Start aber auch fort, wenn eine von ihnen nicht startet.

Diese Art der Abhängigkeit lässt sich auch über Links zu Unit-Dateien spezifizieren, die in einem Verzeichnis angelegt werden, dessen Name sich aus dem Namen der target-Unit und angehängtem .wants zusammensetzen, etwa

.../systemd/system/multi-user.target.wants/

Ausknipsen

Wer die NTPD-Service-Unit deaktivieren will, damit die Systemzeit beim Booten nicht via NTP synchronisiert wird, kann das folgenden Befehl tun:

systemctl disable ntpd.service

Dabei macht Systemctl nichts anderes, als den Link auf die Service-Unit-Datei in den Wants-Verzeichnissen zu entfernen; beim Aktivieren eines Dienstes mit enable erstellt das Tool einen Link. Beides kann man auch manuell tun, um Units zu (de)aktiviern.

Wird ein Dienst nicht von einer Unit, sondern über ein traditionelles Init-Skript gestartet, leitet Systemctl die Aufforderung zum Aktivieren an das Programm chkconfig weiter. Bei Fedora ist das etwa der Fall, wenn man Apache installiert und via Systemctl aktiviert.

Das (De)Aktivieren eines Dienstes wirkt sich erst beim nächsten Start oder Beenden des Systems aus. Folgendes Kommando startet einen Dienst einmalig sofort:

systemctl start ntpd.service

Der Parameter stop beendet den Dienst. Mit dem Kommando status liefert Systemctl Information über die Unit, darunter ihren derzeitigen Zustand und den Namen der sie spezifizierenden Datei. Zudem gibt das Programm aus, ob und wie lange der Dienst bereits läuft und welche Prozesse zu ihm gehören; den Hauptprozess weist Systemctl dabei explizit aus.

Über die Gruppenzugehörigkeit lässt sich erkennen, zu welchem Dienst ein Prozess gehört.

Über die Zugehörigkeit zu den von Systemd angelegten Control Groups lässt sich recht einfach herausfinden, welche Prozesse von welchem Dienst gestartet wurden. Die von Systemd angelegte Cgroup-Hierarchie gibt der Befehl systemd-cgls aus; alternativ zeigt ps die Gruppenzugehörigkeit an:

ps xaw -eo pid,args,cgroup

Abgesoffen

Falls beim Systemstart Probleme auftreten, an denen Systemd direkt oder indirekt beteiligt scheint, sollten Sie dem Kernel die folgenden Parameter im Boot-Loader mitgeben:

systemd.log_target=kmsg systemd.log_level=debug

Systemd schreibt dann ausführliche Informationen zur Fehlersuche auf die Konsole und in den Puffer der Kernel-Meldungen, den man später mit dmesg auslesen kann.

Zu Systemd gehören die Kommandozeilenprogramme poweroff, halt und reboot; alternativ kann man das System über die gleichlautenden Systemctl-Kommandos herunterfahren oder neu starten. Einen Neustart erreicht man auch mit dem Kommando

systemctl kexec

Das Werkzeug "systemd-cgls" kann die Control Groups und die ihnen zugeordneten Prozesse anzeigen.

Nach dem Stoppen aller Dienste weist Systemd den laufenden Kernel an, einen zuvor konfigurierten Linux-Kernel direkt zu starten – ohne BIOS-Selbsttest und Boot-Loader. Ist kein Kexec-Kernel konfiguriert, erfolgt ein normaler Neustart.

Ranholen

Bei gängigen Administrationsaufgaben kommt man nur mit den Service- und Target-Units direkt in Kontakt; die anderen Units sind vor allem für spezielle Funktionen von Systemd wichtig oder erledigen beim Systemstart all jene Dinge, um die sich bei Sysvinit- und Upstart-Distributionen distributionsspezifische Skripte gekümmert haben. Dazu gehört etwa das Einbinden der in /etc/fstab spezifizierten Dateisysteme, das Aktivieren von Auslagerungsspeicher oder das gelegentliche Aufräumen des /tmp-Verzeichnisses.

Für einige dieser Arbeiten bringt Systemd eine Automount-Funktion mit, die Pseudo-Einhängepunkte für in /etc/fstab konfigurierte Dateisysteme anlegen kann; tatsächlich eingebunden werden sie allerdings erst beim ersten Zugriff. Das Hinzufügen von "comment=systemd.automount" in /etc/fstab verwandelt einen beliebigen Mount-Punkt in einen Automount-Punkt. Das kann den Startvorgang beschleunigen und ist beispielsweise für Netzwerkfreigaben nützlich, wenn die Netzverbindung über den NetworkManager erst beim Einloggen eines Users aufgebaut wird.

Ursachenforschung

Über Systemctl kann man Systemd zum Senden eines Signals auffordern, ohne die Prozess-ID des Dienstes zu kennen. Der folgende Befehl versetzt Rsyslogd in den Debug-Modus; dieser wird beendet, wenn man den Befehl ein zweites Mal aufruft:

systemctl kill --signal=USR1 rsyslogd.service

Wenn man die Angabe des zu sendenden Signals weglässt, schickt Systemctl ein normales Term-Signal, woraufhin sich alle Prozesse beenden sollten, die zu einem Dienst gehören.

Systemd bringt ein Programm mit, um den Startvorgang zu visualisieren; die dunkelroten Bereiche weisen die Startphase von Diensten aus.

Der Befehl systemd-analyze gibt aus, wie lange der Systemstart gedauert hat und wie viel Zeit davon auf Kosten von Kernel, Initramfs und die Einrichtung des Userlands durch Systemd entfallen. Der Befehl systemd-analyze blame gibt die Startzeiten der einzelnen Units aus. Zur genaueren Betrachtung des Boot-Prozesses kann das Programm eine SVG-Datei erzeugen, die den Start der Units visualisert:

systemd-analyze plot > plot.svg

Manchmal kommt man so Units auf die Spur, die den Systemstart stark in die Länge ziehen. Einige Hinweise zur korrekten Interpretation dieser Ergebnisse liefert der siebte Teil der Blog-Reihe "Systemd for Administrators". Die bislang zwölf Teile umfassende Serie enthält auch noch viele andere Tipps und Hinweise für den Praxiseinsatz vom Systemd:

Über die Homepage von Lennart Poettering finden sich zudem zahlreiche weitere Artikel mit Hintergründen zum Init-System. Im dritten "Systemd Status Update" hat Poettering zudem vor Kurzem einige der Neuerungen aufgelistet, die in den letzten eineinhalb Jahren in Systemd eingeflossen sind. (thl)

[ Source: https://www.heise.de/ct/artikel/Das-Init-System-Systemd-Teil-2-1563461.html?seite=all ]

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