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（Linux初始化init系统）(1)

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 的历史及发展

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

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

第二步

执行第二步解析 - /etc/rc.d/rc.sysinit

/etc/rc.d/rc 和/etc/rc.d/rcX.d/

# 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

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。

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

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

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：

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**。

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

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）(2)

Linux初始化init系统

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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：

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

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：

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：

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 StanzaUpstart 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：

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

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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

规则二，派生后即可用

规则三，遵守 SIGHUP 的要求

规则四，收到 SIGTEM 即 shutdown

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。

这些命令和传统的 service 命令十分相似

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Linux初始化init系统

文章作者: Escape

文章链接: https://www.escapelife.site/posts/4fb48da7.html

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