systemd

2024年9月19日 2024年9月19日

KoAN

はじめに

systemdは、Linuxオペレーティングシステムにおけるシステムおよびサービスマネージャであり、従来のSysVinitを置き換えることを目的として開発されました。systemdは、多くの主要なLinuxディストリビューションで標準となっており、高速なブートプロセス、依存関係の自動管理、豊富な機能を提供します。本記事では、systemdの役割、構造、主要なコンポーネント、動作の詳細について詳しく説明します。

systemdの概要

systemdの役割

systemdは、システムの起動、サービスの管理、ログの収集および管理、システムリソースの追跡と管理など、さまざまな役割を担います。以下はsystemdの主要な役割です。

システムの起動とシャットダウン: systemdは、システムの起動時に必要なサービスを効率的に起動し、シャットダウン時にはサービスを安全に停止します。
サービス管理: systemdは、システムサービスの起動、停止、再起動、およびステータスの管理を行います。
依存関係の管理: systemdは、サービスの依存関係を自動的に解析し、適切な順序でサービスを起動します。
ログ管理: systemdは、journaldというログ管理システムを統合しており、システムログを一元管理します。
リソース管理: systemdは、cgroups（コントロールグループ）を利用してシステムリソースの使用状況を監視および制御します。

systemdの構造とコンポーネント

systemdは、多くのコンポーネントから構成されており、それぞれが特定の機能を提供します。以下に主要なコンポーネントを紹介します。

1. systemdユニット

systemdは、ユニットと呼ばれる設定ファイルを使用して、サービス、デバイス、マウントポイント、スワップ領域などを管理します。ユニットファイルは、通常、/etc/systemd/systemディレクトリに配置されます。

サービスユニット（.service）: システムサービスを定義します。
ターゲットユニット（.target）: ランレベルのようなシステム状態を定義します。
マウントユニット（.mount）: ファイルシステムのマウントポイントを定義します。
ソケットユニット（.socket）: ソケットの待ち受け設定を定義します。
デバイスユニット（.device）: デバイスファイルを定義します。

2. systemctl

systemctlは、systemdを操作するためのコマンドラインツールであり、以下のような操作が可能です。

サービスの起動と停止: systemctl start [サービス名]、systemctl stop [サービス名]
サービスの再起動: systemctl restart [サービス名]
サービスのステータス確認: systemctl status [サービス名]
システムの再起動とシャットダウン: systemctl reboot、systemctl poweroff

3. journald

journaldは、systemdに統合されたログ管理システムであり、システムおよびサービスのログを一元管理します。ログは、バイナリ形式で保存され、journalctlコマンドを使用して参照できます。

ログの表示: journalctl
ブートごとのログの表示: journalctl -b
特定のサービスのログの表示: journalctl -u [サービス名]

4. cgroups

systemdは、cgroups（コントロールグループ）を利用して、プロセスのリソース使用量を管理します。これにより、CPU、メモリ、ディスクI/Oなどのリソース使用を制御し、システム全体の安定性とパフォーマンスを向上させます。

systemdの動作

システム起動時の動作

initramfsのロード: カーネルがinitramfsをロードし、初期のユーザー空間を設定します。
systemdの起動: initramfs内でsystemdが起動され、PID 1として動作を開始します。
依存関係の解析: systemdは、ユニットファイルを読み込み、依存関係を解析します。
並列起動: systemdは、依存関係に基づいてサービスを並列に起動し、システムのブート時間を短縮します。

システム運用中の動作

サービスの管理: systemdは、サービスの起動、停止、再起動、および監視を行います。サービスの依存関係が変更された場合、systemdは自動的に再起動します。
リソースの管理: cgroupsを利用して、各サービスのリソース使用量を監視し、必要に応じて制限を設定します。
ログの収集と管理: journaldを使用して、システムおよびサービスのログを収集し、journalctlコマンドを通じてアクセスを提供します。

システムシャットダウンと再起動

シャットダウン: systemctl poweroffコマンドを実行すると、systemdはすべてのサービスを安全に停止し、システムをシャットダウンします。
再起動: systemctl rebootコマンドを実行すると、systemdはすべてのサービスを停止し、システムを再起動します。

systemdのメリットとデメリット

メリット

高速なブートプロセス: 並列起動により、システムのブート時間を大幅に短縮します。
依存関係の自動管理: systemdは、サービスの依存関係を自動的に解析し、適切な順序でサービスを起動します。
豊富な機能: ログ管理（journald）、リソース管理（cgroups）、サービス管理など、多くの機能を統合しています。
柔軟な設定: ユニットファイルを使用して、サービスの設定を柔軟に管理できます。

デメリット

学習コストが高い: systemdは、多機能であるがゆえに学習コストが高く、初学者には難しい部分もあります。
複雑性: systemdの設定や管理には、従来のSysVinitよりも複雑な部分があります。

まとめ

systemdは、Linuxシステムの起動、サービス管理、リソース管理、ログ管理を統合した強力なシステムおよびサービスマネージャです。高速なブートプロセス、依存関係の自動管理、豊富な機能を提供する一方で、学習コストや複雑性が高いというデメリットもあります。多くのLinuxディストリビューションで標準となっており、現代のLinuxシステムにおいて重要な役割を果たしています。