Linux Systemd type=simple和type=forking的区别

1. • Type=forking

使用Type=forking时，要求ExecStart启动的命令自身就是以daemon模式运行的。

而以daemon模式运行的进程都有一个特性：总是会有一个瞬间退出的中间父进程，例如，nginx命令默认以daemon模式运行，所以可直接将其配置为forking类型：

Type=simple是一种最常见的通过systemd服务系统运行用户自定义命令的类型，也是省略Type指令时的默认类型。

例如，nginx命令默认以daemon模式运行，所以可直接将其配置为forking类型：

注意上面status报告的信息中，ExecStart启动的nginx的进程PID=7912，且该进程的状态是已退出，退出状态码为0，这个进程是daemon类进程创建过程中瞬间退出的中间父进程。在forking类型中，该进程称为初始化进程。同时还有一行Main PID: 7913 (nginx)，这是systemd真正监控的nginx服务主进程，其PID=7913，是PID=7912进程的子进程。

Type=forking类型代表什么呢？要解释清楚该type，需从进程创建开始说起。

因为systemd service启动的服务进程都是systemd的子进程，所以，在服务进程启动时，总是由pid=1的systemd进程fork()一个子进程（子systemd进程），再在此进程分支中通过systemd.exec配置该子进程的环境，最后使用exec()去调用ExecStart指定的服务启动命令。Exec（）调用程序时会替换当前进程，所以启动后的服务进程将会替代子systemd进程，于是服务进程自身成为pid=1 systemd进程的子进程。

对于Type=forking来说，pid=1的systemd进程fork出来的子进程正是瞬间退出的中间父进程，且systemd会在中间父进程退出后就认为服务启动成功，此时systemd可以立即去启动后续需要启动的服务。

如果Type=forking服务中的启动命令是一个前台 命令会如何呢？比如将sleep配置为forking模式，将nginx daemon off配置为forking模式等。

答案是systemd会一直等待中间ExecStart启动的进程作为中间父进程退出，在等待过程中个，systemctl start会一直卡住，直到等待超时而失败，在此阶段中，systemctl status将会查看到服务处于activating状态。

回到forking类型的服务。由于daemon类的进程会有一个瞬间退出的中间父进程（如上面的PID=7913的nginx进程），systemd是如何知道哪个进程是应该被监控的服务主进程（Main PID）呢？

答案是靠猜。没错，systemd真的就是靠猜的。当设置Type=forking时，有一个GuessMainPID指令其默认值为Yes，它表示systemd会通过一些算法去猜测Main PID。当systemd的猜测无法确定哪个是主进程时，后果是严重的：systemd将不可靠。因为systemd无法正确探测服务是否真的失败，当systemd误认为服务失败时，如果本服务器配置了自动重启（配置了Restart指令），重启服务器时可能会和当前正在运行但是systemd误认为失败的服务冲突（比如出现端口已被占用问题）。

多数情况下的猜测过程很简单，systemd只需去找目前存活的属于本服务的leader进程即可。但有些服务(少数)情况可能比较复杂，在多进程之间做简单的猜测并非总是可靠。

好在，Type=forking时的systemd提供了PIDFile指令(Type=forking通常都会结合PIDFile指令)，systemd会从PIDFile指令所指定的PID文件中获取服务的主进程PID。例如，编写一个nginx的服务配置文件：

GuessMainPID=Takes a boolean value that specifies whether systemd should try to guess the main PID of a service if it cannot be determined reliably. This option is ignored unless Type=forking is set and PIDFile= is unset because for the other types or with an explicitly configured PID file, the main PID is always known. The guessing algorithm might come to incorrect conclusions if a daemon consists of more than one process. If the main PID cannot be determined, failure detection and automatic restarting of a service will not work reliably. Defaults to yes.

该参数只有在启动类型为forking，且没有指定PIDFile参数时才有效。

2. • Type=forking时PIDFile指令的坑

关于PIDFile，有必要去了解一些注意事项，否则它们可能就会成为你的坑。

首先，PIDFile只适合在Type=forking模式下使用，其它时候没必要使用，因为其它类型的Service主进程的PID都是确定的。systemd推荐PIDFile指定的PID文件在/run目录下，所以，可能需要修改服务程序的配置文件，将其PID文件路径修改为/run目录之下，当然这并非必须。

但有一点必须注意，PIDFile指令的值要和服务程序的PID文件路径保持一致。例如nginx的相关配置：

其次，systemd会在中间父进程退出后立即读取这个PID文件，读取成功后就认为该服务已经启动成功。但是，systemd读取PIDFile的时候，服务主进程可能还未将PID写入到PID文件中，这时systemd将出现问题。所以，对于服务程序的开发人员来说，应尽早将主进程写入到PID文件中，比如可以在中间父进程fork完之后立即写入PID文件，然后再退出，而不是在fork出来的服务主进程内部由主进程负责写入。

上面的nginx服务配置文件是某个nginx版本yum包提供的，但却是有问题的，我曾经踩过这个坑，网上甚至将其报告为一个Bug。

上面的nginx.service文件可以正常启动服务，但无法systemctl reload，只要reload就报错，而且报错时提示kill命令语法错误。kill语法错误显然是因为没有获取到$MAINPID变量的值，而这正是因为systemd在nginx写入PID文件之前先去读取了PID文件，因为没有读取到内容，所以$MAINPID变量为空值。

解决办法是使用ExecStartPost=/usr/bin/sleep 0.1，让systemd在初始化进程(即中间父进程)退出之后耽搁0.1秒再继续向下执行，即推迟了systemd读取PID的过程，保证能让systemd从PID文件中读取到值。

最后，systemd只会读PIDFile文件而不会写，也不会创建它。但是，在停止服务的时候，systemd会尝试删除PID文件。因为服务进程可能会异常终止，导致已终止的服务进程的PID文件仍然保留着，所以在使用PIDFile指令时，通常还会使用ExecStartPre指令来删除可能已经存在的PID文件。正如上面给出的nginx配置文件一样。

3. • Type=simple

Type=simple类型的服务只适合那些在shell下运行在前台的命令。也就是说，当一个命令本身会以daemon模式运行时，将不能使用simple，而应该使用Type=forking。比如ls命令、sleep命令、非daemon模式运行的nginx进程以及那些以前台调试模式运行的进程，在理论上都可以定义为simple类型的服务。

例如，编写一个/usr/lib/systemd/system/test.service运行sleep进程：

使用daemon-reload重载并启动该服务进程：

10秒内，sleep进程以daemon模式运行在后台，就像一个服务进程一样。10秒之后，sleep退出，于是systemd将该进程从监控队列中踢出。再次查看进程的状态将是inactive：

再来分析上面的服务配置文件中的指令。

ExecStart指令指定启动本服务时执行的命令，即启动一个本该前台运行的sleep进程作为服务进程在后台运行。

需注意，systemd service的命令行中必须使用绝对路径，且只能编写单条命令(Type=oneshot时除外)，如果要命令续行，可在尾部使用反斜线符号\\等。

此外，命令行中支持部分类似Shell的特殊符号，但不支持重定向> >> << <、管道|、后台符号&，具体可参考man systemd.service中command line段落的解释说明。

对于Type=simple来说，systemd系统在fork出子systemd进程后就认为服务已经启动完成了，所以systemd可以紧跟着启动排在该服务之后启动的服务。它的伪代码模型大概是这样的：

例如，先后连续启动两个Type=simple的服务，进程流程图大概如下：

换句话说，当Type=simple时，systemd只在乎fork阶段是否成功，只要fork子进程成功，这个子进程就受systemd监管，systemd就认为该Unit已经启动。

因为子进程已成功被systemd监控，无论子进程是否启动成功，在子进程退出时，systemd都会将其从监控队列中踢掉，同时杀掉所有附属进程(默认行为是如此，杀进程的方式由systemd.kill中的KillMode指令控制)。所以，查看服务的状态将是inactive(dead)。

例如，下面的配置种，睡眠1秒后，该服务的状态将变为inactive(dead)。

这没什么疑问。但考虑一下，如果simple类型下ExecStart启动的命令本身就是以daemon模式运行的呢？其结果是systemd默认会立刻杀掉所有属于服务的进程。

原因也很简单，daemon类进程总是会有一个瞬间退出的中间父进程，而在simple类型下，systemd所fork出来的子进程正是这个中间父进程，所以systemd会立即发现这个中间父进程的退出，于是杀掉其它所有服务进程。

例如，以运行bash -c '(sleep 3000 &)'的simple类型的服务，被systemd监控的bash进程会在启动sleep后立即退出，于是systemd会立即杀掉属于该服务的sleep进程。

再例如，nginx命令默认是以daemon模式运行的，simple类型下直接使用nginx命令启动服务，systemd会立刻杀掉所有nginx，即nginx无法启动成功。

4. • Systemd Service：其它Type类型

• simple：在fork出子systemd进程后，systemd就认为该服务启动成功了

• exec：在fork出子systemd进程且子systemd进程exec()调用ExecStart命令成功后，systemd认为该服务启动成功

• oneshot：在ExecStart命令执行完成退出后，systemd才认为该服务启动成功

1. 因为服务进程退出后systemd才继续工作，所以在未配置RemainAfterExit 指令时，oneshot类型的服务永远无法出现active状态，它直接从启动状态到activating到deactivating再到dead状态

2. 当结合RemainAfterExit指令时，在服务进程退出后，systemd会继续监控该Unit，所以服务的状态为active(exited)，通过这个状态可以让用户知道，该服务曾经已经运行成功，而不是从未运行过

3. 通常来说，对于那些执行单次但无需长久运行的进程来说，可以采用type=oneshot，比如启动iptables，挂载文件系统的操作、关机或重启的服务等