以 NXP 的 Yocto Linux 4.9.88 为例。

Systemd 管理系统资源的基本单元是 Unit ,分为 12 种:

Service unit:系统服务
Target unit:多个 Unit 构成的一个组
Device Unit:硬件设备
Mount Unit:文件系统的挂载点
Automount Unit:自动挂载点
Path Unit:文件或路径
Scope Unit:不是由 Systemd 启动的外部进程
Slice Unit:进程组
Snapshot Unit:Systemd 快照,可以切回某个快照
Socket Unit:进程间通信的 socket
Swap Unit:swap 文件
Timer Unit:定时器

我们可以使用 systemd-analyze 命令来分析系统启动的过程:

# 查看启动耗时
$ systemd-analyze

# 查看每个服务的启动耗时
$ systemd-analyze blame

# 显示瀑布状的启动过程流
$ systemd-analyze critical-chain

# 显示指定服务的启动流
$ systemd-analyze critical-chain atd.service

# 将系统启动流程输出为 svg 格式,可以通过浏览器查看
systemd-analyze plot > ./systemd.svg

Systemd 使用 Target 替换了 init 启动模式的 runlevel 概念。常用的分析命令:

# 查看当前系统的所有 Target
$ systemctl list-unit-files --type=target

# 查看一个 Target 包含的所有 Unit
$ systemctl list-dependencies multi-user.target

# 查看启动时的默认 Target
$ systemctl get-default

# 设置启动时的默认 Target
$ systemctl set-default multi-user.target

# 切换 Target 时,默认不关闭前一个 Target 启动的进程,systemctl isolate 命令可以改变这种行为,它会关闭前一个 Target 里面所有不属于后一个 Target 的进程
$ systemctl isolate multi-user.target

常用的两个 Target 是:

  • multi-user.target , 多用户文本界面
  • graphical.target , 图形界面,在 multi-user.target 的基础上,增加了图形界面的相关单元。

系统登录

虚拟控制台(tty1…)的登录是 getty@.service 服务维护的,最终调用的是 agetty :

ExecStart=-/sbin/agetty -o '-p -- \\u' --noclear %I $TERM

启动服务时通过 @ 符号向 agetty 传递一个参数,例如执行 getty@tty1.service ,启动的进程就是:

/sbin/agetty -o -p -- \u --noclear tty1 linux

串口控制台的登录是 serial-getty@.service 服务维护的,最终调用的也是 agetty :

ExecStart=-/sbin/agetty -8 -L %I 115200 $TERM

这里传递的参数应该是串口设备文件,例如 serial-getty@ttymxc0.service

agetty 有很多参数,–noclear 表示清除控制台显示的启动信息:

-J, --noclear
              Do not clear the screen before prompting for the login
              name.  By default the screen is cleared.

-a 用于自动登录:

-a, --autologin username
              Automatically log in the specified user without asking for
              a username or password.  Using this option causes an -f
              username option and argument to be added to the /bin/login
              command line.  See --login-options, which can be used to
              modify this option's behavior.

              Note that --autologin may affect the way in which getty
              initializes the serial line, because on auto-login agetty
              does not read from the line and it has no opportunity
              optimize the line setting.

要系统启动时在串口控制台自动登录 root 用户,可以做如下操作:

  1. 新建 /etc/systemd/system/serial-getty@ttymxc0.service.d/ 目录。
  2. 在上面新建的目录中添加 autologing.conf 文件。
  3. 在 autologing.conf 文件中添加如下内容:

    [Service]
    ExecStart=
    ExecStart=-/sbin/agetty -a root -8 -L %I 115200 $TERM
    

这里利用的是 systemd 的附加配置片段功能,这个功能可以修改、重置或者追加配置选项。先创建名为 /etc/systemd/system/<Unit>.d/ 的目录,然后放入 *.conf 文件,其中可以添加或重置选项参数,这里设置的参数优先级高于原来的 Unit 配置文件。用 systemctl 命令会更简单:

$ systemctl edit unit

这将会在编辑器中打开文件 /etc/systemd/system/[unit].d/override.conf,编辑完成之后自动加载。

基于 X11 的 Qt 应用自启动

系统中启动 Qt 的服务是 xserver-nodm ,是通过 Yocto 的 xserver-nodm-init_3.0.bb 安装的。启动后调用了如下脚本:

xserver-nodm.service
	/etc/xserver-nodm/Xserver - /etc/default/xserver-nodm 初始化一些环境变量
		exec xinit /etc/X11/Xsession -- $XSERVER $DISPLAY $ARGS $*
		xinit /etc/X11/Xsession -- /usr/bin/Xorg :0 -br -pn

最终干活的是 xinit ,这是 X Window 系统的启动器,它的功能是启动一个 X Server ,同时启动一个 X Client ,基本语法是:

xinit [ [ client ] options ] [ -- [ server ] [ display ] options ]

在这里它执行了 /etc/X11/Xsession 脚本,Xsession 会按字母顺序执行 /etc/X11/Xsession.d 下面的脚本,在脚本内启动 Qt 应用,默认安装时会有很多:

$ ls /etc/X11/Xsession.d/
13xdgbasedirs.sh  30xinput_calibrate.sh  70settings-daemon.sh  80matchboxkeyboard.sh  89xdgautostart.sh  90XWindowManager.sh

我们可以修改这里的脚本,来启动自己的 Qt 应用。例如,我们只想启动 /home/root/ 下的 basiclayouts ,可以将 /etc/X11/Xsession.d/ 下的文件全部删掉,然后新建一个 10qtapp.sh ,内容如下:

exec /home/root/basiclayouts

重启系统,basiclayouts 就会自动启动。

文本界面的程序自启动

默认情况下,系统启动的是图形目标:

$ systemctl get-default
graphical.target

如不不需要图形界面,可以切换到多用户文本目标:

$ systemctl set-default multi-user.target
Removed /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink /etc/systemd/system/default.target → /lib/systemd/system/multi-user.target.

systemd 通过 rc-local.service 调用 /etc/rc.local 。需要开机时实现的程序,可以添加到 rc.local 文件中。