Das Init-System Systemd, Teil 1

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Bei einer Reihe von Distributionen kümmert sich mittlerweile nicht mehr Sysvinit, sondern Systemd um den Systemstart. Das neue Init-System verspricht den Bootprozess zu beschleunigen und erfordert keine explizite Konfiguration der Abhängigkeiten zwischen Systemdiensten; nebenbei schafft es einige distributionsspezifische Eigenarten aus der Welt.

Das Init-System Systemd, Teil 1
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Aktualisierte Version des Artikels Schaltzentrale aus c't 13/11, S. 172. Der zweite Teil der Artikelserie beschreibt den praktischen Umgang mit Systemd.

Zu den Autoren

Lennart Poettering und Kay Sievers haben Systemd entworfen und entwickelt. Während der Entstehung des Artikels arbeitete Poettering bei Red Hat und Sievers bei Novell.

Bei Linux-Distributionen übergibt der Kernel traditionell Sysvinit die Verantwortung zur Einrichtung des Systems. Einige Jahre sah alles danach aus, als würde Upstart das angestaubte, aber noch weitverbreitete Init-System beerben, doch mittlerweile immer mehr Distributionen auf Systemd um – abgesehen von Ubuntu, das laut Mark Suttleworth auf absehbare Zeit bei Upstart bleiben wird. Fedora nutzt Systemd seit Version 15, auch in OpenSuse 12.1 und Mandriva 2011 kommt das neue Init-System zum Einsatz; Mageia steigt mit Version 2 um. Bei Arch Linux und Gentoo sowie Debian Testing liegt Systemd bei; bei einigen weitere Distributionen wird der optionale Einsatz oder der Umstieg diskutiert.

Eine der Besonderheiten von Systemd ist der parallele Start von Hintergrunddiensten, ohne dass Abhängigkeiten zwischen diesen explizit festgelegt werden müssen; das nutzt Hardware-Ressourcen effizienter und lässt das System flott starten. Systemd erledigt zudem einige Aufgaben, um die sich bislang meist distributionsspezifische Skripte kümmern; ganz nebenbei beseitigt es damit einige Unterschiede bei der Bedienung und Konfiguration von Distributionen.

Der Init-Prozess ist der erste Prozess, den der Kernel erzeugt. Alle weiteren Prozesse sind Kinder des Init-Prozesses, der daher die Verantwortung für die komplette Einrichtung des Userlands trägt. Dazu gehört nicht nur das Einhängen von Dateisystemen und die Netzwerkeinrichtung, sondern auch das Starten von Hintergrund-Diensten und Programmen – darunter auch jene, über die sich Benutzer am System anmelden.

Nach dem Abschluss der Systemeinrichtung läuft der Init-Prozess weitgehend untätig im Hintergrund weiter. Er kommuniziert mit dem Kernel und wird beispielsweise informiert, wenn der Benutzer Strg+Alt+Entf drückt. Genau wie beim Aufruf von Befehlen wie shutdown -r now oder reboot erledigt der Prozess mit der PID 1 dann alles Nötige, um das System sauber zum Stillstand zu bringen.

Mit diesen Aufgaben wurde in den 80er Jahren in Unix System V das einfache, aber flexible "System V Init System" betraut. In den 90er Jahren entstand eine Sysvinit genannte Neuimplementierung dieses Init-Systems. Sie arbeitet mit einer ganz ähnlichen Logik und kommt bis heute bei vielen Linux-Distributionen zum Einsatz. Sysvinit erledigt die Aufgaben des Systemstarts im Wesentlichen mit Shell-Skripten, die einfach der Reihe nach abgearbeitet werden.

Mit der Verbreitung von Linux in Mobilgeräten, Desktop-PCs, Fernsehern und zahlreichen anderen Gebieten wandelten sich allerdings die Anforderungen an den Init-Prozess: Der Systemstart sollte flexibler werden und dank Parallelisierung deutlich schneller ablaufen.

Lange schien es, als wäre das 2006 von einem Canonical-Entwickler gestartete Upstart der designierte Nachfolger für Sysvinit (siehe den Artikel Schneller booten mit Upstart auf heise open). Anfangs kam es nur bei Ubuntu zum Einsatz, später auch bei Fedora (Versionen 9 bis 14) und Red Hat Enterprise Linux (RHEL6-Familie). OpenSuse experimentierte während der Arbeit an der Version 11.3 mit Upstart, blieb letztlich jedoch bei Sysvinit.

Upstart ist ein ereignisorientiertes Init-System – es kann Dienste starten, wenn Ereignisse wie "Netzwerk ist konfiguriert" oder "Netzlaufwerk ist eingebunden" eintreten. Der Ansatz unterscheidet sich stark von dem statischen Sysvinit, daher lassen sich bestehende Konfigurationen nur schwer oder gar nicht in das Ereignis-Modell von Upstart übertragen.

Im April 2010 erschien Systemd; es bedient sich einiger Ideen aus früheren Unit-Systemen und kombiniert diese mit einer einheitlichen Konfigurations- und Administrationsschnittstelle. Systemd arbeitet als Hintergrunddienst (Daemon) und steuert wichtige Aspekte der Systemkonfiguration von der Initialisierung der Hardware bis zu den gestarteten Server-Prozessen. Der Name erschien den Entwicklern als eine passende Verbindung zum französischen Begriff "Système D" (etwa: "Trick 17"), der kreative technische Lösungsansätze à la MacGyver beschreibt.

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