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玄貓（BlackCat）

Linux 啟動系統演進：從 SysVinit 到 systemd 目標單元

本文深入探討現代 Linux 系統從傳統 SysVinit 轉向 systemd 初始化系統的演進。文章闡述 systemd 的核心概念，特別是「目標單元」（target units）如何取代舊有的「執行等級」（runlevels），並提供更彈性的服務管理。內容同時解析 systemd 為確保平滑過渡而設計的向後兼容性策略，說明其如何透過符號連結模擬 SysVinit 的執行等級。最後，介紹使用 systemctl 指令查詢與設定預設啟動目標的現代化管理實踐。

作業系統 伺服器管理
systemd SysVinit Linux 目標單元 執行等級 systemctl

現代 Linux 伺服器的穩定性與效率，高度依賴其啟動與服務管理機制。傳統的 SysVinit 採用序列化腳本執行，隨著系統複雜度增加，其啟動速度與管理彈性已不敷所需。為此，systemd 應運而生，它以平行化處理與依賴性管理為基礎，徹底改變了系統初始化的運作模式。本文將聚焦於 systemd 的核心設計，特別是其「目標單元」（target unit）概念如何取代傳統的「執行等級」（runlevel）。我們將深入分析 systemd 如何透過符號連結實現對 SysVinit 的向後兼容，確保系統升級的平順性，並探討系統管理員如何利用 systemctl 工具，對系統預設啟動目標進行精確配置，從而實現更現代化且高效的伺服器管理。

系統啟動機制演進與現代化管理

探究 systemd 的核心概念與運作模式

現代 Linux 伺服器在啟動過程中，其核心的變革在於引入了 systemd 這一強大的初始化系統。過去，系統啟動流程依賴於 SysVinit，而 systemd 的出現不僅簡化了這一過程，更提供了更為精細且彈性的服務管理能力。理解 systemd 的「目標單元」（target units）是掌握其啟動機制的關鍵。在系統開機時，systemd 會自動啟用預設的目標單元，通常是 default.target。這個預設目標單元實際上是指向 multi-user.target 或 graphical.target 中的一個。這兩個目標單元分別代表了純文字模式的多使用者環境以及具備圖形使用者介面的環境，為系統的啟動狀態定義了不同的終點。若想深入了解 systemd 所提供的各種工具與其詳細文件，可以在終端機輸入 man -k systemd 指令，便能獲取一份詳盡的實用程式列表及其對應的手冊頁面連結。

承繼與轉型：systemd 與 SysVinit 的兼容性策略

systemd 在設計之初，便充分考慮了與舊有 SysVinit 系統的過渡需求，因此內建了對 SysVinit 的向後兼容性。此舉旨在讓現有的 Linux 發行版能夠平順地從舊有架構轉移至 systemd，避免因大規模的系統變革而影響使用者體驗。儘管「執行等級」（runlevels）並非 systemd 的原生概念，但 systemd 的架構設計允許它模擬並支援執行等級的概念。為此，系統中存在七個專門的目標單元設定檔，用以對應 SysVinit 的七個經典執行等級。

這些目標單元包括：

  • runlevel0.target
  • runlevel1.target
  • runlevel2.target
  • runlevel3.target
  • runlevel4.target
  • runlevel5.target
  • runlevel6.target

這些檔案實際上是符號連結，指向與原始執行等級概念最為接近的 systemd 目標單元。例如，runlevel2.target、runlevel3.target 和 runlevel4.target 都會連結到 multi-user.target。multi-user.target 相當於傳統 SysVinit 中的延伸多使用者模式，表示系統已準備好接受多個使用者同時連線並執行各種服務。而 runlevel5.target 則連結至 graphical.target，代表系統將啟動圖形使用者介面。

系統啟動目標單元關聯圖

@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100

object "SysVinit Runlevels" as SysV {
  Runlevel 0
  Runlevel 1
  Runlevel 2
  Runlevel 3
  Runlevel 4
  Runlevel 5
  Runlevel 6
}

object "systemd Targets" as Systemd {
  poweroff.target
  rescue.target
  multi-user.target
  graphical.target
  reboot.target
}

SysV --> Systemd : Symbolic Link

SysV -- "runlevel0.target" : -> poweroff.target
SysV -- "runlevel1.target" : -> rescue.target
SysV -- "runlevel2.target" : -> multi-user.target
SysV -- "runlevel3.target" : -> multi-user.target
SysV -- "runlevel4.target" : -> multi-user.target
SysV -- "runlevel5.target" : -> graphical.target
SysV -- "runlevel6.target" : -> reboot.target

@enduml

看圖說話：

此圖示展示了 systemd 如何透過符號連結來模擬傳統 SysVinit 的執行等級。左側的「SysVinit Runlevels」代表了舊有系統的七個執行等級，而右側的「systemd Targets」則顯示了 systemd 中對應的目標單元。可以看到，runlevel0.target 指向 poweroff.target，表示關機；runlevel1.target 指向 rescue.target，用於系統急救模式；runlevel2.target、runlevel3.target 和 runlevel4.target 皆指向 multi-user.target，這相當於傳統的多使用者純文字模式；runlevel5.target 指向 graphical.target，代表圖形介面模式；最後，runlevel6.target 指向 reboot.target，用於系統重啟。這種設計確保了舊有腳本和配置能夠在 systemd 環境下繼續運作，同時也為系統管理員提供了更現代化的管理工具。

現代化啟動配置的實踐與管理

在採用 systemd 的 Linux 系統中，傳統的 /etc/inittab 檔案已不再具有實際的啟動功能。儘管該檔案可能仍然存在於系統中，但其內容通常僅包含註釋，說明它已被棄用，並引導使用者轉向 systemd 的目標單元進行配置。例如，對於過去處理 Ctrl-Alt-Delete 組合鍵的行為，現在則由 /etc/systemd/system/ctrl-alt-del.target 來管理。

systemd 強調「目標單元」的概念，這取代了 SysVinit 中的「執行等級」。其中，兩個最核心的目標單元是 multi-user.target（對應傳統的執行等級 3）和 graphical.target（對應傳統的執行等級 5）。要查看當前系統預設啟動的目標單元，可以使用 systemctl get-default 指令。若要變更預設啟動目標，則需執行 systemctl set-default TARGET.target，將 TARGET.target 替換為您希望設定的目標單元名稱。

系統預設目標單元設定流程

@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100

start
:使用者或系統管理員決定啟動目標;
:輸入指令 `systemctl get-default` 查詢當前預設目標;
if (當前預設目標符合需求?) then (是)
  :系統依當前預設目標啟動;
  stop
else (否)
  :輸入指令 `systemctl set-default TARGET.target` 設定新預設目標;
  :系統更新預設目標連結;
  :下次啟動時，系統將依新預設目標啟動;
  stop
endif

@enduml

看圖說話：

此圖示描繪了在 systemd 環境下設定系統預設啟動目標單元的流程。首先，系統管理員或使用者會透過 systemctl get-default 指令來確認當前系統預設的啟動目標。如果該目標符合預期，系統便會按照此設定進行啟動。若不符合，則可透過 systemctl set-default 指令來指定新的目標單元，例如 multi-user.target 或 graphical.target。執行此指令後，系統會更新相應的連結，確保下次開機時，系統會自動載入所設定的新目標單元。這個流程簡潔明瞭，體現了 systemd 在系統啟動管理上的靈活性與易用性，使得管理員能夠精確控制系統的啟動狀態。

系統啟動機制演進與現代化管理

探究 systemd 的核心概念與運作模式

現代 Linux 伺服器在啟動過程中，其核心的變革在於引入了 systemd 這一強大的初始化系統。過去，系統啟動流程依賴於 SysVinit，而 systemd 的出現不僅簡化了這一過程，更提供了更為精細且彈性的服務管理能力。理解 systemd 的「目標單元」（target units）是掌握其啟動機制的關鍵。在系統開機時，systemd 會自動啟用預設的目標單元，通常是 default.target。這個預設目標單元實際上是指向 multi-user.target 或 graphical.target 中的一個。這兩個目標單元分別代表了純文字模式的多使用者環境以及具備圖形使用者介面的環境，為系統的啟動狀態定義了不同的終點。若想深入了解 systemd 所提供的各種工具與其詳細文件，可以在終端機輸入 man -k systemd 指令，便能獲取一份詳盡的實用程式列表及其對應的手冊頁面連結。

承繼與轉型：systemd 與 SysVinit 的兼容性策略

systemd 在設計之初，便充分考慮了與舊有 SysVinit 系統的過渡需求，因此內建了對 SysVinit 的向後兼容性。此舉旨在讓現有的 Linux 發行版能夠平順地從舊有架構轉移至 systemd，避免因大規模的系統變革而影響使用者體驗。儘管「執行等級」（runlevels）並非 systemd 的原生概念，但 systemd 的架構設計允許它模擬並支援執行等級的概念。為此，系統中存在七個專門的目標單元設定檔，用以對應 SysVinit 的七個經典執行等級。

這些目標單元包括：

  • runlevel0.target
  • runlevel1.target
  • runlevel2.target
  • runlevel3.target
  • runlevel4.target
  • runlevel5.target
  • runlevel6.target

這些檔案實際上是符號連結，指向與原始執行等級概念最為接近的 systemd 目標單元。例如，runlevel2.target、runlevel3.target 和 runlevel4.target 都會連結到 multi-user.target。multi-user.target 相當於傳統 SysVinit 中的延伸多使用者模式，表示系統已準備好接受多個使用者同時連線並執行各種服務。而 runlevel5.target 則連結至 graphical.target，代表系統將啟動圖形使用者介面。

系統啟動目標單元關聯圖

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object "SysVinit Runlevels" as SysV {
  Runlevel 0
  Runlevel 1
  Runlevel 2
  Runlevel 3
  Runlevel 4
  Runlevel 5
  Runlevel 6
}

object "systemd Targets" as Systemd {
  poweroff.target
  rescue.target
  multi-user.target
  graphical.target
  reboot.target
}

SysV --> Systemd : Symbolic Link

SysV -- "runlevel0.target" : -> poweroff.target
SysV -- "runlevel1.target" : -> rescue.target
SysV -- "runlevel2.target" : -> multi-user.target
SysV -- "runlevel3.target" : -> multi-user.target
SysV -- "runlevel4.target" : -> multi-user.target
SysV -- "runlevel5.target" : -> graphical.target
SysV -- "runlevel6.target" : -> reboot.target

@enduml

看圖說話：

此圖示展示了 systemd 如何透過符號連結來模擬傳統 SysVinit 的執行等級。左側的「SysVinit Runlevels」代表了舊有系統的七個執行等級，而右側的「systemd Targets」則顯示了 systemd 中對應的目標單元。可以看到，runlevel0.target 指向 poweroff.target，表示關機；runlevel1.target 指向 rescue.target，用於系統急救模式；runlevel2.target、runlevel3.target 和 runlevel4.target 皆指向 multi-user.target，這相當於傳統的多使用者純文字模式；runlevel5.target 指向 graphical.target，代表圖形介面模式；最後，runlevel6.target 指向 reboot.target，用於系統重啟。這種設計確保了舊有腳本和配置能夠在 systemd 環境下繼續運作，同時也為系統管理員提供了更現代化的管理工具。

現代化啟動配置的實踐與管理

在採用 systemd 的 Linux 系統中，傳統的 /etc/inittab 檔案已不再具有實際的啟動功能。儘管該檔案可能仍然存在於系統中，但其內容通常僅包含註釋，說明它已被棄用，並引導使用者轉向 systemd 的目標單元進行配置。例如，對於過去處理 Ctrl-Alt-Delete 組合鍵的行為，現在則由 /etc/systemd/system/ctrl-alt-del.target 來管理。

systemd 強調「目標單元」的概念，這取代了 SysVinit 中的「執行等級」。其中，兩個最核心的目標單元是 multi-user.target（對應傳統的執行等級 3）和 graphical.target（對應傳統的執行等級 5）。要查看當前系統預設啟動的目標單元，可以使用 systemctl get-default 指令。若要變更預設啟動目標，則需執行 systemctl set-default TARGET.target，將 TARGET.target 替換為您希望設定的目標單元名稱。

系統預設目標單元設定流程

@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
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skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
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start
:使用者或系統管理員決定啟動目標;
:輸入指令 `systemctl get-default` 查詢當前預設目標;
if (當前預設目標符合需求?) then (是)
  :系統依當前預設目標啟動;
  stop
else (否)
  :輸入指令 `systemctl set-default TARGET.target` 設定新預設目標;
  :系統更新預設目標連結;
  :下次啟動時，系統將依新預設目標啟動;
  stop
endif

@enduml

看圖說話：

此圖示描繪了在 systemd 環境下設定系統預設啟動目標單元的流程。首先，系統管理員或使用者會透過 systemctl get-default 指令來確認當前系統預設的啟動目標。如果該目標符合預期，系統便會按照此設定進行啟動。若不符合，則可透過 systemctl set-default 指令來指定新的目標單元，例如 multi-user.target 或 graphical.target。執行此指令後，系統會更新相應的連結，確保下次開機時，系統會自動載入所設定的新目標單元。這個流程簡潔明瞭，體現了 systemd 在系統啟動管理上的靈活性與易用性，使得管理員能夠精確控制系統的啟動狀態。

結論：從系統啟動演進，洞見架構轉型的管理智慧

發展視角： 創新與突破視角 字數： 約 245 字

縱觀現代伺服器管理架構的演進，從 SysVinit 到 systemd 的轉變，不僅是技術工具的更迭，更深層次地反映了系統設計哲學的典範轉移。這不僅僅是啟動流程的優化，而是一場關於效率、彈性與未來擴充性的深刻變革。

systemd 透過目標單元（target units）與依賴性管理，取代了 SysVinit 線性、僵化的執行等級（runlevels）思維，實現了啟動並行化與服務管理的精細化，這與現代企業追求敏捷與高可用性的目標不謀而合。然而，其真正的設計智慧在於「兼容並蓄」的轉型策略。透過模擬執行等級，systemd 大幅降低了系統遷移的陣痛與技術債，這對任何面臨組織或技術變革的管理者而言，都是極具參考價值的實踐。對資深管理者而言，關鍵挑戰已非技術本身，而是如何引導團隊擺脫舊有習慣，擁抱這種更具系統性的管理框架。

展望未來，這種從「程序式」管理轉向「宣告式」定義的趨勢將持續深化。精通 systemd 已非加分選項，而是衡量一位系統架構師是否具備現代化思維的關鍵指標。

玄貓認為，深入理解 systemd 背後的設計哲學與系統化思維，遠比單純記憶指令更有價值。這不僅是提升管理效能的途徑，更是培養預見並駕馭未來基礎設施變革的核心能力。