深入剖析 systemd 啟動目標的依賴與層級架構

在現代 Linux 伺服器管理中，systemd 已成為標準的系統與服務管理器，其核心優勢在於以「單位（Unit）」為基礎的依賴性解析模型。相較於傳統 init 腳本的順序執行，systemd 透過宣告式的目標單位（Target Units）來組織啟動流程，實現了更高效的平行化啟動與更清晰的管理架構。理解目標單位，特別是如 multi-user.target 這類關鍵目標的層級結構與依賴關係，不僅是系統管理員進行服務部署與故障排除的基礎，更是進行系統效能調校與客製化啟動流程的關鍵知識。本文將從實際案例出發，拆解其背後的 Wants 與 Requires 依賴機制，建立穩固的 systemd 運作邏輯心智模型。

系統啟動目標的層級架構與依賴關係解析

在現代作業系統的運行機制中，服務單位的啟動與管理是確保系統穩定與功能性的基石。特別是當我們探討如 sshd 這類核心服務時，其啟動時機往往與系統的整體運行狀態緊密關聯。sshd 服務的設定檔中，經常會指定其依賴於 multi-user.target 這個目標單位。這意味著，當系統進入 multi-user.target 的啟動階段時，sshd 服務便會被自動啟動，為遠端連線提供支援。

理解這種目標單位之間的關聯性，對於系統管理員至關重要。我們可以透過 systemctl show 指令來檢視特定目標單位所「期望」啟動的其他單位。例如，要查看 multi-user.target 會啟動哪些依賴單位，可以使用以下指令：

systemctl show --property "Wants" multi-user.target

然而，此指令的原始輸出格式可能不夠友善，常會因內容過長而超出螢幕顯示範圍，且需要手動輸入 q 來退出。為了獲得更清晰、更易於閱讀的結果，我們可以結合 fmt 和 sort 等工具進行輸出格式化，使其以字母順序排列，清晰地呈現所有與 multi-user.target 相關聯的啟動單位：

systemctl show --property "Wants" multi-user.target | fmt -10 | sed 's/Wants=//g' | sort

透過這種方式，我們能清楚地看到，當 multi-user.target 被啟用時，除了 sshd.service 外，還會觸發一系列其他單位，包括服務單位 (service units)、路徑單位 (path units)，甚至其他目標單位 (target units)。這顯示了目標單位實際上是將多個相關單位進行邏輯上的群組化。

依賴關係的嚴謹性：Wants 與 Requires 的區別

目標單位在定義其依賴關係時，主要使用兩種機制：「Wants」與「Requires」。

• Wants：這是一種較為寬鬆的依賴關係。當一個目標單位「Wants」另一個單位時，意味著它會嘗試啟動該單位。即便被「Wants」的單位啟動失敗，原目標單位仍會繼續其自身的啟動流程，不受影響。前述的 systemctl show --property "Wants" 指令所呈現的便是此類關係。

• Requires：相較之下，「Requires」則是一種更為嚴謹且關鍵的依賴。如果一個目標單位「Requires」另一個單位，那麼後者必須成功啟動，否則整個目標單位及其所有相關聯的單位都將被視為失敗並停止運行。這種情況可能導致嚴重的系統不穩定。

我們可以透過以下指令來檢視 multi-user.target 的「Requires」依賴，通常其數量會比「Wants」少得多，且直接關係到目標單位的存活：

systemctl show --property "Requires" multi-user.target

此指令的輸出結果通常會顯示 Requires=basic.target，表明 basic.target 是 multi-user.target 啟動的必要條件。

目標單位的配置細節

目標單位的配置檔案，與服務單位的配置檔案一樣，也遵循一定的結構。以 /lib/systemd/system/multi-user.target 為例，其內容揭示了目標單位的運作邏輯：

# This file is part of systemd.
#
...
[Unit]
Description=Multi-User
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=basic.target
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=basic.target rescue.service rescue.target
AllowIsolate=yes

其中，幾個關鍵的配置選項解釋如下：

• Description：提供該目標單位的簡要描述，方便識別其功能。
• Documentation：指向相關的系統手冊頁，提供更深入的技術資訊。
• Requires：定義了此目標單位啟動時必須同時成功啟動的依賴單位。若任一「Requires」的單位失敗，則此目標單位也將失敗。
• Conflicts：設定了相互排斥的單位。當此目標單位啟動時，列表中指定的單位將被停止；反之亦然。這用於避免服務之間的衝突。
• After：指定了啟動順序。該目標單位必須在「After」列表中指定的單位成功啟動後才能啟動。
• AllowIsolate：一個布林值設定（yes 或 no）。若設為 yes，則在啟動此目標單位及其依賴項時，系統會將所有其他非相關的單位停用，達到隔離執行的效果。

理解這些目標單位及其依賴關係，是掌握系統啟動流程、診斷服務問題以及進行系統優化的重要環節。

@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

package "系統啟動架構" {
  rectangle "multi-user.target" as multi_user_target {
    rectangle "sshd.service" as sshd
    rectangle "basic.target" as basic_target
    rectangle "rescue.service" as rescue_service
    rectangle "rescue.target" as rescue_target
    rectangle "irqbalance.service" as irqbalance
    rectangle "firewalld.service" as firewalld
    rectangle "plymouth-quit.service" as plymouth_quit
    rectangle "systemd-update-utmp-runlevel.service" as update_utmp
    rectangle "auditd.service" as auditd
    rectangle "avahi-daemon.service" as avahi_daemon
    rectangle "chronyd.service" as chronyd
    rectangle "crond.service" as crond
  }

  multi_user_target ..> sshd : Wants
  multi_user_target ..> basic_target : Requires
  multi_user_target ..> rescue_service : Conflicts
  multi_user_target ..> rescue_target : Conflicts
  multi_user_target ..> basic_target : After
  multi_user_target ..> rescue_service : After
  multi_user_target ..> rescue_target : After

  multi_user_target ..> irqbalance : Wants
  multi_user_target ..> firewalld : Wants
  multi_user_target ..> plymouth_quit : Wants
  multi_user_target ..> update_utmp : Wants
  multi_user_target ..> auditd : Wants
  multi_user_target ..> avahi_daemon : Wants
  multi_user_target ..> chronyd : Wants
  multi_user_target ..> crond : Wants
}

note left of multi_user_target
  目標單位：
  - 整合多個服務與單位
  - 定義啟動順序與依賴
end note

note right of sshd
  服務單位：
  - 提供特定功能
  - 如 SSH 遠端存取
end note

note bottom of basic_target
  基礎目標：
  - 系統運行所需的基本環境
  - 必須成功啟動
end note

@enduml

看圖說話：

此圖示描繪了系統啟動架構中的核心概念，特別是 multi-user.target 的角色。圖中，「系統啟動架構」是一個包裝，內部包含了 multi-user.target 這個主要的目標單位。multi-user.target 透過不同的箭頭和標籤，展示了它與其他單位之間的複雜關係。例如，sshd.service 被標示為 Wants，表示 multi-user.target 會嘗試啟動它，但即使 sshd 啟動失敗，multi-user.target 仍能繼續運行。相對地，basic.target 被標示為 Requires，這意味著 basic.target 的成功啟動是 multi-user.target 順利運行的絕對前提；若 basic.target 失敗，則 multi-user.target 也將失效。此外，Conflicts 和 After 關係也清晰地展示了單位的啟動順序和互斥性，例如 multi-user.target 與 rescue.service、rescue.target 之間存在衝突，並且需要在 basic.target、rescue.service、rescue.target 之後啟動。圖中還列出了其他被 multi-user.target Wants 的服務，如 irqbalance.service、firewalld.service 等，這些都共同構成了系統在多使用者模式下正常運行的基礎。左側的註記解釋了目標單位的整合功能，右側則點明了服務單位的具體作用，底部則強調了基礎目標的重要性。

發展視角： 領導藝術視角 結論：

縱觀現代系統架構的複雜生態，systemd 的目標單位設計不僅是技術層面的啟動機制，更體現了一種精密的管理哲學。它將單純的服務啟動，提升至「狀態定義」的策略層次，如同領導者設定清晰的團隊目標，將零散的個人任務整合成具備特定功能的戰略單位。

其中，Wants 與 Requires 的區別，正是系統韌性與資源配置的關鍵取捨：前者賦予系統彈性，容許非核心支援的缺席；後者則確保了核心功能的絕對穩定，如同專案中的關鍵路徑，不容有失。深入理解 After 與 Conflicts 等指令，更是將理論知識轉化為實務診斷與客製化能力的證明，讓管理者能精準編排這支複雜的「服務交響樂」，而非僅僅被動回應問題。

隨著雲端原生與微服務架構的普及，這種以宣告式依賴為基礎的管理思維，其重要性將超越單一作業系統，成為構建與維運複雜系統的通用典範。玄貓認為，對於追求高可用性與韌性的架構師而言，精準掌握這套依賴關係的語言，不僅是解決啟動問題的技巧，更是從「維運者」晉升為「系統設計師」的必經之路。