浅析 Linux 初始化 init 系统，第 2 部分 UpStart 简介与概念

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Upstart 简介假如您使用的 Linux 发行版是 Ubuntu，很可能会发现在您的计算机上找不到/etc/inittab 文件了，这是因为 Ubuntu 使用了一种被称为 upstart 的新型 init 系统。
开发 Upstart 的缘由大约在 2006 年或者更早的时候， Ubuntu 开发人员试图将 Linux 安装在笔记本电脑上。在这期间技术人员发现经典的 sysvinit 存在一些问题：它不适合笔记本环境。这促使程序员 Scott James Remnant 着手开发 upstart。
当 Linux 内核进入 2.6 时代时，内核功能有了很多新的更新。新特性使得 Linux    不仅是一款优秀的服务器操作系统，也可以被用于桌面系统，甚至嵌入式设备。桌面系统或便携式设备的一个特点是经常重启，而且要频繁地使用硬件热插拔技术。在现代计算机系统中，硬件繁多、接口有限，人们并非将所有设备都始终连接在计算机上，比如 U 盘平时并不连接电脑，使用时才插入 USB 插口。因此，当系统上电启动时，一些外设可能并没有连接。而是在启动后当需要的时候才连接这些设备。在 2.6 内核支持下，一旦新外设连接到系统，内核便可以自动实时地发现它们，并初始化这些设备，进而使用它们。这为便携式设备用户提供了很大的灵活性。
可是这些特性为 sysvinit 带来了一些挑战。当系统初始化时，需要被初始化的设备并没有连接到系统上；比如打印机。为了管理打印任务，系统需要启动 CUPS 等服务，而如果打印机没有接入系统的情况下，启动这些服务就是一种浪费。Sysvinit 没有办法处理这类需求，它必须一次性把所有可能用到的服务都启动起来，即使打印机并没有连接到系统，CUPS 服务也必须启动。
还有网络共享盘的挂载问题。在/etc/fstab 中，可以指定系统自动挂载一个网络盘，比如 NFS，或者 iSCSI 设备。在本文的第一部分 sysvinit 的简介中可以看到，sysvinit 分析/etc/fstab 挂载文件系统这个步骤是在网络启动之前。可是如果网络没有启动，NFS 或者 iSCSI 都不可访问，当然也无法进行挂载操作。Sysvinit 采用 netdev 的方式来解决这个问题，即/etc/fstab 发现 netdev 属性挂载点的时候，不尝试挂载它，在网络初始化并使能之后，还有一个专门的 netfs 服务来挂载所有这些网络盘。这是一个不得已的补救方法，给管理员带来不便。部分新手管理员甚至从来也没有听说过 netdev 选项，因此经常成为系统管理的一个陷阱。
针对以上种种情况，Ubuntu 开发人员在评估了当时的几个可选 init 系统之后，决定重新设计和开发一个全新的 init 系统，即 UpStart。UpStart 基于事件机制，比如 U 盘插入 USB 接口后，udev 得到内核通知，发现该设备，这就是一个新的事件。UpStart 在感知到该事件之后触发相应的等待任务，比如处理/etc/fstab 中存在的挂载点。采用这种事件驱动的模式，upstart 完美地解决了即插即用设备带来的新问题。
此外，采用事件驱动机制也带来了一些其它有益的变化，比如加快了系统启动时间。sysvinit 运行时是同步阻塞的。一个脚本运行的时候，后续脚本必须等待。这意味着所有的初始化步骤都是串行执行的，而实际上很多服务彼此并不相关，完全可以并行启动，从而减小系统的启动时间。在 Linux 大量应用于服务器的时代，系统启动时间也许还不那么重要；然而对于桌面系统和便携式设备，启动时间的长短对用户体验影响很大。此外云计算等新的 Server 端技术也往往需要单个设备可以更加快速地启动。
UpStart 满足了这些需求，目前不仅桌面系统 Ubuntu 采用了 UpStart，甚至企业级服务器级的 RHEL 也默认采用 UpStart 来替换 sysvinit 作为 init 系统。
Upstart 的特点UpStart 解决了之前提到的 sysvinit 的缺点。采用事件驱动模型，UpStart 可以：

• 更快地启动系统
• 当新硬件被发现时动态启动服务
• 硬件被拔除时动态停止服务

这些特点使得 UpStart 可以很好地应用在桌面或者便携式系统中，处理这些系统中的动态硬件插拔特性。
Upstart 概念和术语Upstart 的基本概念和设计清晰明确。UpStart 主要的概念是 job 和 event。Job 就是一个工作单元，用来完成一件工作，比如启动一个后台服务，或者运行一个配置命令。每个 Job 都等待一个或多个事件，一旦事件发生，upstart 就触发该 job 完成相应的工作。
JobJob 就是一个工作的单元，一个任务或者一个服务。可以理解为 sysvinit 中的一个服务脚本。有三种类型的工作：

• task job；
• service job；
• abstract job；

task job 代表在一定时间内会执行完毕的任务，比如删除一个文件；
service job 代表后台服务进程，比如 apache httpd。这里进程一般不会退出，一旦开始运行就成为一个后台精灵进程，由 init 进程管理，如果这类进程退出，由 init 进程重新启动，它们只能由 init 进程发送信号停止。它们的停止一般也是由于所依赖的停止事件而触发的，不过 upstart 也提供命令行工具，让管理人员手动停止某个服务；
Abstract job 仅由 upstart 内部使用，仅对理解 upstart 内部机理有所帮助。我们不用关心它。
除了以上的分类之外，还有另一种工作（Job）分类方法。Upstart 不仅可以用来为整个系统的初始化服务，也可以为每个用户会话（session）的初始化服务。系统的初始化任务就叫做 system job，比如挂载文件系统的任务就是一个 system job；用户会话的初始化服务就叫做 session job。
Job 生命周期Upstart 为每个工作都维护一个生命周期。一般来说，工作有开始，运行和结束这几种状态。为了更精细地描述工作的变化，Upstart 还引入了一些其它的状态。比如开始就有开始之前(pre-start)，即将开始(starting)和已经开始了(started)几种不同的状态，这样可以更加精确地描述工作的当前状态。
工作从某种初始状态开始，逐渐变化，或许要经历其它几种不同的状态，最终进入另外一种状态，形成一个状态机。在这个过程中，当工作的状态即将发生变化的时候，init 进程会发出相应的事件（event）。
表 1.Upstart 中 Job 的可能状态状态名含义Waiting初始状态StartingJob 即将开始pre-start执行 pre-start 段，即任务开始前应该完成的工作Spawned准备执行 script 或者 exec 段post-start执行 post-start 动作Runninginterim state set after post-start section processed denoting job is running (But it may have no associated PID!)pre-stop执行 pre-stop 段Stoppinginterim state set after pre-stop section processedKilled任务即将被停止post-stop执行 post-stop 段
图 1 展示了 Job 的状态机。
图 1. Job’s life cycle其中有四个状态会引起 init 进程发送相应的事件，表明该工作的相应变化：

• Starting
• Started
• Stopping
• Stopped

而其它的状态变化不会发出事件。那么我们接下来就来看看事件的详细含义吧。
事件 Event顾名思义，Event 就是一个事件。事件在 upstart 中以通知消息的形式具体存在。一旦某个事件发生了，Upstart 就向整个系统发送一个消息。没有任何手段阻止事件消息被 upstart 的其它部分知晓，也就是说，事件一旦发生，整个 upstart 系统中所有工作和其它的事件都会得到通知。
Event 可以分为三类: signal，methods 或者 hooks。
Signals
Signal 事件是非阻塞的，异步的。发送一个信号之后控制权立即返回。
Methods
Methods 事件是阻塞的，同步的。
Hooks
Hooks 事件是阻塞的，同步的。它介于 Signals 和 Methods 之间，调用发出 Hooks 事件的进程必须等待事件完成才可以得到控制权，但不检查事件是否成功。
事件是个非常抽象的概念，下面我罗列出一些常见的事件，希望可以帮助您进一步了解事件的含义：

• 系统上电启动，init 进程会发送"start"事件
• 根文件系统可写时，相应 job 会发送文件系统就绪的事件
• 一个块设备被发现并初始化完成，发送相应的事件
• 某个文件系统被挂载，发送相应的事件
• 类似 atd 和 cron，可以在某个时间点，或者周期的时间点发送事件
• 另外一个 job 开始或结束时，发送相应的事件
• 一个磁盘文件被修改时，可以发出相应的事件
• 一个网络设备被发现时，可以发出相应的事件
• 缺省路由被添加或删除时，可以发出相应的事件

不同的 Linux 发行版对 upstart 有不同的定制和实现，实现和支持的事件也有所不同，可以用man 7 upstart-events来查看事件列表。