近年来，Linux 系统的 init 进程经历了两次重大的演进，传统的 sysvinit 已经淡出历史舞台，新系统 UpStart 和 systemd 各有特点，而越来越多的 Linux 发行版采纳了 systemd。本文简要介绍了这三种 init 系统的使用和原理，每个 Linux 系统管理员和系统软件开发者都应该了解它们，以便更好地管理系统和开发应用。本文是系列的第二部分，主要讲述 UpStart 的特点和使用。

　　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。

　　Job

　　Job 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

　　图 1 展示了 Job 的状态机。

　　图 1. Job’s life cycle

　　image003 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。

　　Job 和 Event 的相互协作

　　Upstart 就是由事件触发工作运行的一个系统，每一个程序的运行都由其依赖的事件发生而触发的。 系统初始化的过程是在工作和事件的相互协作下完成的，可以大致描述如下：系统初始化时，init 进程开始运行，init 进程自身会发出不同的事件，这些最初的事件会触发一些工作运行。每个工作运行过程中会释放不同的事件，这些事件又将触发新的工作运行。如此反复，直到整个系统正常运行起来。 究竟哪些事件会触发某个工作的运行？这是由工作配置文件定义的。

　　工作配置文件

　　任何一个工作都是由一个工作配置文件（Job Configuration File）定义的。这个文件是一个文本文件，包含一个或者多个小节（stanza）。每个小节是一个完整的定义模块，定义了工作的一个方面，比如 author 小节定义了工作的作者。工作配置文件存放在/etc/init 下面，是以.conf 作为文件后缀的文件。

　　清单 1. 一个最简单的工作配置文件

　　#This is a simple demo of Job Configure file

　　#This line is comment, start with #

　　#Stanza 1, The author

　　author “Liu Ming”

　　#Stanza 2, Description

　　description “This job only has author and description, so no use, just a demo”

　　上面的例子不会产生任何作用，一个真正的工作配置文件会包含很多小节，其中比较重要的小节有以下几个： “expect” Stanza Upstart 除了负责系统的启动过程之外，和 SysVinit 一样，Upstart 还提供一系列的管理工具。当系统启动之后，管理员可能还需要进行维护和调整，比如启动或者停止某项系统服务。或者将系统切换到其它的工作状态，比如改变运行级别。本文后续将详细介绍 Upstart 的管理工具的使用。 为了启动，停止，重启和查询某个系统服务。Upstart 需要跟踪该服务所对应的进程。比如 httpd 服务的进程 PID 为 1000。当用户需要查询 httpd 服务是否正常运行时，Upstart 就可以利用 ps 命令查询进程 1000，假如它还在正常运行，则表明服务正常。当用户需要停止 httpd 服务时，Upstart 就使用 kill 命令终止该进程。为此，Upstart 必须跟踪服务进程的进程号。 部分服务进程为了将自己变成后台精灵进程(daemon)，会采用两次派生(fork)的技术，另外一些服务则不会这样做。假如一个服务派生了两次，那么 UpStart 必须采用第二个派生出来的进程号作为服务的 PID。但是，UpStart 本身无法判断服务进程是否会派生两次，为此在定义该服务的工作配置文件中必须写明 expect 小节，告诉 UpStart 进程是否会派生两次。 Expect 有两种，”expect fork”表示进程只会 fork 一次；”expect daemonize”表示进程会 fork 两次。 “exec” Stanza 和”script” Stanza 一个 UpStart 工作一定需要做些什么，可能是运行一条 shell 命令，或者运行一段脚本。用”exec”关键字配置工作需要运行的命令；用”script”关键字定义需要运行的脚本。 清单 2 显示了 exec 和 script 的用法：

　　清单 2.script 例子

　　# mountall.conf

　　description “Mount filesystems on boot”

　　start on startup

　　stop on starting rcS

　　...

　　script

　　. /etc/default/rcS

　　[ -f /forcefsck ] && force_fsck=”--force-fsck”

　　[ “$FSCKFIX”=”yes” ] && fsck_fix=”--fsck-fix”

　　...

　　exec mountall –daemon $force_fsck $fsck_fix

　　end script

　　...

　　这是 mountall 的例子，该工作在系统启动时运行，负责挂载所有的文件系统。该工作需要执行复杂的脚本，由”script”关键字定义；在脚本中，使用了 exec 来执行 mountall 命令。 “start on” Stanza 和”stop on” Stanza “start on”定义了触发工作的所有事件。”start on”的语法很简单，如下所示： start on EVENT [[KEY=]VALUE]… [and|or...] EVENT 表示事件的名字，可以在 start on 中指定多个事件，表示该工作的开始需要依赖多个事件发生。多个事件之间可以用 and 或者 or 组合，”表示全部都必须发生”或者”其中之一发生即可”等不同的依赖条件。除了事件发生之外，工作的启动还可以依赖特定的条件，因此在 start on 的 EVENT 之后，可以用 KEY=VALUE 来表示额外的条件，一般是某个环境变量(KEY)和特定值(VALUE)进行比较。如果只有一个变量，或者变量的顺序已知，则 KEY 可以省略。 “stop on”和”start on”非常类似，只不过是定义工作在什么情况下需要停止。 代码清单 3 是”start on”和”stop on”的一个例子。

　　清单 3. start on/ stop on 例子

　　#dbus.conf

　　description     “D-Bus system message bus”

　　start on local-filesystems

　　stop on deconfiguring-networking

　　…

　　D-Bus 是一个系统消息服务，上面的配置文件表明当系统发出 local-filesystems 事件时启动 D-Bus；当系统发出 deconfiguring-networking 事件时，停止 D-Bus 服务。