systemd: là gì, hoạt động ra sao và cách quản lý dịch vụ trong Linux

systemd là hệ thống khởi tạo và trình quản lý dịch vụ được dùng trong đa số bản phân phối Linux hiện đại: Debian, Ubuntu, Fedora, RHEL và các bản dẫn xuất. Sau khi tải xong, kernel khởi chạy systemd như tiến trình đầu tiên với PID 1, rồi systemd bật mạng, gắn ổ đĩa, khởi động web server, cơ sở dữ liệu và mọi thứ còn lại. Nói ngắn gọn, systemd là "bộ điều phối" biết dịch vụ nào phải chạy, khởi động theo thứ tự nào và phải làm gì khi một dịch vụ bị lỗi.

Kiểm tra xem hệ thống có dùng systemd không rất đơn giản:

$ ps -p 1 -o comm=
systemd

Vì sao cần systemd

Trước đây Linux dùng SysV init: một tập các script shell trong /etc/init.d/ được chạy lần lượt. Cách này dễ hiểu nhưng chậm và dễ hỏng. Mỗi script tự ghi tệp PID, tự quyết định cách kiểm tra tiến trình còn sống không, và việc tự khởi động lại dịch vụ bị lỗi phải tự viết thêm.

systemd giải quyết các vấn đề này theo cách tập trung:

• Khởi động song song. Các dịch vụ không phụ thuộc nhau được khởi động cùng lúc, nên máy khởi động nhanh hơn.
• Phụ thuộc và thứ tự. Mô tả dịch vụ nêu rõ nó cần gì (ví dụ mạng) và phải chạy sau cái gì.
• Giám sát. systemd biết mọi tiến trình của dịch vụ nhờ cgroups và có thể khởi động lại dịch vụ khi lỗi.
• Nhật ký thống nhất. Đầu ra của mọi dịch vụ được journald thu thập, và đọc nhật ký bằng một lệnh.
• Giao diện thống nhất. Mọi dịch vụ quản lý giống nhau: systemctl start|stop|restart|status.

Ngoài trình quản lý dịch vụ, dự án systemd còn có các thành phần: journald (nhật ký), logind (phiên người dùng), timesyncd (đồng bộ thời gian), resolved (DNS), networkd (mạng). Không phải bản phân phối nào cũng dùng tất cả, nhưng systemd làm PID 1 và journald thì gần như có ở mọi nơi.

Unit: systemd được cấu thành từ gì

Mọi thứ systemd quản lý đều được mô tả bằng unit. Unit là một tệp văn bản theo định dạng INI, loại unit được xác định bởi đuôi tệp.

Tệp unit nằm ở đâu

Tệp unit được lưu ở nhiều thư mục, và chúng có thứ tự ưu tiên:

• /usr/lib/systemd/system/ (trên Debian và Ubuntu cũng có /lib/systemd/system/) — unit do gói cài đặt. Không nên sửa trực tiếp: cập nhật gói sẽ ghi đè thay đổi.
• /etc/systemd/system/ — unit và cấu hình ghi đè của quản trị viên. Ưu tiên cao nhất.
• /run/systemd/system/ — unit tạm thời tạo trong lúc hệ thống đang chạy.

Để xem nội dung cuối cùng của một unit cùng mọi ghi đè, dùng systemctl cat nginx.service.

Target thay cho runlevel

Các runlevel cũ đã được thay bằng target. multi-user.target là chế độ máy chủ thông thường không có giao diện đồ họa, graphical.target có giao diện đồ họa, rescue.target là chế độ khôi phục một người dùng. Target mặc định hiển thị bằng systemctl get-default, đổi bằng systemctl set-default multi-user.target.

systemctl: quản lý dịch vụ

systemctl là công cụ chính để làm việc với systemd. Hầu hết lệnh thay đổi trạng thái hệ thống và cần sudo.

Đọc systemctl status thế nào

$ systemctl status nginx
● nginx.service - A high performance web server and a reverse proxy server
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/nginx.service; enabled; preset: enabled)
     Active: active (running) since Mon 2026-10-12 09:14:03 UTC; 2h 5min ago
       Docs: man:nginx(8)
   Main PID: 812 (nginx)
      Tasks: 3 (limit: 2307)
     Memory: 6.1M
        CPU: 154ms
     CGroup: /system.slice/nginx.service
             ├─812 "nginx: master process /usr/sbin/nginx -g daemon on; master_process on;"
             ├─813 "nginx: worker process"
             └─814 "nginx: worker process"

Dòng Loaded cho biết tệp unit lấy từ đâu và tự khởi động có bật hay không (enabled). Dòng Active là trạng thái hiện tại: active (running), inactive (dead) hoặc failed. Khối CGroup liệt kê mọi tiến trình của dịch vụ — chính nhờ đó systemd biết tiến trình nào thuộc về dịch vụ.

enable khác start ở điểm nào

Đây là chỗ hay nhầm lẫn. start chạy dịch vụ ngay bây giờ, nhưng sau khi khởi động lại máy nó sẽ không tự chạy. enable tạo liên kết mềm trong thư mục của target (ví dụ /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/), nhờ đó dịch vụ khởi động cùng hệ thống, nhưng lúc này nó chưa chạy. Thường cần cả hai — dùng enable --now.

Còn trạng thái thứ ba là mask. systemctl mask service liên kết unit với /dev/null, và không thể chạy nó bằng tay hay như phụ thuộc. Hữu ích khi cần chắc chắn dịch vụ bị tắt hẳn.

journalctl: nhật ký dịch vụ

Mọi thứ dịch vụ ghi ra stdout và stderr đều được systemd-journald thu lại và lưu vào nhật ký nhị phân cùng siêu dữ liệu: tên unit, PID, mức độ, thời gian. Đọc nhật ký bằng journalctl.

journalctl -u nginx              # nhật ký của một dịch vụ
journalctl -u nginx -f           # theo dõi theo thời gian thực, như tail -f
journalctl -u nginx --since "1 hour ago"
journalctl -u nginx -n 50        # 50 dòng gần nhất
journalctl -b                    # từ lần khởi động hiện tại
journalctl -b -1                 # lần khởi động trước
journalctl -p err -b             # chỉ lỗi trở lên nghiêm trọng
journalctl -k                    # thông điệp của kernel
journalctl --disk-usage          # nhật ký chiếm bao nhiêu dung lượng

Tùy chọn -p lọc theo mức ưu tiên của syslog: emerg, alert, crit, err, warning, notice, info, debug. Mức được chỉ định bao gồm cả mọi mức nghiêm trọng hơn.

Nhật ký sau khi khởi động lại

Nếu thư mục /var/log/journal không tồn tại và /etc/systemd/journald.conf có Storage=auto, nhật ký chỉ được giữ trong bộ nhớ (/run/log/journal) và mất khi khởi động lại. Để giữ lâu dài, đặt Storage=persistent hoặc tạo thư mục rồi khởi động lại journald. Dung lượng giới hạn bởi tham số SystemMaxUse=, còn dọn nhật ký cũ bằng journalctl --vacuum-time=2weeks hoặc --vacuum-size=500M.

journald thường đi kèm rsyslog: journald chuyển thông điệp cho rsyslog, còn rsyslog ghi các tệp văn bản truyền thống vào /var/log/ và có thể gửi nhật ký tới máy chủ tập trung.

Tự khởi động dịch vụ của riêng bạn: ví dụ unit-file

Giả sử bạn có một ứng dụng — script hoặc file nhị phân — cần chạy liên tục, tự khởi động khi bật máy và tự chạy lại khi bị lỗi. Tạo tệp /etc/systemd/system/myapp.service:

[Unit]
Description=My web application
After=network-online.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=simple
User=myapp
Group=myapp
WorkingDirectory=/opt/myapp
EnvironmentFile=/etc/myapp/env
ExecStart=/opt/myapp/bin/server --port 8080
Restart=on-failure
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Phân tích các phần:

• [Unit] — mô tả và phụ thuộc. After= chỉ đặt thứ tự, Wants= là phụ thuộc mềm (kéo unit lên nhưng không lỗi nếu nó không khởi động được). Phụ thuộc cứng là Requires=.
• [Service] — cách chạy. Type=simple nghĩa là tiến trình trong ExecStart chính là dịch vụ và không tự chuyển ra nền. User= chạy bằng người dùng không có đặc quyền. Restart=on-failure khởi động lại dịch vụ nếu nó thoát với lỗi, sau RestartSec giây.
• [Install] — việc enable sẽ làm. WantedBy=multi-user.target nghĩa là "chạy khi khởi động thông thường".

Áp dụng:

sudo useradd --system --no-create-home --shell /usr/sbin/nologin myapp
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now myapp
systemctl status myapp
journalctl -u myapp -f

Lỗi thường gặp trong unit-file

• Đường dẫn tương đối trong ExecStart. Đường dẫn tới chương trình phải là tuyệt đối. systemd không tìm lệnh trong PATH của người dùng như shell vẫn làm.
• Quên daemon-reload. Sau khi sửa tệp, systemd vẫn dùng bản cũ và cảnh báo về điều này trong status.
• Daemon tự chuyển ra nền. Nếu chương trình tự fork nhưng lại khai báo Type=simple, systemd sẽ nghĩ dịch vụ đã kết thúc. Hoặc chạy chương trình ở chế độ foreground, hoặc dùng Type=forking cùng PIDFile=.
• Biến môi trường từ profile. Dịch vụ không đọc ~/.bashrc và /etc/profile. Biến được đặt qua Environment= hoặc EnvironmentFile=.

Ghi đè mà không sửa unit của gói

Để thay đổi tham số của dịch vụ do gói cung cấp mà không sửa tệp của nó, dùng drop-in:

sudo systemctl edit nginx

Trình soạn thảo sẽ mở ra, và thay đổi được lưu vào /etc/systemd/system/nginx.service.d/override.conf. Ví dụ bạn có thể thêm [Service] và Restart=always. Khi thoát khỏi trình soạn thảo, systemd tự đọc lại cấu hình.

Timer systemd thay cho cron

Timer là unit chạy dịch vụ cùng tên theo lịch. So với cron, ưu điểm là nhật ký của tác vụ nằm trong journal, có thể khai báo phụ thuộc, và các lần chạy bị bỏ lỡ có thể được bù (Persistent=true). Ví dụ sao lưu hằng ngày:

# /etc/systemd/system/backup.service
[Unit]
Description=Nightly backup

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/local/bin/backup.sh

# /etc/systemd/system/backup.timer
[Unit]
Description=Run backup daily

[Timer]
OnCalendar=*-*-* 03:00:00
Persistent=true

[Install]
WantedBy=timers.target

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now backup.timer
systemctl list-timers

Kiểm tra biểu thức OnCalendar bằng systemd-analyze calendar "*-*-* 03:00:00" — lệnh sẽ cho biết lần chạy tiếp theo là khi nào.

Chẩn đoán thời gian khởi động

systemd lưu thời điểm khởi động của từng unit, nên rất dễ tìm nguyên nhân khi máy khởi động chậm:

systemd-analyze                  # tổng thời gian khởi động
systemd-analyze blame            # các unit, sắp xếp theo thời gian khởi động
systemd-analyze critical-chain   # chuỗi làm chậm quá trình khởi động
systemd-analyze verify /etc/systemd/system/myapp.service   # kiểm tra unit-file

Tóm lại

systemd là PID 1 và trình quản lý dịch vụ của Linux hiện đại. Nó mô tả mọi thứ bằng unit, được điều khiển bằng systemctl, thu thập nhật ký vào journal mà journalctl đọc, và có thể chạy tác vụ bằng timer thay cho cron. Để dùng thành thạo, chỉ cần nắm status, enable --now, journalctl -u và viết được một unit-file đơn giản với Restart=on-failure. systemd, journald và ghi nhật ký đều được thực hành trong khóa học Linux.