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。采用时间驱动模型，UpStart可以：

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

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）。

Upstart中Job的可能状态

展示了 Job 的状态机

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

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。

Upstart在机器启动时的执行过程

在机器做完那些加载内核，挂载跟目录等工作后，操作系统会调用 /sbin/init 来接管后续的服务启动过程。

• init 启动后马上发出第一个事件 startup

• hostname，mountall 会被 startup 事件触发（在 /etc/init 目录下 grep startup * 就可以看到了！)，也就是一启动就开始分别设置 hostname 和 挂载硬盘。

  在 mountall.conf 里可以看到它主要运行了 mountall 程序，这个程序会读取 /lib/init/fstab 和 /etc/fstab 里的配置，按顺序挂载。其中 /lib/init/fstab 里的都是像 /proc /sys 这样的虚拟磁盘。

  mountall 会发出很多可以触发 Upstart 的事件：

    emits virtual-filesystems
    emits local-filesystems
    emits remote-filesystems
    emits all-swaps
    emits filesystem
    emits mounting
    emits mounted

  每挂载好一个磁盘都会发出一个 mounted 事件，当挂载完 /lib/init/fstab 里的虚拟磁盘后会发出 virtual-filesystems 事件，mountall 继续处理 /etc/fstab 里的配置，期间会发出 remote-filesystems, all-swaps等事件，全部处理完后会发送 local-filesystems 和 filesystem 事件。

  也就是说，当 Upstart 接收到 filesystem 事件时，配置文件中的磁盘已经挂载好了。

  mountall 发出的很多事件，有些是以阻塞的方式发出的，也就是在 mountall 过程中有些别的任务已经被触发并且可能已经完成了。

• udev.conf 在接收到 virtual-filesystem 时出发，这是一个管理 /dev 下的设备描述的程序。

  • udev 导致 upstart-udev-bridge 任务执行，这个任务会设置好 127.0.0.0 这个网络回路地址。
  • udev 和 filesystem 事件还是开始网络设置的前提。

• 在设置网络之前，ufw 的配置也会准备就绪。

• 网络和文件系统都准备好后出发 rc-sysinit.conf 里的脚本执行，里面其实就是打开 telinit 程序并传入一个2作为参数，这个程序发出 runlevel 事件。

  • rc.conf 会被 runlevel 事件触发，它会调用 /etc/init.d/rc 2 ， 这是兼容传统 init 的关键步骤。
  • 其他 job 也会被 runlevel 事件触发，例如 cron、ssh、irqbalance 等。

Upstart小结

可以看到，UpStart 的设计比 SysVInit 更加先进。多数 Linux 发行版上已经不再使用 SysVInit，一部分发行版采用了 UpStart，比如 Ubuntu；而另外一些比如 Fedora，采用了一种被称为 systemd 的 init 系统。Systemd 出现的比 UpStart 更晚，但发展迅速，虽然 UpStart 也还在积极开发并被越来越多地应用，但 systemd 似乎发展更快，我将在下一篇文章中再介绍 systemd。