systemdとPID 1

電源投入直後は、マザーボードのファームウェアが起動するデバイスを選びます。続いて、OSを読み込むプログラムであるブートローダーがLinuxカーネルをRAMへ配置します。カーネルはハードウェアを初期化し、ユーザー空間で最初に動くプログラムを探します。

Linuxのディレクトリツリーは、一番上にあるディレクトリを起点にします。このディレクトリをrootと呼び、パスでは/と表します。rootを含むファイルシステムがrootファイルシステムです。initramfsinitramfs起動中に一時的なrootファイルシステムとして使い、ストレージを読み出す準備をする小さなユーザー空間。は、起動中に一時的なrootファイルシステムとして使われます。ストレージを読み出す準備が終わると、PID 1は/usrや/etcを含むrootファイルシステムへ切り替えます。

終了した子プロセスの情報を誰も受け取らないと、カーネルのプロセス表に終了状態が残り続けます。数が増えれば、新しいプロセスを作る妨げになります。

子プロセスが終了すると、カーネルは終了コードやCPU使用時間などを保持し、親へSIGCHLDを送ります。親がwait系のシステムコールで情報を読むまで残る状態をゾンビプロセスゾンビプロセス実行は終わっているが、親が終了状態をまだ受け取っていないプロセス。と呼びます。親が先に終了していれば、最も近いsubreapersubreaper孤児になった子孫プロセスを、PID 1より手前で引き取るよう指定されたプロセス。かPID 1が子を引き取ります。親がSIGCHLDをSIG_IGNに設定するか、SA_NOCLDWAITを使う場合は、カーネルが終了した子を自動で回収します。

従来のdaemondaemonデーモンシステムを監視したり、ほかのプロセスへ機能を提供したりするプロセス。は、起動元のプロセスから独立するためにforkを重ね、主プロセスのPIDをファイルへ記録することがありました。補助プロセスが増えると、一つのPIDだけでは、停止すべきプロセスやサービス全体の使用量を判断できません。

第07章で説明したcgroupは、複数のプロセスを階層的なグループとして管理するカーネルの仕組みです。systemdはservice unitごとにcgroupを作ります。forkした子も同じcgroupへ残るため、サービス全体を停止し、CPUやメモリの使用量をまとめて制御できます。

systemdが作るcgroup階層では、system.sliceなどのsliceが複数のunitをまとめます。serviceとscopeは、その下でプロセスを保持します。この形は、cgroup v2で原則として内部ノードへプロセスを置かない規則に対応しています。

cgroup階層は、複数の管理プログラムが同じ場所を書き換えると整合を保てません。systemdは階層全体を管理し、コンテナを起動するソフトウェアなどへ一部を任せる場合は、Delegate=で操作できる部分木を明示します。

通常のネットワークサービスは、起動後にsocket()、bind()、listen()を呼んで接続を待ちます。この順序では、サービスの起動が終わるまで接続を受けられません。使われる可能性が低いサービスも、待ち受けを始めるためだけに常時起動しておくことになります。

socket activationsocket activationサービスより先に待ち受けsocketを用意し、接続を契機にサービスを起動する方法。では、systemdが待ち受けsocketを先に用意します。接続はカーネルのlisten queueで待ち、systemdは対応するserviceを起動して、そのsocketのファイルディスクリプタを渡します。サービスの起動中も接続を保持でき、実際に接続された時点でプロセスを起動する構成も選べます。