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© Volodymyr Vasylkiv, 123rf.com

Fliegender Start

Upstart und Systemd im Vergleich

16.12.2010
Upstart und Systemd – gleich zwei neue Ansätze konkurrieren um die Pole-Position beim Linux-Start. Wir unterziehen die Kandidaten einem konzeptionellen Vergleich.

Der Linux-Kernel übergibt nach seinem Start die Kontrolle an das kleine Programm Init. Ihm kommt wiederum die Aufgabe zu, alle für den Betrieb notwendigen Dienste zu starten und die Hardware einzurichten. In der Vergangenheit werkelte in den meisten Distributionen ein sogenanntes SysV-Init, das alle Systemdienste strikt nacheinander anschiebt. Da die Distributionen jedoch immer mehr Programme und Dienste mitbringen, dauert es immer länger, bis der Anwender endlich vor seinem Desktop sitzt.

Damit aber nicht genug: Während SysV-Init etwa eine angestöpselte Festplatte initialisiert und einbindet, wartet der gesamte Rest des System auf diese eine Hardwarekomponente. Tritt hierbei ein Problem auf, stoppt dies den kompletten Bootvorgang.

Apropos Absturz: Um festzustellen, ob ein essenzieller Dienst noch läuft oder als Zombie durch den Hauptspeicher geistert, stellt SysV-Init einige Verrenkungen an – in der Regel überwacht es die vom Daemon unter /var/run in einer Datei hinterlegte Prozess-Nummer (PID). Abschließend unterscheidet SysV-Init noch mehrere recht starre Systemkonfigurationen, die sogenannten Runlevel [1].

Emporkömmling

Mit diesen Problemen sahen sich zunehmend auch die Macher der Distribution Ubuntu konfrontiert. Unter ihnen war auch Scott James Remnant, der das Heft schließlich selbst in die Hand nahm und Upstart [2] entwickelte. Wie SysV-Init kommt auch Upstart in Form des Programms /sbin/init, das der Kernel automatisch als ersten Prozess mit der PID 1 startet. Damit sind die Gemeinsamkeiten allerdings schon beendet.

Anstelle stupide alle einem Runlevel zugewiesenen Dienste zu starten, wartet Upstart auf bestimmte Ereignisse, wie etwa "Netzwerk aktiviert" oder "Fernsehempfänger angeschlossen". Sobald ein solches eintritt, führt Upstart eine oder mehrere passende Aktionen aus. Diese sogenannten Jobs wecken wiederum alle notwendigen Dienste oder richten die Hardware ein. Sämtliche Jobs sammelt Upstart im Verzeichnis /etc/init, einen Beispieljob zeigt Listing 1. Eine Liste mit allen Jobs wirft das Kommando initctl list aus (Abbildung 1).

Abbildung 1: Der Befehl initctl list liefert alle Jobs, deren aktuellen Zustand und – sofern bekannt – die jeweils zugehörige Prozess-ID.

Listing 1

start on filesystem
exec /usr/bin/Programm
pre-start script
  # Erstelle notwendiges Verzeichnis:
  mkdir -p /var/log/Programm
end script

In einer Upstart-Job-Description steht hinter den Schlüsselworten start on das Ereignis, bei dem das hinter exec eingetragene Programm startet. Die Prozesse laufen allesamt im Vordergrund und nicht wie bei SysV-Init im Hintergrund. Das macht es für Upstart einfacher, zu prüfen, ob ein Prozess noch läuft. Bevor Upstart das Programm anwirft, führt es zunächst das zwischen pre-start script und end script hinterlegte Shellskript aus.

Das Drucksystem Cups fährt beispielsweise erst nach dem Ereignis "Dateisystem eingebunden" hoch, da es erst dann möglich ist, Dateien in die Spool-Verzeichnisse abzulegen. Voneinander unabhängige Ereignisse bearbeitet Upstart asynchron: So kümmert es etwa einen Fernsehempfänger in der Regel nicht, ob das Netzwerk bereits läuft. Die zugehörigen Jobs führt Upstart folglich parallel aus und beschäftigt so alle Rechenkerne moderner Prozessoren. Beim alten SysV-Init hätte die TV-Karte noch auf das Netzwerk warten müssen.

Das Beispiel aus Listing 1 zeigt aber auch einen Pferdefuß von Upstart: Wer nicht aufpasst, produziert eine Kette aus Abhängigkeiten, sodass die Dienste doch wieder nacheinander starten. Beispielsweise startet der Networkmanager erst, wenn D-Bus läuft, für das wiederum vorab Syslog seine Arbeit aufnehmen muss. Dem Autor eines Jobs beziehungsweise dem Distributor obliegt folglich die Aufgabe, ein Auge auf die Abhängigkeiten werfen und diese wohlüberlegt zu setzen.

Altlasten

Um nicht die über Jahrzehnte gewachsenen SysV-Init-Skripte über Nacht nutzlos zu machen, wertet Upstart sie weiterhin aus und startet entsprechend die Programme – allerdings wieder strikt nacheinander. Dank dieser weitreichenden Abwärtskompatibilität haben Distributionen die Möglichkeit, langsam und gefahrlos auf Upstart umzusteigen.

Das bestes Beispiel hierfür liefert Ubuntu: Upstart kam erstmals 2006 mit Version 6.10 "Edgy Eft" zum Einsatz, damals noch schlicht als 1:1-Ersatz für SysV-Init. Es dauerte im Anschluss noch drei Jahre, bis der Umstieg mit Ubuntu 9.10 abgeschlossen war und Upstart die Vorteile seines Konzepts erstmals unter Beweis stellen durfte. Doch selbst heute warten unter Ubuntu 10.10 im Verzeichnis /etc/init.d immer noch viele SysV-Init-Skripte auf die Migration. Nach Canonicals Plänen übernimmt Upstart zukünftig noch weitere Aufgaben und löst im Idealfall andere ereignisbasierte Dienste wie Cron, Anacron und Ard ab.

Upstart erlangte in den letzten Jahren so viel Beliebtheit, dass bereits andere namhafte Distributionen den Umstieg wagten. So kommt es beispielsweise in Fedora seit Version 9, in Googles Chromium OS und einigen Netbook-Betriebssystemen zum Einsatz. OpenSuse 11.3 ist noch nicht ganz soweit; dort tauschen die Entwickler das alte Init-System per Hand gegen Upstart aus, und selbst dann darf es nur stupide die alten SysV-Init-Skripte abarbeiten.

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Kommentare
Arch Linux schöpft das Potenzial aus...
Andreas (unangemeldet), Dienstag, 05. Februar 2013 17:09:23
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Ich hab mir vor kurzem Arch Linux nochmal angesehen. Im Systemd steckt gewiss sehr viel potenzial, mir war es jedoch zu radikal (und machte mit einem alten Druckertreiber Probleme).

In 2 oder 3 Jahren wird es vielleicht systemd auch für mich als Standard geben; doch die Geschwindigkeitsvorteile waren bei mir aktuell nicht so hoch da doch ein großer Teil der Bootzeit für BIOS, Bootloader, kernel+initrd laden, Dateisysteme prüfen etc. draufgeht.

In Zukunft gibt es vielleicht mehr Dokumentation, Beispiele usw. für Upstart. Aber gegenwärtig bin ich dann doch wieder zu upstart (bzw. Ubuntu) zurück.


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