像 systemd 一样管理 MacOS 后台常驻任务

引言

想在 MacOS 后台跑一个 frp 服务，想到 MacOS 是类 Unix 系统所以应该跟 Linux 差不多，自然而然的想到使用 systemd 将 frp 服务作为守护进程管理。然鹅输入vim /etc/systemd/sys之后按了半天 tab 都不自动补全为vim /etc/systemd/system，一看/etc目录下压根就没有systemd这个目录。上网一搜才知道 MacOS 压根就没有 systemd，取而代之的是 launchd。既然都提到了，就简要介绍一下吧。

起源

传统的 Linux 系统使用 System V init 或 BSD init 作为系统的第一个进程，负责启动其他服务和进程。随着系统复杂性的增加，这些 init 系统暴露出一些缺点，比如串行启动服务、启动速度慢等。

随后，upstart 项目引入了并行启动服务等概念用以解决 System V init 存在的问题，但仍然存在一些限制。

接着，systemd 诞生了，它提供更高效、更灵活的系统启动和管理方式。但是由于 systemd 使用了 cgroups 等组件以实现其特性，所以只适用于Linux。

苹果系统是闭源的，但是 launchd 却是开源的，还挺有意思。其最早由 Dave Zarzycki 等人创建，并在Mac OS X Tiger（10.4版本）中首次引入，用于替代传统的 init 脚本、SystemStarter 以及其他一些服务管理工具，如 inetd、atd 和 crond 等。

systemd 实战入门

在本节中，我们首先通过一个小🌰来入门 systemd，然后接下来给出 service 文件（核心）的详细说明。

小例子：后台记录时间

一、首先我们需要编写一个需要后台运行的脚本，这里以每10秒输出一次时间的脚本/root/bin/systemd_test.sh为例，内容如下

#!/bin/bash

while true; do
    CURRENT_TIME=$(date +"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
    echo "$CURRENT_TIME"
    sleep 10
done

二、赋予脚本可执行权限

chmod +x /root/bin/systemd_test.sh

三、先执行一下看看有没有问题

四、创建 systemd 服务文件

在/etc/systemd/system/目录下创建一个服务文件，名字随意，但必须以.service结尾，本示例为/etc/systemd/system/record_time.service，内容如下

[Unit]
Description=Record Time Service
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=/root/bin/systemd_test.sh
Restart=on-failure
RestartSec=10s
StandardOutput=append:/var/log/record_time/output.log
StandardError=append:/var/log/record_time/error.log

[Install]
WantedBy=multi-user.target

五、执行如下命令即可启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl start record_time   # 启动服务
systemctl enable record_time  # 设置服务开机自动启动

成功运行示例如下

如果启动失败，可以使用命令journalctl -u record_time查看失败日志。比如我最开始就因为忘记创建/var/log/record_time目录导致启动失败了😂

service 文件详解

看到网上有一篇介绍 service 文件如何编写的文章 OpenSUSE: How to write a systemd service，已经写的很通俗很详细了，这里就不重复造轮子了。

用户级 systemd

上面我们给出的例子是需要管理员权限的，普通用户是无法在/etc/systemd/system目录下创建.service文件的

但是我们可以在自己的用户目录下创建，具体的目录为~/.config/systemd/user/xxx.service，service 文件的内容和普通 service 文件是相同的，相应的管理命令也稍有不同（需要加上--user参数），如下

systemctl --user daemon-reload
systemctl --user start record_time   # 启动服务
systemctl --user enable record_time  # 设置用户登录后自动启动

有一点比较坑的是执行systemctl --user enable xxx后的后台守护进程只在用户登录后运行，用户退出登录后服务就停止了。有一个解决办法是设置用户登录会话为逗留状态，这样即使用户注销，其会话仍然会保持，也就允许后台服务或定时任务继续运行，命令如下

loginctl enable-linger <username>    # 启动逗留状态
loginctl disable-linger <username>   # 关闭逗留状态

launchd 实战入门

同上，我们仍然是先给出一个例子，然后再给出具体解释。

例子：后台记录时间

(没错，还是这个例子，我们主要关注操作方式与 systemd 的不同)

一、编写脚本~/Scripts/launchd_test.sh，内容如下

#!/bin/bash

while true; do
    CURRENT_TIME=$(date +"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
    echo "$CURRENT_TIME"
    sleep 10
done

二、赋予脚本可执行权限

chmod +x launchd_test.sh

三、先执行一下，看看有没有问题

四、创建 plist 配置文件

在~/Library/LaunchAgents目录下创建一个服务文件，名字随意，但必须以.plist结尾，本示例为~/Library/LaunchAgents/com.pushihao.record_time.plist，内容如下

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
<dict>
    <key>Label</key>
    <string>com.pushihao.record_time</string>

    <key>ProgramArguments</key>
    <array>
        <string>/Users/itgrape/Scripts/launchd_test.sh</string>
    </array>

    <key>RunAtLoad</key>
    <true/>

    <key>KeepAlive</key>
    <true/>

    <key>StandardOutPath</key>
    <string>/Users/itgrape/logs/record_time/output.log</string>

    <key>StandardErrorPath</key>
    <string>/Users/itgrape/logs/record_time/error.log</string>

    <key>WorkingDirectory</key>
    <string>/Users/itgrape/Scripts/</string>

</dict>
</plist>

五、加载/卸载服务

旧：

launchctl load ~/Library/LaunchAgents/com.pushihao.record_time.plist    # 加载服务
launchctl unload ~/Library/LaunchAgents/com.pushihao.record_time.plist  # 卸载服务

新（更推荐）：

launchctl bootstrap gui/$(id -u) ~/Library/LaunchAgents/com.pushihao.record_time.plist    # 在用户 GUI 域中注册服务
launchctl bootout gui/$(id -u) ~/Library/LaunchAgents/com.pushihao.record_time.plist      # 从用户 GUI 域中卸载服务

六、执行命令启动服务

launchctl list | grep com.pushihao.record_time            # 检查服务是否被加载
launchctl start com.pushihao.record_time                  # 启动已加载服务
launchctl stop com.pushihao.record_time                   # 停止服务
launchctl enable gui/$(id -u)/com.pushihao.record_time    # 设置用户登录自动启动（bootstrap 后默认开启）
launchctl disable gui/$(id -u)/com.pushihao.record_time   # 关闭用户登录自动启动

注意：因为 KeepAlive 设置为 true，所以手动 stop 后，launchd 可能很快会再次尝试启动。要想永久停止，需要使用上述卸载服务的 unload/bootout 命令。

成功运行示例如下

还会弹出个这玩意

plist 文件解释

这里去看 Apple 的官方文档即可 Daemons and Services Programming Guide，它介绍的已经非常详细了。这里就简要介绍一下上面例子中各配置项的作用。

• Label: 服务的唯一标识符，launchctl命令会用到它。
• ProgramArguments: 要执行的命令和参数。数组的第一个字符串是要执行脚本的绝对路径。
• RunAtLoad: <true/>表示当服务被加载时立即启动。
• KeepAlive: <true/>这是实现长期运行的关键！如果设为true，launchd会监视该进程，一旦它退出（无论是因为错误崩溃还是正常结束），launchd会立刻重新启动它。
• StandardOutPath: (可选) 重定向标准输出（脚本中echo的内容）到指定文件。
• StandardErrorPath: (可选) 重定向标准错误到指定文件。这对于排查脚本错误至关重要。
• WorkingDirectory: (可选) 设置脚本运行前的工作目录。

系统级 launchd

注意看，这里我的介绍顺序是和 systemd 是反着的。systemd 我给出的例子是系统级，随后我又给出了用户级 systemd 的使用方法。而该 launchd 的例子我给出的是用户级，接下来我介绍一下系统级 launchd 的使用。

注意：上面我们已经提到了旧版和新版的加载/卸载命令，他们对应的用户级/系统级 launchd 的使用方式也是不同的。

旧版 load/unload 命令：

其区别主要在于 plist 文件的存放位置，系统级 launchd 的 .plist 文件放在/Library/LaunchDaemons/目录下，而用户级 launchd 的 .plist 文件放在~/Library/LaunchAgents/或/Library/LaunchAgents/目录下。他们之间的区别如下：

~/Library/LaunchAgents

• 启动时机：仅当特定用户登录时启动。
• 运行权限：以当前用户的权限运行。
• 访问GUI：可以。因为它们在用户的图形会话中运行，所以这些任务可以创建窗口、显示菜单栏图标或执行其他与用户界面交互的操作。
• 适用场景：适用于仅当前用户需要的服务，例如个人的定时任务或用户特定的后台程序。

/Library/LaunchAgents

• 启动时机：当任何用户登录时启动。
• 运行权限：以当前登录用户的权限运行。
• 访问GUI：可以。同上。
• 适用场景：适用于所有用户共用的用户级服务，例如某些需要在用户登录时启动的系统服务。

/Library/LaunchDaemons

• 启动时机：在系统启动时运行，无需用户登录。
• 运行权限：通常以root用户的权限运行，但也可以指定其他用户。
• 访问GUI：不可以。因为它们独立于任何用户，所以它们无法（也不应该）与用户界面进行任何交互。
• 适用场景：适用于需要在系统启动时运行的与用户无关的全局服务，例如网络服务、数据库服务等。

除此之外，/System/Library/LaunchDaemons/和/System/Library/LaunchAgents/目录下也会保存有一些.plist文件，这些文件是由苹果系统提供的系统守护进程或用户代理。一般不要动它们。

新版 bootstrap/bootout 命令：

bootstrap 与旧的 load 命令最大的不同在于明确性。

• launchctl load（旧方式）通过.plist文件的存放路径来推断我们想要将服务注册到哪个域。这种方式比较模糊，依赖于文件路径的约定，现在苹果官方已不推荐在新的脚本中使用。

• launchctl bootstrap（新方式）强制要求我们必须明确指定要注册到哪个域，命令本身就包含了所有信息，不再依赖于文件路径来做判断。这种方式更清晰、更精确，减少了歧义，是目前官方推荐的方式。

通过域信息，我们就可以指定该任务是在哪个级别下运行了。域信息如下

• system 域：类似于老方式的/Library/LaunchDaemons。
• gui<uid> 域：在指定用户登录后创建的图形会话中运行，类似于老方式下的~/Library/LaunchAgents。
• user<uid> 域，用于注册指定用户后台代理，但不提供GUI访问权限。

虽说使用了新版方式后理论上.plist文件可以放在任何位置，但是由于系统启动或用户登录时 launchd 进程只会去扫描一组预先定义好的、受信任的标准目录（也就是我们上面所说的5个目录）而并不会去扫描整个硬盘来寻找所有.plist文件。因此如果我们的.plist文件放在一个自定义目录（比如/Users/itgrape/Launchd/），那么在扫描阶段，launchd 根本就不会去查看那个目录，因此它永远发现不了我们的服务，这也就导致了 enable 可能会失效。兼容起见，还是放在上面我提到的三个目录其中之一里面吧。

在读完了上述章节之后，相信读者也已经对 systemd 和 launchd 的基本使用有了一定的了解。接下来我们在设计层面比较一下他们之间的差异。

两大体系对比

它们虽然干着类似的活儿——管理那些开机启动的、默默在后台运行的服务（守护进程），以及响应各种事件触发任务，但它们两个的设计理念以及工作方式却大不相同。

启动方式

Launchd：按需启动

• Mac 上有很多服务（比如打印服务、文件共享服务等）。默认按需启动，也就是说 Launchd 让这些服务平时都在“睡觉”，节省资源。只有当真正有人或系统事件需要它时（比如我们点了“打印”，或者有个网络连接请求进来），它才会迅速唤醒对应的服务。服务干完活，如果没特别要求，它就又回去“睡觉”了。这样电脑就能又快（响应我们的操作时快）又省电。除非指定了 KeepAlive 为 true，服务才会一直运行。

Systemd：开机并行驱动

• 它首要目标就是让 Linux 开机速度大大加快。怎么做到？不是按需启动，而是并行启动。分析好各个服务之间的依赖关系（谁先启动谁后启动），然后尽可能多同时启动没有依赖冲突的服务。结果就是：系统整体启动嘎嘎快。

文件组织

Launchd：所有配置全放在.plist文件（一种 XML 或二进制格式的文件）里。这个文件描述了服务叫什么名字（Label）、启动命令是什么（ProgramArguments）、监听什么事件（Sockets, WatchPaths, StartCalendarInterval）、要不要一直跑（KeepAlive）等等。简单来说，就这一种文件。

Systemd：配置是按单元（Unit）分的（.ini风格），有不同的类型，每种单元单独写一个文件：

• .service：定义要运行的后台服务本身（启动命令、重启策略等）。
• .socket：定义监听一个网络端口或 Unix Socket（用来按需启动服务）。
• .timer：定义定时任务（替代 cron）。
• .path：定义监控文件或目录变化（变化了启动服务）。
• .target：定义一组单元（类似传统 Linux 的运行级别）。
• … 其他（.mount, .slice 等）。

日志查看

Launchd：服务自己决定日志写哪。

Systemd：它自己带了个日志系统叫 journald。所有由 systemd 管理的服务的日志（包括它们的输出信息），默认都统一收拢到这里。然后用journalctl命令就能查、过滤、跟踪所有服务的日志。

快速参考备忘录

接下来我将用一个清晰的表格概括 systemd 和 launchd 的使用。

表格中...表示带后缀的配置文件的绝对路径。

功能	systemd (Linux)	launchd (macOS)
配置文件	/etc/systemd/system/my-app.service	~/Library/LaunchAgents/com.me.myapp.plist
启用并立即启动	sudo systemctl enable –now my-app	launchctl load … | launchctl bootstrap …
禁用并停止	sudo systemctl disable –now my-app	launchctl unload … | launchctl bootout …
启动服务	sudo systemctl start my-app	launchctl start com.me.myapp
停止服务	sudo systemctl stop my-app	launchctl stop com.me.myapp
查看服务状态	sudo systemctl status my-app	launchctl list
查看日志	sudo journalctl -u my-app -f	tail -f /path/to/your.log
重载配置	sudo systemctl daemon-reload	需要先 unload 再 load

总结

systemd 使用于 Linux，而 launchd 适用于 MacOS，并非替代关系。