Systemd构建自动化备份服务与外部存储管理

实训背景

你是一家数据公司的系统管理员，需设计一套自动化备份系统，满足以下需求：

1. 定期备份 ：每周日凌晨1点将 /data 目录压缩备份到 /backups。
2. 外部存储挂载 ：插入USB设备时自动挂载到 /mnt/usb，并触发增量备份。
3. 服务监控：备份完成后发送通知，并限制备份进程的资源使用。
4. 日志管理：集中记录备份日志，保留30天历史记录。

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环境准备

1. 操作系统：Ubuntu 22.04 LTS。

2. 目录结构 ：

   • 数据目录：/data（需备份的原始数据）。
   • 备份目录：/backups（本地备份存储）。
   • USB挂载点：/mnt/usb（外部存储设备挂载位置）。

3. 工具安装 ：

   sudo apt install rsync curl  # 用于增量备份和通知发送

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实训步骤

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任务1：配置本地定期备份服务

目标：使用systemd定时器实现每周日凌晨1点的全量备份。

操作步骤：

1. 创建备份脚本：

   sudo nano /opt/scripts/full_backup.sh

   内容：

   #!/bin/bash
   TIMESTAMP=$(date +%Y%m%d)
   tar -czf /backups/full-backup-$TIMESTAMP.tar.gz /data
   echo "Full backup completed at $(date)" | systemd-cat -t backup  # 记录日志到systemd

   赋予执行权限：

   sudo chmod +x /opt/scripts/full_backup.sh

2. 创建服务文件：

   sudo nano /etc/systemd/system/full_backup.service

   内容：

   [Unit]
   Description=Full Data Backup
   
   [Service]
   Type=oneshot
   ExecStart=/bin/bash /opt/scripts/full_backup.sh

3. 创建定时器文件：

   sudo nano /etc/systemd/system/full_backup.timer

   内容：

   [Unit]
   Description=Weekly Full Backup
   
   [Timer]
   OnCalendar=Sun *-*-* 01:00:00  # 每周日凌晨1点
   Persistent=true
   
   [Install]
   WantedBy=timers.target

4. 启用定时器：

   sudo systemctl enable full_backup.timer
   sudo systemctl start full_backup.timer

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任务2：实现USB设备自动挂载与增量备份

目标：插入USB设备时自动挂载并触发增量备份。

操作步骤：

1. 创建USB挂载单元：

   sudo nano /etc/systemd/system/mnt-usb.mount

   内容：

   [Unit]
   Description=Mount USB Drive
   
   [Mount]
   What=/dev/sdb1        # 根据实际设备名修改
   Where=/mnt/usb
   Type=ext4             # 根据文件系统类型修改
   Options=defaults
   
   [Install]
   WantedBy=multi-user.target

2. 创建自动挂载单元（automount）：

   sudo nano /etc/systemd/system/mnt-usb.automount

   内容：

   [Unit]
   Description=Automount USB Drive
   
   [Automount]
   Where=/mnt/usb
   TimeoutIdleSec=10m    # 空闲10分钟后卸载
   
   [Install]
   WantedBy=multi-user.target

3. 创建增量备份服务：

   sudo nano /etc/systemd/system/incremental_backup.service

   内容：

   [Unit]
   Description=Incremental Backup to USB
   Requires=mnt-usb.mount  # 依赖挂载点
   
   [Service]
   Type=oneshot
   ExecStart=/bin/bash -c "rsync -av --delete /data/ /mnt/usb/backups/"
   ExecStartPost=/usr/bin/curl -X POST http://notification-server/log -d "Backup completed"

4. 触发备份的UDEV规则：

   sudo nano /etc/udev/rules.d/99-usb-backup.rules

   内容：

   ACTION=="add", SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_FS_TYPE}=="ext4", RUN+="/bin/systemctl start incremental_backup.service"

   重新加载UDEV规则：

   sudo udevadm control --reload

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任务3：限制备份资源与日志管理

目标：防止备份进程占用过多资源，并设置日志保留策略。

操作步骤：

1. 限制备份服务资源 ：

   修改 full_backup.service 和 incremental_backup.service，添加：

   [Service]
   ...
   MemoryMax=2G      # 最大内存限制2GB
   CPUQuota=70%      # CPU时间配额70%

2. 配置日志保留策略：

   sudo nano /etc/systemd/journald.conf

   修改以下参数：

   SystemMaxUse=1G            # 日志最大占用1GB
   MaxRetentionSec=30day      # 保留30天日志

   重启日志服务：

   sudo systemctl restart systemd-journald

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任务4：验证与监控

目标：确保所有服务按预期工作。

操作步骤：

1. 手动触发全量备份：

   sudo systemctl start full_backup.service
   journalctl -u full_backup.service -f  # 跟踪日志

2. 插入USB设备测试增量备份：

   sudo systemctl status mnt-usb.mount  # 查看挂载状态
   ls /mnt/usb/backups                  # 检查备份文件

3. 查看资源限制效果：

   systemd-cgtop  # 监控CPU和内存使用

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实训总结

通过本次实训，你实现了以下功能：

1. 自动化备份：结合定时器和UDEV规则，实现全量与增量备份。
2. 外部存储管理：通过systemd挂载单元实现USB设备自动挂载。
3. 资源与日志控制：限制备份资源消耗，统一管理日志生命周期。
4. 服务联动 ：依赖关系（Requires）确保备份仅在挂载完成后执行。

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知识要点

1. 单元类型扩展：

   • .mount：管理文件系统挂载。
   • .automount：按需自动挂载设备。

2. UDEV与systemd集成：

   • 通过UDEV规则在硬件事件（如插入USB）时触发服务。

3. 高级资源控制：

   • MemoryMax：限制内存。
   • CPUQuota：限制CPU配额。

4. 日志管理：

   • 修改 journald.conf 控制日志保留时间和大小。

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扩展挑战：

• 尝试添加邮件通知功能（替代示例中的HTTP请求）。
• 设计一个服务依赖链：挂载USB → 增量备份 → 卸载USB。