Nitro: 小型で柔軟な init システムおよびプロセススーパーバイザー

• Nitro は、組み込み、サーバー、デスクトップ、コンテナのすべてに適用できる超小型プロセススーパーバイザー兼 init システム
• システム状態を RAM にのみ保存するため、読み取り専用ファイルシステムでも問題なく動作し、高速で効率的なイベント駆動設計を提供
• 構成方式はシンプルなスクリプトディレクトリ構造で、複雑な設定ファイルや追加のビルド工程なしにサービス管理が可能
• パラメータ化サービス、堅牢な再起動、個別サービスごとの信頼性の高いロギング機能など、コンテナや組み込み環境に最適化された機能をサポート
• nitroctl ツールによるリモート制御、シグナルベースの動作制御など、高い柔軟性と制御性を保証

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概要

Nitro は、Linux で pid 1 としても使用できる超小型プロセススーパーバイザー

主な適用分野は以下の通り

• 組み込み、デスクトップ、サーバーなど多様な用途の Linux マシン向け init
• Linux initramfs の init
• Docker/Podman/LXC/Kubernetes などコンテナ環境の init
• POSIX システムで権限なしに動作するスーパービジョンデーモン

構成はディレクトリベースのスクリプト構造を使用し、デフォルトの場所は /etc/nitro

要件

• カーネルの Unix ソケット サポートが必要
• tmpfs または書き込み可能な /run ディレクトリが必要

他システムに対する利点

• すべての状態情報は RAM にのみ保持されるため、読み取り専用ルートファイルシステムでも特別な工夫なしで動作
• イベント駆動でポーリングなしの動作方式により効率性を提供
• ランタイム中にメモリの動的確保がない
• ファイルディスクリプタが無制限に消費されない
• 1 つの**self-contained バイナリ（オプションで制御バイナリを追加）**だけでよい
• 設定ファイルの変換やコンパイルは不要で、サービスはスクリプトが入ったシンプルなディレクトリ
• サービス再起動とロギングチェーンをサポート
• システムクロックが正確でなくても正常動作
• FreeBSD では /etc/ttys を通じて実行可能
• musl libc 使用時は超小型の static バイナリを作成可能

サービス管理

• 各サービスディレクトリ（デフォルトでは /etc/nitro 配下）は以下のファイルを含められる

  • setup: サービス開始前に実行される（任意の）スクリプト。正常終了（0）の場合にのみサービス開始可能
  • run: サービス本体のスクリプト。終了しない限りサービスが生存していると見なされる。未実装の場合は one-shot サービスとして扱われる
  • finish: run 終了後に実行される（任意の）スクリプト。終了状態とシグナル値を引数として受け取る
  • log: 別のサービスディレクトリを指すシンボリックリンク。run の出力をそのサービスの入力へパイプ接続する（ロギングチェーンに活用可能）
  • down: このファイルが存在すると、nitro はデフォルトでこのサービスを起動しない
  • ディレクトリ名が @ で終わる場合は無視され、パラメータサービスとして活用可能
  • サービス名は 64 文字未満で、/、,、改行文字を含めることはできない

• runit の chpst ユーティリティは run スクリプト作成時に役立つ

特殊サービス

• LOG: log リンクを持たないすべてのサービスのログ記録用デフォルトサービス
• SYS: SYS/setup はすべてのサービス起動前に実行され、順序付きサービス起動を実装可能
  • SYS/finish: 全体の終了段階に入る前に実行
  • SYS/final: すべてのプロセス終了後に実行
  • SYS/fatal: 致命的エラー発生時に終了の代わりに実行（存在する場合）
  • SYS/reincarnate: shutdown の代わりに実行され、たとえば initramfs の再実装などに活用可能

パラメータ化サービス

• @ で終わるサービスディレクトリは nitro からは無視されるが、シンボリックリンクまたは nitroctl コマンドで直接指定可能
• @ の後ろのパラメータは各スクリプトに第 1 引数として渡される
  • 例: agetty@/run と agetty@tty1 のシンボリックリンクがある場合、agetty@/run tty1 を実行
  • nitroctl up agetty@tty2 を入力すると agetty@/run tty2 を実行可能（ディレクトリの存在有無は不問）

動作モード

• ライフサイクル全体は起動、サービス実行（スーパービジョン）、終了の 3 段階で構成
  • 起動: 特殊サービス SYS が存在する場合は setup から実行し、その後すべての non-down サービスを実行
  • サービスが終了すると再起動し、直近の再起動が速すぎる場合は 2 秒待機
  • nitroctl Reboot または Shutdown で終了シグナルを送信可能
    • この場合 SYS/finish → 全サービスへ SIGTERM（最大 7 秒待機）→ SIGKILL → SYS/final → 終了シーケンス
  • コンテナや権限のないスーパーバイザー用途ではプロセスのみ終了

nitroctl による制御

• nitroctl CLI ツールで離れた場所から nitro を制御可能

コマンド例:

• list: サービス一覧、状態、PID、uptime、最後の終了状態を表示
• up/down/start/stop/restart: サービスの起動・停止・再起動などを制御
• シグナル送信: p(SIGSTOP), c(SIGCONT), h(SIGHUP), a(SIGALRM), i(SIGINT), q(SIGQUIT), 1(SIGUSR1), 2(SIGUSR2), t(SIGTERM), k(SIGKILL)
• pidof: 指定サービスの PID を表示
• rescan: サービスディレクトリを再読み込みし、追加・削除されたサービスを反映
• Shutdown/Reboot: システム全体の停止・再起動

シグナルによる制御

• nitro プロセスへシグナルを直接送って制御可能
  • SIGHUP: サービス再スキャン（rescan）
  • SIGINT: 再起動
  • SIGTERM: 終了（nitro が pid 1 でない場合）

Linux で init として使う nitro

• Nitro は自己完結型バイナリとして Linux の pid 1 に直接ブート可能
• /dev、/run を必要に応じてマウントし、その他の処理は SYS/setup で行う
• Ctrl-Alt-Del イベントで秩序ある再起動をトリガー

Docker コンテナで init として Nitro を使う

• Nitro は静的にビルドでき、コンテナへ簡単に組み込める
• デフォルトのソケットパスを使うにはコンテナ内に /run が存在する必要がある
• 制御ソケットをバインドマウントすれば、外部から nitroctl でリモート制御可能

FreeBSD での Nitro

• /etc/ttys に次の行を追加すると、FreeBSD init から nitro をスーパーバイズ可能

  /etc/nitro "/usr/local/sbin/nitro" "" on
  

著者

• Leah Neukirchen [e-mail]

謝辞

• daemontools, freedt, runit, perp, s6 など既存のプロセススーパービジョンシステムを詳細に分析した上で開発

ライセンス

• 0BSD ライセンス（詳細は LICENSE ファイルを参照）