问题原理

mysqld_pre_systemd 的 bugs

首先看一下这个脚本的原内容：

[root@ic-source ~]$ cat /usr/bin/mysqld_pre_systemd 
#! /bin/bash

# Copyright (c) 2015, 2022, Oracle and/or its affiliates.
#
# Script used by systemd mysqld.service to run before executing mysqld
#

get_option () {
    
    local section=$1
    local option=$2
    local default=$3
    local instance=$4
    ret=$(/usr/bin/my_print_defaults  ${
     instance:+--defaults-group-suffix=@$instance} $section | \
              grep '^--'${
     option}'=' | cut -d= -f2- | tail -n 1)
    [ -z "$ret" ] && ret=$default
    echo $ret
}

install_validate_password_sql_file () {
    
    local initfile
    initfile="$(mktemp /var/lib/mysql-files/install-validate-password-plugin.XXXXXX.sql)"
    chmod a+r "$initfile"
    echo "SET @@SESSION.SQL_LOG_BIN=0;" > "$initfile"
    echo "INSERT INTO mysql.component (component_id, component_group_id, component_urn) VALUES (1, 1, 'file://component_validate_password');" >> $initfile
    echo $initfile
}

fix_mysql_upgrade_info () {
    
    datadir=$(get_option mysqld datadir "/var/lib/mysql${instance:+-$instance}" $instance)
    if [ -d  "$datadir" ]  && [ -O "$datadir/mysql_upgrade_info" ]; then
        chown --reference="$datadir" "$datadir/mysql_upgrade_info"
        if [ -x /usr/bin/chcon ]; then
            /usr/bin/chcon --reference="$datadir" "$datadir/mysql_upgrade_info" > /dev/null 2>&1
        fi
    fi
}

install_db () {
    
    # Note: something different than datadir=/var/lib/mysql requires SELinux policy changes (in enforcing mode)

    # mysql_upgrade_info file should be owned by mysql user since MySQL 8.0.16
    fix_mysql_upgrade_info

    # No automatic init wanted
    [ -e /etc/sysconfig/mysql ] && . /etc/sysconfig/mysql
    [ -n "$NO_INIT" ] && exit 0

    local instance=$1
    datadir=$(get_option mysqld datadir "/var/lib/mysql${instance:+-$instance}" $instance)
    log=$(get_option mysqld 'log[_-]error' "/var/log/mysql${instance:+-$instance}.log" $instance)

    # Restore log, dir, perms and SELinux contexts

    if [ ! -d "$datadir" -a ! -h "$datadir" -a "x$(dirname "$datadir")" = "x/var/lib" ]; then
        install -d -m 0751 -omysql -gmysql "$datadir" || exit 1
    fi

    if [ ! -e "$log" -a ! -h "$log" -a x$(dirname "$log") = "x/var/log" ]; then
        case $(basename "$log") in
            mysql*.log) install /dev/null -m0640 -omysql -gmysql "$log" ;;
            *) ;;
        esac
    fi

    if [ -x /usr/sbin/restorecon ]; then
        /usr/sbin/restorecon "$datadir"
        [ -e "$log" ] && /usr/sbin/restorecon "$log"
        for dir in /var/lib/mysql-files /var/lib/mysql-keyring ; do
            if [ -x /usr/sbin/semanage -a -d /var/lib/mysql -a -d $dir ] ; then
                /usr/sbin/semanage fcontext -a -e /var/lib/mysql $dir >/dev/null 2>&1
                /sbin/restorecon -r $dir
            fi
        done
    fi

    # If special mysql dir is in place, skip db install
    [ -d "$datadir/mysql" ] && exit 0

    # Create initial db and install validate_password plugin
    initfile="$(install_validate_password_sql_file)"
    /usr/sbin/mysqld ${instance:+--defaults-group-suffix=@$instance} --initialize \
                     --datadir="$datadir" --user=mysql --init-file="$initfile"
    rm -f "$initfile"

    # Generate certs if needed
    if [ -x /usr/bin/mysql_ssl_rsa_setup -a ! -e "${datadir}/server-key.pem" ] ; then
        /usr/bin/mysql_ssl_rsa_setup --datadir="$datadir" --uid=mysql >/dev/null 2>&1
    fi
    exit 0
}

install_db $1

exit 0

• 基础程序是 /usr/bin/my_print_defaults ，打印某个 MySQL 程序的默认参数，通过 get_option() 调用。
• get_option() 用来获取 MySQL 实例的选项配置。install_validate_password_sql_file () 用来创建并执行为 `root`@`localhost` 用户生成随机密码的 MySQL 初始化语句。- fix_mysql_upgrade_info () 用来修复 mysql_upgrade_info 的文件属主和 SELinux 安全上下文。
• install_db () 是主函数，负责整个 MySQL 实例的初始化安装工作，datadir 不以目录形式存在，且不以符号链接存在，且绝对路径前缀不是/var/lib则创建一个名为/var/lib/mysql-实例名 的默认数据目录；使用类似的判断条件，会创建一个/var/log/mysql-实例名.log 的默认错误日志文件。这些是为 SELinux 环境考虑的。install_db () 还会创建 SSL/RSA 证书。如果存在 /etc/sysconfig/mysql 文件，则运行它，之后判断如果NO_INIT 环境变量的值为非空，则直接以 0 为退出状态退出 mysqld_pre_systemd 主进程。

有问题的点在于脚本默认会创建数据目录和日志文件，却没有在后续使用时显式指定使用它们（因为用户没有配置它们）：

• 在初始化时却只使用了默认数据目录而并没有使用默认错误日志文件及用户指定的自定义临时目录（不指定默认为操作系统指定的临时目录，Linux 操作系统一般为 /tmp）。虽然 MySQL 会给它们赋予默认值，但在特定情况下会无法向错误日志文件记录错误日志。
• 在 /usr/lib/systemd/system/[email protected] 中启动 mysqld 服务时只使用了MYSQLD_OPTS 环境变量的值而并没有显式指定默认创建的数据目录和错误日志文件，以及可能存在的用户自定义tmpdir临时目录选项。这点会在后文介绍 [email protected] 部分体现。

[email protected] 的 bugs

[root@ic-source ~]$ cat /usr/lib/systemd/system/[email protected]
# Copyright (c) 2016, 2022, Oracle and/or its affiliates.
#
# systemd service file for MySQL forking server
#

[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[Service]
User=mysql
Group=mysql

Type=notify

# Disable service start and stop timeout logic of systemd for mysqld service.
TimeoutSec=0

# Execute pre and post scripts as root
PermissionsStartOnly=true

# Needed to create system tables
ExecStartPre=/usr/bin/mysqld_pre_systemd %I

# Start main service
ExecStart=/usr/sbin/mysqld --defaults-group-suffix=@%I $MYSQLD_OPTS

# Use this to switch malloc implementation
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/mysql

# Sets open_files_limit
LimitNOFILE = 10000

Restart=on-failure

RestartPreventExitStatus=1

# Set enviroment variable MYSQLD_PARENT_PID. This is required for restart.
Environment=MYSQLD_PARENT_PID=1

PrivateTmp=false

如果我将执行部分的内容修改为：

ExecStart=/usr/sbin/mysqld --defaults-group-suffix=@%I --datadir=/var/lib/mysql-%I $MYSQLD_OPTS

则可以直接运行，否则必须指定 datadir 选项。同样的方法，也适用于错误日志。

mysqld 的默认逻辑是用户必须指定 datadir 、log-error ，且如果需要使用自定义的临时文件目录 tmpdir ，必须提前创建并授予适当文件访问权限。而如果是这样设计的，就应该在文档中有所声明，而事实是 MySQL 并没有有关这些内容的明确清晰的声明。此外，[email protected] 的设计逻辑与 mysql_pre_systemd 中默认初始化的设计逻辑难以自洽，即既然后者初始化了数据目录和错误日志文件，为什么不在启动 mysqld 服务时如未定义这些选项则默认使用呢？

测试案例

重现不指定 datadir 和 log-error 的 bugs

在 /etc/my.cnf 中添加如下内容：

[mysqld@test01]
#datadir=/var/lib/mysql-test01
port=3309
mysqlx_port=33090
admin_port=33092
#socket=/var/lib/mysql-test01/mysql.sock
#log-error=/var/log/mysql-test01.log

innodb_buffer_pool_size=256M
innodb_redo_log_capacity=100M
innodb_flush_method=O_DIRECT_NO_FSYNC

执行如下命令，验证当前不存在 /var/libmysql-test01 目录及/var/log/mysql-test01.log ：

[root@ic-source lib]$ ll /var/lib/mysql-test01
[root@ic-source lib]$ ll /var/log/mysql-test01.log

使用 systemctl 启动 MySQL 实例 test01 ：

[root@ic-source lib]$ systemctl start mysqld@test01

一定会启动失败，systemctl status [email protected] -l 查看错误日志：

再看一下journalctl -xe ：

一般看到 polkitd[679]: Unregistered Authentication Agent for unix-process 这种字样的报错，不是文件属主、权限问题，就是文件/目录不存在。[Warning]里还说了因没找到而生成了一个新的 Server UUID ，那么它在哪呢？在 /var/lib/mysql 这个 mysqld.service 的默认目录下。可以通过 server-uuid 内容证明。而另一个 /var/lib/mysql-test01/auto.cnf 为实例初始化时生成的文件，也即应该查找的文件。

同时，我们查看一下默认创建的错误日志文件是否存在。输出结果证明存在，但内容为空。

[root@ic-source lib]$ ll /var/log/mysql-test01.log 

下面我们手动启动一下：

[root@ic-source lib]$ mysqld --defaults-group-suffix=@test01 --datadir=/var/lib/mysql-test01 --user=mysql $MYSQLD_OPTS &

注释
$MYSQLD_OPTS默认值为空，可以不加。

由上图可知，可以正常启动，但使用的 socket 均为默认配置，其中包括 MySQL 标准协议的 socket（/var/lib/mysql/mysql.sock） 和 MySQL X 协议的 socket（/run/mysqld/mysqlx.sock） 。这里因为我没有启动 mysqld.service ，且已启动的实例中有一个没有显式指定 mysqlx_socket 选项，所以只对 mysqlx.sock 文件已被其他进程使用进行了报错。

启动是启动了，可我们怎么访问呢？

注意，因为初始化后错误日志仍为空，证明刚刚的初始化操作将初始化信息输出到 stderr 里了。我们需要使用 journalctl -xe 找到初始化的 root@`localhost` 用户的临时密码，然后使用 mysql 客户端访问即可。

[root@ic-source ~]$ mysql -uroot -S /var/lib/mysql/mysql.sock -p

此时已证明可以正常启动了，也进而证明了我的猜想。所以后面的修改初始密码等步骤不做了，我们停止这个进程，并删除掉这个实例相关的文件。

注意
这里还说明一个问题，如果我们要在一台主机上创建并启动多个 MySQL 实例，我们应还需要显式为每个实例指定不同的 MySQL X 协议 的 mysqlx_port 和 mysqlx_socket选项 ，而不只是 MySQL 标准协议 的port和socket 。

[root@ic-source lib]$ ps -ef |grep test01 |grep -v grep |awk '{print $2}' |kill -9 $!
[root@ic-source ~]$ rm -rf /var/lib/mysql-test01/
[root@ic-source ~]$ rm -f /var/log/mysql-test01.log 
# 这里我删除了/var/lib/mysql目录下除目录以外的所有文件。如果你的目的不一样，请自行删除
[root@ic-source mysql]$ ll /var/lib/mysql|grep -v "^d"|awk -F \  '{print $9}'|while read i;do rm -f $i;done

注意
即便刚刚我们启动了 mysqld ，但错误日志默认使用的是 stderr 而非 mysqld_pre_systemd 创建的 /var/log/mysql-test01.log 文件，除非你在启动 mysqld 时在命令行显式指定 --log-error 选项。

开启 SELinux ，指定不同于默认值的自定义数据目录和错误日志位置进行测试

国内一般都会关闭 SELinux，即便是生产环境，我这个测试环境之前也是改成关闭了的，现在改回默认值：

[root@ic-source lib]$ vi /etc/sysconfig/selinux
SELINUX=enforcing
SELINUXTYPE=targeted 

再在根目录 / 下创建一个名为 .autorelabel 空文件，重新刷新SELinux 安全上下文标记。

touch /.autorelabel

说明
.autorelabel 文件用于重新标记 SElinux 的文件系统。
可能在如下场景使用到它：

• 重启系统时，它会自动重新标记 SElinux 的文件系统。
• 首次为 SELinux 标记文件系统时。
• 在不同类型的策略之间切换时发生，例如从禁用策略更改为强制策略（即由 disabled 切换到 enforcing ）。

然后重启，有文章说可能需要很长时间，因为要为操作系统中的所有文件重建 SELinux 安全上下文，可笔者并未遇到，启动很快。

将 SELinux 从 targeted 修改为 enforcing 的具体操作过程详见 【MySQL 安全】如何与 SELinux 配合使用 。

在正确配置了 MySQL 有关 SELinux 的配置后，可以顺利启动所有如下 /etc/my.cnf 中定义的 MySQL 服务器实例。

[mysqld@ics_pc_pri]
port=3306
datadir='/var/lib/mysql/data/ics_pc_pri'
tmpdir='/var/lib/mysql/tmp/ics_pc_pri'
socket='/var/lib/mysql/data/ics_pc_pri/mysql.sock'
log-error='/var/log/mysql-ics_pc_pri.log'
slow_query_log_file='/var/log/slow_query-ics_pc_pri.log'
log-bin='ics_pc_pri-bin'

innodb_buffer_pool_size=2048M
innodb_redo_log_capacity=1G
innodb_flush_method=O_DIRECT_NO_FSYNC


[mysqld@ics_rc01_pri]
port=3307
datadir='/var/lib/mysql/data/ics_rc01_pri'
tmpdir='/var/lib/mysql/tmp/ics_rc01_pri'
socket='/var/lib/mysql/data/ics_rc01_pri/mysql.sock'
mysqlx_port=33070
mysqlx_socket='/var/lib/mysql/data/ics_rc01_pri/mysqlx.sock'
admin_port=33072
log-error='/var/log/mysql-ics_rc01_pri.log'
slow_query_log_file='/var/log/slow_query-ics_rc01_pri.log'
log-bin='ics_rc01_pri-bin'

innodb_buffer_pool_size=1024M
innodb_redo_log_capacity=100M
innodb_flush_method=O_DIRECT_NO_FSYNC

[mysqld@replica01]
datadir=/var/lib/mysql/replica01
port=3308
mysqlx_port=33080
mysqlx_socket=/var/lib/mysql/replica01/mysqlx.sock
admin_port=33082
socket=/var/lib/mysql/replica01/mysql.sock
log-error=/var/log/mysql-replica01.log

innodb_buffer_pool_size=256M
innodb_redo_log_capacity=100M
innodb_flush_method=O_DIRECT_NO_FSYNC

[mysqld@test01]
datadir=/var/lib/mysql-test01
socket=/var/lib/mysql-test01/mysql.sock
port=3309
mysqlx_socket=/var/lib/mysql-test01/mysqlx.sock
mysqlx_port=33090
admin_port=33092
#log-error=/var/log/mysql-test01.log
log-error=/var/lib/mysql-test01/mysql-test01.log

innodb_buffer_pool_size=256M
innodb_redo_log_capacity=100M
innodb_flush_method=O_DIRECT_NO_FSYNC

由此可见：

• systemd 或 SELinux 并没有强制单元名称的分隔符必须且仅为 @ ，而可以是 _、@、.、-等（我按查阅的 systemd 说明文章只尝试了这四个，可能其他的特殊字符也适用）。

• SELinux 默认并没有强制 MySQL 相关目录及文件的位置，而是 MySQL 提供的策略限制：

  • mysqld_selinux
  • mysqld_safe_selinux

  笔者使用自定义数据目录、临时文件目录和错误日志位置，均可以启动 MySQL 服务。

参考
有效的单元名称由一个“名称前缀”、一个点（“.”）和一个指定单元类型的后缀组成。“单元前缀”必须包含一个或多个有效字符（ ASCII 字母、数字、“：”、“-”、“_”、“.”和“\”）。单元名称（包括后缀）的总长度不得超过 256 个字符。类型后缀必须是“.service”、“.socket”、“.device”、“.mount”、“.automount”、“.swap”、“.target”、“.path”、“.timer”、“.slice”或“.scope” 之一。
systemd 对单元名称中的“实例名”部分并没有明确要求，因而可以是任何 ASCII 字符（估计控制字符不行），但建议沿用其对“单元前缀”的命名规则限制。

修正方法

方法一：向 [email protected] 文件添加 mysqld --datadir 命令行选项（不建议）

sed -i -e 's|^\(ExecStart=/usr/sbin/mysqld --defaults-group-suffix=@%I\)|\1 --datadir=/var/lib/mysql-%I|g' /usr/lib/systemd/system/[email protected]

该方法最简单，但限制 datadir 必须使用 /var/lib/mysql-实例名的格式，在选项文件中使用其他自定义的 datadir 不会生效，且会报错。因为命令行选项的优先级高于选项文件的优先级，详见 MySQL 选项优先级 及4.2.2 指定程序选项 。

方法二：修改 mysqld_pre_systemd 脚本向选项文件中对应选项组末尾添加 datadir 选项（建议）

使用如下内容替换 /usr/bin/mysqld_pre_systemd 脚本内容：

#! /bin/bash

# Copyright (c) 2015, 2022, Oracle and/or its affiliates.
#
# This program is free software; you can redistribute it and/or modify
# it under the terms of the GNU General Public License, version 2.0,
# as published by the Free Software Foundation.
#
# This program is also distributed with certain software (including
# but not limited to OpenSSL) that is licensed under separate terms,
# as designated in a particular file or component or in included license
# documentation.  The authors of MySQL hereby grant you an additional
# permission to link the program and your derivative works with the
# separately licensed software that they have included with MySQL.
#
# This program is distributed in the hope that it will be useful,
# but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
# MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
# GNU General Public License, version 2.0, for more details.
#
# You should have received a copy of the GNU General Public License
# along with this program; if not, write to the Free Software
# Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301  USA


# Script used by systemd mysqld.service to run before executing mysqld

get_option () {
    
    local section=$1
    local option=$2
    local default=$3
    local instance=$4
    ret=$(/usr/bin/my_print_defaults  ${
     instance:+--defaults-group-suffix=@$instance} $section | \
              grep '^--'${
     option}'=' | cut -d= -f2- | tail -n 1)
    [ -z "$ret" ] && ret=$default && sed -i -E \
        "/^\[mysqld@${instance}\]\$/a ${option}=$ret" /etc/my.cnf
    echo $ret
}

install_validate_password_sql_file () {
    
    local initfile
    initfile="$(mktemp /var/lib/mysql-files/install-validate-password-plugin.XXXXXX.sql)"
    chmod a+r "$initfile"
    echo "SET @@SESSION.SQL_LOG_BIN=0;" > "$initfile"
    echo "INSERT INTO mysql.component (component_id, component_group_id, component_urn) VALUES (1, 1, 'file://component_validate_password');" >> $initfile
    echo $initfile
}

fix_mysql_upgrade_info () {
    
    datadir=$(get_option mysqld datadir "/var/lib/mysql${instance:+-$instance}" $instance)
    if [ -d  "$datadir" ]  && [ -O "$datadir/mysql_upgrade_info" ]; then
        chown --reference="$datadir" "$datadir/mysql_upgrade_info"
        if [ -x /usr/bin/chcon ]; then
            /usr/bin/chcon --reference="$datadir" "$datadir/mysql_upgrade_info" > /dev/null 2>&1
        fi
    fi
}

install_db () {
    
    # Note: something different than datadir=/var/lib/mysql requires SELinux policy changes (in enforcing mode)

    # mysql_upgrade_info file should be owned by mysql user since MySQL 8.0.16
    fix_mysql_upgrade_info

    # No automatic init wanted
    [ -e /etc/sysconfig/mysql ] && . /etc/sysconfig/mysql
    [ -n "$NO_INIT" ] && exit 0

    local instance=$1
    datadir=$(get_option mysqld datadir "/var/lib/mysql${instance:+-$instance}" $instance)
    log=$(get_option mysqld 'log[_-]error' "/var/log/mysql${instance:+-$instance}.log" $instance)
    tmpdir=$(get_option mysqld tmpdir "/tmp" $instance)
    socket=$(get_option mysqld socket "/var/lib/mysql${instance:+-$instance}/mysql.sock" $instance)

    # Restore log, dir, perms and SELinux contexts

    if [ ! -d "$datadir" -a ! -h "$datadir" -a "x$(dirname "$datadir")" = "x/var/lib" ]; then
        install -d -m 0751 -omysql -gmysql "$datadir" || exit 1
    fi

    if [ ! -e "$log" -a ! -h "$log" -a x$(dirname "$log") = "x/var/log" ]; then
        case $(basename "$log") in
            mysql*.log) install /dev/null -m0640 -omysql -gmysql "$log" ;;
            *) ;;
        esac
    fi

    if [ ! -d "$tmpdir" -a ! -h "$tmpdir" ]; then
        install -d -m 0751 -omysql -gmysql "$tmpdir" || exit 1
    fi

    if [ -x /usr/sbin/restorecon ]; then
        /usr/sbin/restorecon "$datadir"
        /usr/sbin/restorecon "$tmpdir"
        [ -e "$log" ] && /usr/sbin/restorecon "$log"
		[ -e "$socket" ] && /usr/sbin/restorecon "$socket"
        for dir in /var/lib/mysql-files /var/lib/mysql-keyring ; do
            if [ -x /usr/sbin/semanage -a -d /var/lib/mysql -a -d $dir ] ; then
                /usr/sbin/semanage fcontext -a -e /var/lib/mysql $dir >/dev/null 2>&1
                /sbin/restorecon -r $dir
            fi
        done
    fi

    # If special mysql dir is in place, skip db install
    [ -d "$datadir/mysql" ] && exit 0

    # Create initial db and install validate_password plugin
    initfile="$(install_validate_password_sql_file)"
    /usr/sbin/mysqld ${instance:+--defaults-group-suffix=@$instance} --initialize \
                     --datadir="$datadir" --user=mysql --init-file="$initfile" \
                     --tmpdir="$tmpdir" --log-error="$log" --socket="$socket"
    rm -f "$initfile"

    # Generate certs if needed
    if [ -x /usr/bin/mysql_ssl_rsa_setup -a ! -e "${datadir}/server-key.pem" ] ; then
        /usr/bin/mysql_ssl_rsa_setup --datadir="$datadir" --log-error="$log" --uid=mysql >/dev/null 2>&1
    fi
    exit 0
}

install_db $1

exit 0

笔者已将如上脚本 pull request 到 GitHub 上的 mysql/mysql-server 仓库了。