Linux 任務排程精通：systemd Timer 取代 Cron 的現代化指南

從 Cron 到 systemd Timer

傳統 cron 雖普及，但缺乏依賴管理、日誌整合、隨機延遲、持久化儲存。systemd Timer 提供：

• 與 service 单元原生整合、依賴排序 (After/Requires)
• 統一日誌 (journalctl -u timer-name)
• RandomizedDelaySec、Persistent=true (開機補跑)
• 單調時鐘 (Monotonic) 避免系統時間變更影響
• systemd-analyze calendar 驗證時間表達式

Cron 基礎回顧 (兼容舊系統)

# 使用者 crontab
crontab -e
# 格式: 分 時 日 月 週 命令
0 2 * * * /backup.sh >> /var/log/backup.log 2>&1
*/15 * * * * /check_service.sh

# 系統 crontab (/etc/crontab) 含 USER 欄位
0 3 * * * root /scripts/daily_cleanup.sh

# 目錄式 (run-parts)
/etc/cron.d/        # 系統排程檔
/etc/cron.hourly/   # 每小時
/etc/cron.daily/    # 每天 (anacron 驅動)
/etc/cron.weekly/
/etc/cron.monthly/

systemd Timer 實戰

1. 基礎單元對：Service + Timer

/etc/systemd/system/backup.service

[Unit]
Description=Daily Backup Script
Documentation=man:backup(1)
After=network-online.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/local/bin/backup.sh
User=backup
Group=backup
# 資源限制
MemoryMax=500M
CPUQuota=50%
# 環境
Environment=BACKUP_DEST=/mnt/backup
Environment=RETENTION_DAYS=30
# 日誌標籤
SyslogIdentifier=backup-script

[Install]
WantedBy=multi-user.target

/etc/systemd/system/backup.timer

[Unit]
Description=Run backup daily at 02:00 with random delay
Requires=backup.service

[Timer]
# Calendar 事件 (相對/絕對時間)
OnCalendar=*-*-* 02:00:00
# 或單調時間
# OnBootSec=15min
# OnUnitActiveSec=1d

# 關鍵現代化參數
RandomizedDelaySec=30m        # 0-30 分鐘隨機延遲，避免驚群
Persistent=true               # 開機時若錯過上次排程，立即執行
AccuracySec=1m                # 時間精度 (預設 1min)

[Install]
WantedBy=timers.target

2. 啟用與管理

systemctl daemon-reload
systemctl enable --now backup.timer

# 查看狀態
systemctl list-timers --all
systemctl status backup.timer
journalctl -u backup.service -f

# 手動觸發
systemctl start backup.service

# 暫停/恢復
systemctl stop backup.timer
systemctl start backup.timer

3. Calendar 事件表達式速查

# 驗證表達式
systemd-analyze calendar "Mon *-*-* 03:00:00"
# 輸出下次觸發時間、間隔、經過時間

4. 進階模式

單一單元合併 (Type=oneshot + Timer 整合)：簡單腳本可用 systemd-run 臨時排程：

# 一次性 10 分鐘後執行
systemd-run --on-active=10min /scripts/once.sh

# 每小時執行，隨機延遲 5 分鐘
systemd-run --on-calendar="*:0/60" --property=RandomizedDelaySec=5m /scripts/hourly.sh

多服務依賴鏈：

[Unit]
Description=Data Pipeline
After=extract.service transform.service
Requires=extract.service transform.service

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/scripts/load.sh

[Install]
WantedBy=multi-user.target

# Timer 只掛在最後一環
# load.timer → load.service → (Requires) transform.service → extract.service

Transient Timer (動態建立，不寫檔)：

systemd-run --unit=myjob --on-calendar="*-*-* 03:00" --property=RandomizedDelaySec=1h /scripts/dynamic.sh

Anacron：非 24/7 系統的補救

筆記本/桌機非持續開機，anacron 讀取 /etc/anacrontab：

# 期間(天) 延遲(分) 識別名 命令
1   5   cron.daily   run-parts /etc/cron.daily
7   10  cron.weekly  run-parts /etc/cron.weekly
30  15  cron.monthly run-parts /etc/cron.monthly

# systemd 內建替代
# /etc/systemd/system/cron-daily.timer
[Timer]
OnCalendar=daily
RandomizedDelaySec=1h
Persistent=true

系統級定時任務最佳實踐

1. 專用用戶/群組：useradd -r -s /sbin/nologin backup，最小權限
2. 腳本健壯性：set -euo pipefail、鎖檔防重入 (flock)、超時控制 (timeout)、錯誤通知 (mail/curl webhook)
3. 日誌輪替：StandardOutput=journal + journalctl --vacuum-time=30d，或導向檔案 + logrotate
4. 監控告警：systemctl is-failed backup.service 整合 Prometheus node_exporter systemd_unit_failed 指標
5. 版本控管：/etc/systemd/system/*.timer 納入 Git/Ansible/Salt
6. 測試驗證：systemd-analyze verify backup.service backup.timer、systemd-dry-run

遷移清單：Cron → systemd Timer

故障排查

# Timer 未觸發
systemctl list-timers --all | grep backup
systemctl status backup.timer
journalctl -u backup.timer -S -1h

# 服務失敗
journalctl -u backup.service -b
systemctl cat backup.service

# 時間表達式錯誤
systemd-analyze calendar "OnCalendar string"

# 權限問題
systemctl cat backup.service | grep User
sudo -u backup /usr/local/bin/backup.sh  # 手動測試

結論：新系統預設用 systemd Timer，舊系統 Cron 共存無害。Timer 提供企業級可觀測性、可靠性、可維護性，是基礎設施即代碼的原生選擇。