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Linux のシステム管理

最新のクラウドネイティブ環境で、サーバーの管理、アプリケーションのデプロイ、本番環境の問題のトラブルシューティングを行うための、包括的な Linux システム管理です。

目的

このスキルでは、DevOps エンジニア、SRE、バックエンド開発者、プラットフォームエンジニアを対象に、Linux の基礎および中級レベルのシステム管理を解説します。systemd ベースのディストリビューション（Ubuntu、RHEL、Debian、Fedora）を対象に、サービス管理、プロセス監視、ファイルシステム操作、ユーザー管理、パフォーマンスチューニング、ログ分析、ネットワーク設定を扱います。

コンテナ化が進んだ現在でも、堅実な Linux の基礎知識はインフラストラクチャに欠かせません。コンテナホストは Linux 上で動作し、Kubernetes ノードには最適化が必要です。また、本番環境の問題をトラブルシューティングするには、systemd、プロセス、ログを理解する必要があります。

対象外：

• 高度なネットワーク（BGP、OSPF）については、network-architecture スキルを参照してください
• 詳細なセキュリティ強化（コンプライアンス、ペネトレーションテスト）については、security-hardening スキルを参照してください
• 大規模な構成管理（Ansible、Puppet）については、configuration-management スキルを参照してください
• コンテナオーケストレーションについては、kubernetes-operations スキルを参照してください

このスキルを使う場面

カスタムアプリケーションのデプロイ、遅いシステムのトラブルシューティング、サービス障害の調査、ワークロードの最適化、ユーザー管理、SSH の設定、ディスク容量の監視、タスクのスケジュール設定、ネットワーク問題の診断、パフォーマンスチューニングを行う際に使用します。

クイックスタート

必須コマンド

サービス管理：

systemctl start nginx              # Start service
systemctl stop nginx               # Stop service
systemctl restart nginx            # Restart service
systemctl status nginx             # Check status
systemctl enable nginx             # Enable at boot
journalctl -u nginx -f             # Follow service logs

プロセス監視：

top                                # Interactive process monitor
htop                               # Enhanced process monitor
ps aux | grep process_name         # Find specific process
kill -15 PID                       # Graceful shutdown (SIGTERM)
kill -9 PID                        # Force kill (SIGKILL)

ディスク使用量：

df -h                              # Filesystem usage
du -sh /path/to/dir                # Directory size
ncdu /path                         # Interactive disk analyzer

ログ分析：

journalctl -f                      # Follow all logs
journalctl -u service -f           # Follow service logs
journalctl --since "1 hour ago"    # Filter by time
journalctl -p err                  # Show errors only

ユーザー管理：

useradd -m -s /bin/bash username   # Create user with home dir
passwd username                    # Set password
usermod -aG sudo username          # Add to sudo group
userdel -r username                # Delete user and home dir

基本概念

Systemd アーキテクチャ

Systemd は標準の init システムおよびサービスマネージャーです。Systemd ユニットでは、サービス、タイマー、ターゲット、その他のシステムリソースを定義します。

ユニットファイルの配置場所（優先順位順）：

• /etc/systemd/system/ - カスタムユニット（最優先）
• /run/systemd/system/ - 実行時ユニット（一時的）
• /lib/systemd/system/ - システム提供のユニット（変更しないでください）

主なユニットの種類： .service（サービス）、.timer（スケジュールされたタスク）、.target（ユニットのグループ）、.socket（ソケットで起動されるユニット）

必須の systemctl コマンド：

systemctl daemon-reload            # Reload unit files after changes
systemctl list-units --type=service
systemctl list-timers              # Show all timers
systemctl cat nginx.service        # Show unit file content
systemctl edit nginx.service       # Create override file

systemd の詳細については、references/systemd-guide.md を参照してください。

プロセス管理

プロセスとは、固有の PID を持つ実行中のプログラムです。トラブルシューティングには、プロセスの状態、シグナル、リソース使用量を理解することが欠かせません。

プロセスの状態： R（実行中）、S（スリープ中）、D（割り込み不可のスリープ／I/O）、Z（ゾンビ）、T（停止中）

一般的なシグナル： SIGTERM（15）正常終了、SIGKILL（9）強制終了、SIGHUP（1）設定の再読み込み

プロセスの優先度：

nice -n 10 command                 # Start with lower priority
renice -n 5 -p PID                 # Change priority of running process

ファイルシステム階層

主なディレクトリ：/（ルート）、/etc/（設定）、/var/（可変データ）、/opt/（オプションのソフトウェア）、/usr/（ユーザープログラム）、/home/（ユーザーディレクトリ）、/tmp/（一時ファイル）、/boot/（ブートローダー）

ファイルシステムの種類：クイックリファレンス

• ext4 - 汎用（デフォルト）
• XFS - 大容量ファイル、データベース（RHEL のデフォルト）
• Btrfs - スナップショット、コピーオンライト
• ZFS - エンタープライズ、データ整合性、NAS

LVM や RAID を含むファイルシステム管理の詳細については、references/filesystem-management.md を参照してください。

パッケージ管理

Ubuntu/Debian（apt）：

apt update && apt upgrade          # Update system
apt install package                # Install package
apt remove package                 # Remove package
apt search keyword                 # Search packages

RHEL/CentOS/Fedora（dnf）：

dnf update                         # Update all packages
dnf install package                # Install package
dnf remove package                 # Remove package
dnf search keyword                 # Search packages

システムサービスには標準のパッケージマネージャーを使用し、デスクトップアプリやディストリビューション間の互換性には snap/flatpak を使用してください。

判断フレームワーク

パフォーマンス問題のトラブルシューティング

調査ワークフロー：

1. ボトルネックを特定する：

   top                             # Quick overview
   uptime                          # Load averages
   

2. CPU の問題（使用率 >80%）：

   top                             # Press Shift+P to sort by CPU
   ps aux --sort=-%cpu | head
   

3. メモリの問題（スワップ使用中）：

   free -h                         # Memory usage
   top                             # Press Shift+M to sort by memory
   

4. ディスク I/O の問題（wa% が高い）：

   iostat -x 1                     # Disk statistics
   iotop                           # I/O by process
   

5. ネットワークの問題：

   ss -tunap                       # Active connections
   iftop                           # Bandwidth monitor
   

包括的なトラブルシューティングについては、references/troubleshooting-guide.md を参照してください。

ファイルシステムの選択

簡易判断ガイド：

• デフォルト／汎用 → ext4
• データベースサーバー → XFS
• 大容量ファイルのストレージ → XFS または ZFS
• NAS／ファイルサーバー → ZFS
• スナップショットが必要 → Btrfs または ZFS

一般的なワークフロー

Systemd サービスの作成

ステップ 1：ユニットファイルを作成

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

ステップ 2：ユニットファイルの内容

[Unit]
Description=My Web Application
After=network.target postgresql.service
Requires=postgresql.service

[Service]
Type=simple
User=myapp
Group=myapp
WorkingDirectory=/opt/myapp
Environment="PORT=8080"
ExecStart=/opt/myapp/bin/server
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
Restart=on-failure
RestartSec=5s
StandardOutput=journal

# Security hardening
PrivateTmp=true
NoNewPrivileges=true
ProtectSystem=strict
ReadWritePaths=/var/lib/myapp

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ステップ 3：デプロイして起動

sudo useradd -r -s /bin/false myapp
sudo mkdir -p /var/lib/myapp
sudo chown myapp:myapp /var/lib/myapp
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable myapp.service
sudo systemctl start myapp.service
sudo systemctl status myapp.service

完全な例については、examples/systemd-units/を参照してください。

Systemd タイマー（Cron の代替）

スケジュールされたタスク用にサービスユニットとタイマーユニットを作成します。タイマーユニットでは、OnCalendar=でスケジュールを指定し、実行されなかったジョブを実行するためにPersistent=trueを設定します。サービスユニットにはType=oneshotを指定します。完全な例については、examples/systemd-units/backup.timerとbackup.serviceを参照してください。

SSH の強化

SSH キーを生成：

ssh-keygen -t ed25519 -C "[email protected]"
ssh-copy-id admin@server

sshd_config を強化：

sudo nano /etc/ssh/sshd_config

主な設定：

PermitRootLogin no
PasswordAuthentication no
PubkeyAuthentication yes
MaxAuthTries 3
AllowUsers admin deploy
X11Forwarding no
Port 2222                          # Optional

変更を適用：

sudo sshd -t                       # Test
sudo systemctl restart sshd        # Apply (keep backup session!)

SSH の完全な設定については、examples/configs/sshd_config.hardenedとreferences/security-hardening.mdを参照してください。

パフォーマンスのチューニング

ネットワークのチューニング（TCP バッファー、BBR 輻輳制御）、メモリー管理（スワップネス、キャッシュ圧力）、ファイルディスクリプターのために、/etc/sysctl.d/99-custom.confでsysctlパラメーターを設定します。/etc/security/limits.confでnofileとnprocのulimitを設定します。I/OスケジューラーとCPUガバナーを設定します。包括的なチューニングについては、references/performance-tuning.mdおよびテンプレートがあるexamples/configs/を参照してください。

ログの調査

systemctl status myappとjournalctl -u myappを使用して問題を調査します。--sinceで時刻を指定し、-p errで重大度を絞り込み、grepでパターンを検索してログをフィルタリングします。top、df -h、free -hを使ってシステムメトリクスと照合します。journalctl -k | grep -i oomでOOM キルを確認します。詳細なワークフローについては、references/troubleshooting-guide.mdを参照してください。

基本的なコマンド

インターフェース管理：

ip addr show                       # Show all interfaces
ip link set eth0 up                # Bring interface up
ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0

ルーティング：

ip route show                      # Show routing table
ip route get 8.8.8.8               # Show route to IP
ip route add 10.0.0.0/24 via 192.168.1.1

ソケット統計：

ss -tunap                          # All TCP/UDP connections
ss -tlnp                           # Listening TCP ports
ss -ulnp                           # Listening UDP ports
ss -tnp state established          # Established connections

ファイアウォールの設定

Ubuntu（ufw）：

sudo ufw status
sudo ufw enable
sudo ufw allow 22/tcp              # Allow SSH
sudo ufw allow 80/tcp              # Allow HTTP
sudo ufw allow from 192.168.1.0/24 # Allow from subnet
sudo ufw default deny incoming

RHEL/CentOS（firewalld）：

firewall-cmd --state
firewall-cmd --list-all
firewall-cmd --add-service=http --permanent
firewall-cmd --add-port=8080/tcp --permanent
firewall-cmd --reload

netplan、NetworkManager、DNSを含むネットワーク設定の完全な内容については、references/network-configuration.mdを参照してください。

スケジュールされたタスク

Cron の構文

crontab -e                         # Edit user crontab

# Format: minute hour day month weekday command
0 2 * * * /usr/local/bin/backup.sh              # Daily at 2:00 AM
*/5 * * * * /usr/local/bin/check-health.sh      # Every 5 minutes
0 3 * * 0 /usr/local/bin/weekly-cleanup.sh      # Weekly Sunday 3 AM
@reboot /usr/local/bin/startup-script.sh        # Run at boot

Systemd タイマーのカレンダー構文

OnCalendar=daily                   # Every day at midnight
OnCalendar=*-*-* 02:00:00          # Daily at 2:00 AM
OnCalendar=Mon *-*-* 09:00:00      # Every Monday at 9 AM
OnCalendar=*-*-01 00:00:00         # 1st of every month
OnBootSec=5min                     # 5 minutes after boot

基本的なツール

プロセスの監視

• top、htop - プロセスをリアルタイムで監視
• ps - プロセスの状態を表示
• pgrep/pkill - 名前で検索／終了

ログ分析

• journalctl - systemd ジャーナルを照会
• grep - テキストパターンを検索
• tail -f - ログファイルを追跡

ディスク管理

• df - ディスク使用量
• du - ディレクトリの使用量
• lsblk - ブロックデバイスを一覧表示
• ncdu - 対話型のディスク分析ツール

ネットワークツール

• ip - ネットワーク設定
• ss - ソケット統計
• ping - 接続をテスト
• dig/nslookup - DNS クエリ
• tcpdump - パケットキャプチャ

システム監視

• Netdata - リアルタイムのウェブダッシュボード
• Prometheus + Grafana - メトリクスの収集
• ELK Stack - ログの一元管理

他のスキルとの連携

Kubernetes の運用

Linux 管理は、Kubernetes ノード管理の基盤です。ノードの最適化（sysctl のチューニング）、systemd サービスとしてのkubelet、journald を介したコンテナログ、リソース制限のためのcgroupsを扱います。

例：

# /etc/sysctl.d/99-kubernetes.conf
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward = 1

Kubernetes 固有の運用については、kubernetes-operationsスキルを参照してください。

構成管理

Linux 管理では知識を提供し、構成管理ではそれを自動化します。Ansible プレイブックを使って、systemd サービスの作成とシステムのチューニングを自動化できます。

大規模な自動化については、configuration-managementスキルを参照してください。

セキュリティ強化

このスキルでは、SSH とファイアウォールの基本を扱います。高度なセキュリティ（MFA、証明書、CIS ベンチマーク、コンプライアンス）については、security-hardeningスキルを参照してください。

CI/CD パイプライン

CI/CD パイプラインでは、これらのスキルを使ってLinux サーバーにデプロイします。デプロイにはsystemctlを、監視にはjournalctlを使用します。

デプロイの自動化については、building-ci-pipelinesスキルを参照してください。

参考資料

詳細ガイド

• references/systemd-guide.md - systemd の包括的なリファレンス（ユニットファイル、依存関係、ターゲット）
• references/performance-tuning.md - sysctl、ulimits、cgroups、I/O スケジューラーの完全ガイド
• references/filesystem-management.md - LVM、RAID、ファイルシステムの種類、権限
• references/network-configuration.md - ip/ss コマンド、netplan、NetworkManager、DNS、ファイアウォール
• references/security-hardening.md - SSH の強化、ファイアウォール、SELinux/AppArmor の基本
• references/troubleshooting-guide.md - よくある問題、診断ワークフロー、解決策

例

• examples/systemd-units/ - サービス、タイマー、ターゲットのユニットファイル
• examples/scripts/ - バックアップ、ヘルスチェック、メンテナンスのスクリプト
• examples/configs/ - sshd_config、sysctl.conf、logrotate の例

ディストリビューション固有の注意点

Ubuntu/Debian

パッケージマネージャー：apt、ネットワーク：netplan、ファイアウォール：ufw、リポジトリ：/etc/apt/sources.list

RHEL/CentOS/Fedora

パッケージマネージャー：dnf、ネットワーク：NetworkManager、ファイアウォール：firewalld、リポジトリ：/etc/yum.repos.d/、SELinux はデフォルトで有効です

Arch Linux

パッケージマネージャー：pacman、ネットワーク：NetworkManager、ローリングリリース、コミュニティパッケージには AUR を使用

追加リソース

公式ドキュメント：

• systemd：https://systemd.io/
• Linux カーネル：https://kernel.org/doc/

関連スキル：

• kubernetes-operations - Linux 上のコンテナオーケストレーション
• configuration-management - Linux の大規模な管理を自動化
• security-hardening - 高度なセキュリティとコンプライアンス
• building-ci-pipelines - CI/CD 経由でデプロイ
• performance-engineering - 詳細なパフォーマンス分析