Installationshinweise: Virtualisierungs-Server

Die Kerninfrastruktur im Projekt IT Zukunft-Schule™ besteht aus mindestens einem zentralen Server, auf dem die Infrastrukturverwaltung und -steuerung des Schulnetzwerks installiert wird. Auf diesem zentralen Server kommt Virtualisierung zum Einsatz.

Bevor also mit der Installation der Server-Kompenenten für das Pädagogische Schulnetz begonnen werden kann, muss als erste Ebene die Software für Server-Virtualisierung auf dem zentralen Server installiert werden. In der Virtualisierungsumgebung werden dann die Komponenten des Debian Edu / Skolelinux Netzwerks installiert.

Für große Schulen kommen mehrere Virtualisierungs-Server zum Einsatz und die Dienste des Debian Edu / Skolelinux Netzwerks werden dann auf mehrere physikalische Maschinen verteilt.

Vorbereitungen

Vor der Basisinstallation des ersten Virtualisierungs-Servers muss die Internet-Anbindung der Schule entsprechend der IT-Zukunft Schule™ Netzwerktopologie eingerichtet werden. Desweiteren muss eine Backbone-Switch für das Backbone-Netz bereit stehen, welche mit dem Backbone-VLAN des Internet-Routers verbunden ist.

Im Backbone-Netz ist standardmäßig ein DHCP-Server aktiv (auf Router für die Internet-Anbindung), so dass angeschlossene Systeme (neue aufzusetzende Server, Notebooks von System-Admins, etc.) sofort Zugriff auf das Internet bekommen können.

Basisinstallation

Der Virtualisierungs-Server stellt den virtuellen Maschinen Teile der Hardware standardisiert zur Verfügung. Der folgende Abschnitt beschreibt eine allgemeine Installation des ersten/zentralen Virtualiserungs-Servers. Die Details der Installation unterscheiden sich dabei je nach Hardware-Ausstattung des Servers und Nutzungsszenario (Größe der Schule, etc.). In den entsprechenden Textpassagen werden Beispielwerte angegeben, die an die Gegebenheiten der jeweiligen Schule individuell angepasst werden.

Installation starten

• Ein startfähiges Medium mit Debian GNU/Linux stable (CD-ROM oder USB Stick) erstellen. Um Verwechslungen vorzubeugen: An dieser Stelle verwenden wir noch nicht Debian Edu / Skolelinux, das kommt erst bei der Installation der virtuellen Maschinen zum Einsatz.

• Vom erstellten Medium den Virtualisierungs-Server booten.

• Die folgende Antworten in den angezeigten Menüs auswählen: Install, German, Deutschland und Deutsch

• Die Netzwerkschnittstelle mit Zugang zum Internet angeben (in Klammern markiert durch die Bezeichnung Copper). Der Server sollte so verkabelt sein, dass eth0 für das Backbone-Netzwerk genutzt wird.

Rechnernamen und erste Benutzer anlegen

• Rechnername: virt-man-01 (weitere Virtualisierungs-Server werden durchnummerier: virt-man-02, virt-man-03, etc.)

• domain: backbone

• Passwort für den Benutzer: root eintragen. Wichtig!!! Passwort notieren!!!

• Vor- und Zuname für neuen/ersten Benutzer: Local Administrator

• Benutzername für lokalen Administrator: locadm

• Passwort für den lokalen Administrator eintragen und bestätigen. WICHTIG!!! Passwort notieren!!!

• Im nachfolgenden Dialog des Debian Installers werden die Festplatten partitioniert.
  • Partitionierungs-Methode: manuell
  • root-Dateisystem: 20Gb, als Software RAID-1 (/dev/md0) konfigurieren
  • Swap-Space: Arbeitsspeicher +2Gb auf alle schnellen Platten gleichmäßig verteilen
    • optional: Arbeitsspeicher +2Gb auf die zwei langsamen Platten gleichmäßig verteilen
  • Raid-Device (/dev/md0) als ext3-Dateisystem formatieren, Einhängepunkt: ,,/"

• Software-Installationsprofil (tasksel): grafische Oberfläche: LXDE und zusätzlich SSH-Server auswählen

FixMe: Wenn der Server nach der Installation nicht bootet, sollte nach einem grub-install /dev/sdX, grub-install /dev/sdY UND grub-install /dev/md0 sowie einem anschließenden update-grub alles funktionieren.

Grundeinrichtung

1. Nachdem die Grundinstallation abgeschlossen ist als locadm einloggen.

2. Den User locadm in die Gruppe sudo eintragen. Eingabe mit root-Kennwort bestätigen. Danach: ausloggen und wieder als locadm einloggen.

   $ su -c "adduser locadm sudo"

3. Der Posix-Gruppe sudo den Aufruf des Kommandos sudo ohne Eingabe des Passworts erlauben:

   locadm@virt-man-01:~# su -c "diff -u /etc/sudoers.orig /etc/sudoers"
   --- /etc/sudoers.orig   2012-07-27 12:43:30.000000000 +0200
   +++ /etc/sudoers        2012-07-27 12:42:07.000000000 +0200
   @@ -19,6 +19,6 @@
    # Allow members of group sudo to execute any command
    # (Note that later entries override this, so you might need to move
    # it further down)
   -%sudo ALL=(ALL) ALL
   +%sudo ALL=(ALL) NOPASSWD: ALL
    #
    #includedir /etc/sudoers.d

4. Den Benutzer locadm seine sudo-Rechte wahrnehmen lassen:

   $ newgrp sudo

5. Nachinstallation von Software:

   $ sudo apt-get install sysvinit-core mc vim

6. Server Neustart durchführen

7. Nach der Installation vim als Editor in den Debian "Alternatives" festlegen.

   sudo update-alternatives --config editor

8. Das Programm Midnight Commander starten (Kommando: mc):

   • F9 drücken

   • Optionen -> Konfiguration: [x] Internen Editor benutzen

   • Optionen -> Einstellungen speichern

   • F10: Midnight Commander beenden

9. Den Midnight Commander Editor (Kommando: mcedit) starten:

   • F9 drücken

   • Menüpunkt: Optionen -> Allgemein

   • "Backspace durch Tabs" auswählen
   • "Tabs mit Leerzeichen auffüllen" auswählen
   • "Return rückt automatisch ein" abwählen
   • F10: Editor beenden

10. In /etc/apt/sources.list für alle Varianten contrib und non-free hinzufügen.

11. Lightdm-Konfiguration (Greeter) so anpassen, dass der Anmelde-Bildschirm den Hostnamen anzeigt:

    locadm@virt-man-01:/etc/lightdm$ diff -u lightdm-gtk-greeter.conf.orig  lightdm-gtk-greeter.conf
    
    -show-indicators=~language;~session;~power
    +show-indicators=~host;~language;~session;~power

Aktualisierung gezielter Pakete via ITZkS-Repository

Zusätzliche APT-Quellen werden hinzugefügt:

$ editor /etc/apt/sources.list.d/itzks.list

"""
deb http://packages.it-zukunft-schule.de/debian jessie main
"""

$ apt-get update && apt-get install itzks-keyring && apt-get update

Aus diesen Quellen werden die folgenden Pakete installiert:

$ apt-get install -t itzks-systems-common
$ apt-get update
$ apt-get install x2go-keyring 
$ /etc/apt/sources.list.d/geogebra.lists #auskommentieren
$ apt-get update
$ apt-get install itzks-systems-virtman (postfix nur lokal, emails an locadm)

Festplattenpartitionierung (im Detail)

Im ersten/zentralen Virtualisierungs-Server werden schnelle SAS-Festplatten (geringe Kapazität, schneller Zugriff, teuer) und langsamere SATA-Festplatten (größere Kapazität, langsamerer Zugriff als bei SAS-Platten, kostengünstiger) eingebaut.

• Die schnellen SAS-Festplatten werden für die Benutzerverzeichnisse von Lehrer/innen und Schüler/innen und für die Ablage der Boot-Images der Diskless-Workstations verwendet.
• Auf den nicht ganz so performanten SATA-Festplatten liegen die Betriebssysteme der Server sowie Daten deren Zugriff nicht geschwindigkeitskritisch ist.

Die Einteilung der Festplatten fällt von Schule zu Schule unterschiedlich aus. Sie ist abhängig von der Zahl und Größe der Festplatten, sowie der Größe des eingebauten Arbeitsspeichers.

Beispiel:

• Jeder Virtualisierungs-Server enthält eine gerade Anzahl von Festplatten, für Festplatten-Spiegelung wird in den meisten Fällen der RAID-Level-1 verwendet
• RAID-Systemen werden stets mit der Software-Lösung im Linux-Kernel realisiert (sog. /dev/md-Devices)
• SATA-Festplatte 1 und 2 werden 20 GByte als Raid (Level 1, Plattenspiegelung) für Betriebssystem des Virtualisierungs-Server reserviert
• Swap-Partitionen: Größe des Arbeitsspeichers plus 2GByte auf alle schnellen SAS-Festplatten verteilt

• Raid-Basis für LVM Volumes: jeweils zwei gleichgroße Partitionen auf baugleichen Festplatten zu RAID-Devices vom Level-1 zusammenfügen

  $ mdadm --create /dev/md1 -l1 -n2 /dev/sda2 /dev/sdb2
  $ mdadm --create /dev/md2 -l1 -n2 /dev/sdc2 /dev/sdd2
  # weitere RAID-1 Devices einrichten...
  $ [...]
  # alle RAID-1 Devices nach Neustart verfügbar machen...
  $ /usr/share/mdadm/mkconf > /etc/mdadm/mdadm.conf
  $ dpkg-reconfigure mdadm

• LVM Volume Groups anlegen:

  • Volume Group vm-slow-vg beinhaltet alle Level-1 RAIDs der langsameren Festplatten (SATA)

  • Volume Group vm-fast-vg beinhaltet alle Level-1 RAIDs der schnellen Festplatten (SAS)

    $ pvcreate /dev/md1
    $ pvcreate /dev/md2
    $ [...]
    # alle RAID-1 Devices der SATA-Festplatten zu einer Volume Group zusammenführen
    $ vgcreate vm-slow-vg /dev/md<A1> /dev/md<A2> [...]
    # alle RAID-1 Devices der SAS-Festplatten zu einer Volume Group zusammenführen
    $ vgcreate vm-fast-vg /dev/md<B1> /dev/md<B2> [...]

• LVM Volumes anlegen:

  • Logical Volumes für virtuelle Maschinen anlegen. Namenskonvention für LVs: <host-fqdn>_sd{a,b,c,d,...}

    $ lvcreate vm-slow-vg -n tjener.intern_sda -L 400G
    $ lvcreate vm-fast-vg -n tjener.intern_sdb -L 400G
    $ lvcreate vm-slow-vg -n disklserver.intern_sda -L 40G
    $ lvcreate vm-fast-vg -n disklserver.intern_sdb -L 80G

FixMe: LTSP-Server ergänzen?

Netzwerk einrichten

Bislang wurde für die beschriebenen Installationsschritte eine vom DHCP-Server des Internet/DSL-Routers vergebene IP-Adresse für den zu installierenden Virtualisierungs-Server verwendet. Im nächsten Schritt wird nun eine feste IP-Adresse für die Backbone-Netzwerkschnittstelle festgelegt und auch die Schnittstelle für das Pädagogische Netzwerk (Debian Edu / Skolelinux Netzwerk) vorbereitet.

Der zentrale Virtualisierungs-Server besitzt typischerweise zwei Netzwerkschnittstellen.

• Die erste Schnittstelle ist für das Backbone-Netz (172.16.0.0/24 vorgesehen.

• Die zweite Schnittstelle stellt das Subnetz für die Schulinfrastruktur bereit (10.0.0.0/8). Diese Schnittstelle wird über eine Netzwerk-Bridge an die virtuellen Maschinen übergeben.

Beispiel: (Datei: /etc/network/interfaces auf virt-man-01)

auto lo
iface lo inet loopback

auto eth0
iface eth0 inet manual

auto br0
iface br0 inet manual
        bridge_fd 0
        bridge_hello 2
        bridge_maxage 12
        bridge_stop off
        bridge_ports eth0

# backbone interface
auto eth1
iface eth1 inet static
        address 172.16.0.1
        netmask 255.255.255.0
        broadcast 172.16.0.255
        gateway 172.16.0.253

Nach der Neukonfiguration die Schnittstellen muss das Netzwerk (bzw. zum Testen der korrekten Funktion beim System-Boot: der Server) neu gestartet werden.

Virtuelle Maschinen einrichten

Das Programm Virtual Machine Manager dient der Verwaltung und Steuerung der virtuellen Maschinen. In ihm werden die virtuellen Festplatten konfiguriert, und Arbeitsspeicher sowie Prozessorkerne den virtuellen Maschinen zugeteilt.

• Den User locadm der Gruppe libvirt hinzufügen.

  $ sudo adduser locadm libvirt

• Grafisch am Virtualisierungs-Server als locadm anmelden.

• Den "Virtual Machine Manager" starten.

• Mit der rechten Maustaste localhost auswählen, dann Details auswählen. Mit Speicher hinzufügen folgende virtuelle Festplatten anlegen:

  • vm-fast-vg (LVM Volume Group, s.o.)
  • vm-slow-vg (LVM Volume Group, s.o.)

In Virtual Machine Manager können jetzt virtuelle Maschinen angelegt werden (genaue Beschreibung auf den Seiten, die die einzelnen VMs beschreiben).