IServ-Linux-Client per LTSP an festplattenlose Rechner ausliefern

In diesem Blog-Artikel werde ich erläutern, wie man einen zuvor in VirtualBox über die IServ-Softwareverteilung installierten Linux-Client über einen LTSP an festplattenlose Clients ausliefert, sodass man in einem PC-Raum dann nur noch das VirtualBox-Image pflegen muss und mit den Clients keinerlei Aufwand mehr hat.

Dieser Artikel setzt voraus, dass ein LTSP mit zwei Netzwerkkarten, so wie in diesem Beitrag beschrieben, vorhanden ist.

Prinzipielle Netzwerktopologie mit einem LTSP und einem IServ-Schulserver

Diese LTSP-Installation muss man nun verändern, damit man das in VirtualBox installierte IServ-Client-Image verwenden kann. Die LTSP-Standardinstallation geht davon aus, dass die Nutzer auf dem LTSP-Server vorhanden sind und dass deren user homes über sshfs vom Server auf die Clients eingebunden werden. Das ist bei uns nicht der Fall, da die user homes auf dem IServ liegen. Aus diesem Grund muss diese Funktion des LTSP-Servers (pamltsp) deaktiviert werden. Dieses geschieht, indem man folgende leere Datei anlegt (die Ordner client und init müssen dabei erst noch manuell mit mkdir angelegt werden) und danach ltsp initrd aufruft (beides als root).

nano /etc/ltsp/client/init/54-pam.sh
ltsp initrd

Jetzt muss noch der Export der user homes über sshfs deaktiviert werden:

ltsp nfs -h1

Jetzt ist der Server vorbereitet, um unser IServ-Linux-Image auszuliefern. Es ist an der Zeit, in VirtualBox ein solches zu erstellen. Dabei ist wichtig, dass man als Festplattentyp VMDK mit fester Größe (10 GB reichen) wählt. Zudem muss man in den Netzwerkeinstellungen auswählen, dass eine Netzwerkbrücke verwendet werden soll. Die dort angezeigte MAC-Adresse kann man dann in die IServ-Geräteverwaltung eintragen und dort auswählen, dass auf dem Client Ubuntu installiert werden soll. Beim Start der virtuellen Maschine muss dann F12 gedrückt werden, um auswählen zu können, dass diese über das Netzwerk booten soll. Hat man das gemacht, so startet automatisch die Installation des Linux-Clients.

Nach der erfolgreichen Installation des Clients in VirtualBox müssen wir diesen nun noch etwas bearbeiten, damit wir ihn über unseren LTSP ausliefern können. Wenn der Client nun von einem festplattenlosen Rechner vom LTSP gestartet wird, gibt der LTSP dem Client einen neuen Hostnamen, der auf der IP-Adresse basiert, den der festplattenlose Rechner vom LTSP bekommt. Nun muss dieser Rechner beim Hochfahren mit dem jeweiligen Hostnamen der IServ-Domäne beitreten, andernfalls ist er nicht nutzbar und man kann sich nicht anmelden. Diesen Domänenbeitritt beim Hochfahren habe ich über eine systemd service unit mit dem Namen „join.service“ realisiert (als root ausführen):

nano /etc/systemd/system/join.service
[Unit]
Description=Join Domain
After=network-online.target winbind.service

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/bin/join-domain.sh

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Korrekte Berechtigungen setzen:

chmod 755 /etc/systemd/system/join.service

Dann muss die Unit aktiviert werden:

systemctl enable join.service 

Jetzt muss das eigentliche Skript angelegt werden, was den Domänenbeitritt bewerkstelligt:

nano /usr/local/bin/join-domain.sh
#!/bin/sh
echo -n 'passwd' | net rpc join -U administrator

Dieses Skript enthält das Passwort eines IServ-Domänen-Administrators im Klartext, was natürlich unschön ist. Leider habe ich noch keine andere Möglichkeit gefunden, um diesen Domänenbeitritt anders zu bewerkstelligen. „administrator“ ist hier durch den Benutzernamen eines IServ-Domänen-Administrators zu ersetzen. Da dieses Skript das Passwort des Domänen-Administrators enthält, ist es um so wichtiger, die Berechtigungen so zu setzen, dass nur root dieses Skript lesen kann:

chmod 700 /usr/local/bin/join-domain.sh

Normale Nutzer können das Skript nicht lesen oder ausführen. Ferner ist es nur im VirtualBox-Client-Image vorhanden, was auf dem Server liegt. Ein Angriffsszenario, bei dem beispielsweise Linux im Single User Mode gestartet wird, ist auch nicht möglich, da die Clients keine Festplatten haben.

Jetzt ist die virtuelle Maschine fertig vorbereitet und sie kann heruntergefahren und auf den LTSP kopiert werden (z. B. per scp). Nach dem Kopieren der Datei „TestClient5-flat.vmdk“ auf den LTSP muss man folgende Befehle ausführen:

ln -s "/home/user/TestClient5-flat.vmdk" /srv/ltsp/TestClient5.img
ltsp image TestClient5
ltsp ipxe
ltsp initrd

Wenn man jetzt einen Client, der mit der internen Netzwerkkarte des LTSP verbunden ist, über pxe-Boot startet, sollte man „TestClient5“ im pxe-Menü auswählen und den Client starten können. Jetzt hat man einen normalen IServ-Linux-Client, der per pxe-Boot über den LTSP ausgeliefert wird. Damit gehört das umständliche Installieren und Aktualisieren aller Clients der Vergangenheit an, da nur noch das VirtualBox-Image gepflegt werden muss. Nach jedem Update des Image muss dieses wieder auf den LTSP kopiert und „ltsp image TestClient5“ ausgeführt werden.

Zentrales Management von Desktop-Clients mit einem Linux-Terminalserver

Ungeachtet der vielen mobilen Endgeräte und dem Wunsch, flexibel mit einem mobilen Gerät arbeiten zu können, haben bei uns in der Schule die Desktop-Clients noch längst nicht ausgedient. Um die Administration wesentlich zu vereinfachen, haben wir uns vor eineinhalb Jahren entschieden, auf festplattenlose Fat-Clients mit einem Linux-Terminalserver zu setzen.

In diesem Blog-Beitrag werde ich die Installation eines solchen Systems in Verbindung mit dem IServ-Schulserver beschreiben. Meine Anleitung bezieht sich auf LTSP5. Diesen Sommer wurde das LTSP-Projekt von Grund auf neu programmiert.

Wir nutzen aber weiterhin die alte Version, da jetzt alles geschmeidig läuft. Nichtsdestotrotz bietet die neue Version viele Verbesserungen. Deswegen werden wir nächstes Jahr umsteigen und ich werde alles hier dokumentieren.

Diese Anleitung bezieht sich auf Ubuntu Mate 18.04 LTS (Bionic) und einen Server mit zwei Netzwerkkarten (eno1 und eno2).

Der Ubuntu-LTSP-Server in Raum 501 stellt für die dort vorhanden Computer („Clients“) ein Festplattenabbild über das Netzwerk zur Verfügung, von dem die Clients starten. Auf diese Weise benötigen die Clients keine eigene Festplatte mehr und der Wartungsaufwand reduziert sich auf die Aktualisierung des Festplattenabbildes auf dem Server. Zudem können neue Clients direkt und ohne Installationsaufwand in das bestehende Netzwerk integriert werden.
Die Clients im Raum 501 befinden sich in einem eigenen Subnetz, was von der internen Netzwerkkarte des Servers bedient wird. Auf dem Server läuft ein DHCP-Server, der den Clients IP-Adressen sowie das Festplattenabbild zum Starten des Betriebssystems zur Verfügung stellt. Ferner arbeitet der Server als Router in das IServ-Netzwerk, sodass ein Zugriff auf dieses sowie auf das Internet möglich ist. Bei der Benutzeranmeldung an einem Client erfolgt eine Authentifizierung über ssh am Server und es wird das Heimatverzeichnis des Nutzers per sshfs eingebunden.

Netzwerktopologie unserer LTSP-Installation

Installation des Grundsystems

Als erstes muss das Grundbetriebssystem Ubuntu Mate 18.04 LTS installiert werden. Von diesem System wird später das Festplattenabbild erstellt, mit dem die Clients starten werden. Dieses bedeutet, dass das Betriebssystem von Server und Clients dasselbe ist. Alle Programme, die auf den Clients verfügbar sein sollen, müssen somit immer zuerst auf dem Server installiert werden. Die Installation des Grundbetriebssystems kann beispielsweise von einem USB-Stick erfolgen. Da es sich hierbei um eine Standardinstallation handelt, wird diese in diesem Handbuch nicht weiter dokumentiert.
Im nächsten Schritt müssen die Netzwerkkarten entsprechend unserer Anforderungen konfiguriert werden. Dieses geschieht bei Ubuntu durch das Bearbeiten der Konfigurationsdatei /etc/network/interfaces mit einem Texteditor mit root-Rechten.

sudo nano /etc/network/interfaces

Die Datei muss so angepasst werden, dass eine Netzwerkkarte (in unserem Fall eno1) die IP-Adresse dynamisch per DHCP von dem IServ-DHCP-Server bezieht. Die andere Netzwerkkarte benötigt eine statische IP-Adresse (in unserem Fall eno2). Auf dieser wird dann der interne DHCP-Server „lauschen“ und IP-Adressen sowie das Festplattenabbild an die mit dieser Netzwerkkarte verbundenen Clients verteilen. Diese Konfiguration wird bei unserem Server mit folgender Konfiguration von /etc/network/interfaces erreicht.

auto lo
iface lo inet loopback

auto eno1
iface eno1 inet dhcp

auto eno2
iface eno2 inet static
    address 192.168.0.1
    netmask 255.255.255.0
    broadcast 192.168.0.255

Nach diesen Änderungen sollte der Systemdienst, der für die Netzwerkkommunikation verantwortlich ist, neugestartet werden, damit die Änderungen sofort wirksam werden.

sudo systemctl restart networking.service

Nach der Konfiguration der beiden Netzwerkkarten muss der LTSP-Server installiert werden, der die Programme bereitstellt, die für die Erstellung und Auslieferung des Festplattenabbildes an die Clients verantwortlich sind. Mit folgenden Befehl werden die hierfür erforderlichen Programme installiert.

sudo apt-get install ltsp-server-standalone isc-dhcp-server tftpd-hpa ltsp-client ldm-ubuntu-theme

Im nächsten Schritt muss der interne DHCP-Server so konfiguriert werden, dass er das gewünschte Verhalten zeigt. Als erstes muss dem DHCP-Server mitgeteilt werden, auf welcher Netzwerkkarte er IP-Adressen verteilen soll. Dieses geschieht durch Bearbeiten der Konfigurationsdatei /etc/default/isc-dhcp-server. In dieser Datei muss folgende Bedingung eingetragen werden, damit der DHCP-Server auf der Netzwerkkarte eno2 arbeitet.

INTERFACESv4="eno2"

Für die weitere Konfiguration muss die Datei /etc/ltsp/dhcpd.conf bearbeitet werden.

#
# Default LTSP dhcpd.conf config file.
#

authoritative;

subnet 192.168.0.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.0.100 192.168.0.250;
    option domain-name "501.ltsp";
    option domain-name-servers 10.0.0.1;
    option broadcast-address 192.168.0.255;
    option routers 192.168.0.1;
    next-server 192.168.0.1;
#    get-lease-hostnames true;
    option subnet-mask 255.255.255.0;
    option root-path "/opt/ltsp/amd64";
    if substring( option vendor-class-identifier, 0, 9 ) = "PXEClient" {
        filename "/ltsp/amd64/pxelinux.0";
    } else {
        filename "/ltsp/amd64/nbi.img";
    }
}

Nach diesen Änderungen muss der DHCP-Server neugestartet werden, damit die Änderungen sofort wirksam werden.

sudo systemctl restart isc-dhcp-server.service

Jetzt ist das Netzwerk eingerichtet und Clients, die mit der internen Netzwerkkarte des Servers verbunden sind, sollten eine IP-Adresse bekommen. Als nächster Schritt muss das Festplattenabbild erzeugt werden, von dem die Clients starten sollen. Hierfür muss als erstes ein LTSP-Kernel-Update durchgeführt werden.

sudo /usr/share/ltsp/update-kernels

Als nächstes muss das Festplattenabbild erzeugt werden. Je nach Prozessorleistung des Servers und Größe des Abbilds kann dieses mehrere Minuten dauern.

sudo ltsp-update-image --cleanup /

Um Probleme zu vermeiden, sollte an dieser Stelle der nbd-Server neugestartet werden, der die Aufgabe hat, das Festplattenabbild für die Clients zur Verfügung zu stellen.

sudo systemctl restart nbd-server.service

Jetzt bekommen mit der internen Netzwerkkarte des Servers verbundene Clients nicht nur eine IP-Adresse, sondern sie sollten auch mit dem soeben erzeugten Festplattenabbild starten. Allerdings wird man mit den Clients zu diesem Zeitpunkt noch nicht ins Internet kommen, weil der Server noch nicht so konfiguriert ist, dass er Datenpakete von den Clients in das IServ-Netz weiterleitet.

Einrichtung des Servers als Router

In der Konfigurationsdatei /etc/sysctl.conf muss folgende Zeile hinzugefügt werden, die dafür sorgt, dass Datenpakete weitergeleitet werden.

net.ipv4.ip_forward=1

Diese Änderung ist erst nach einem Neustart wirksam. Mit folgendem Befehl kann man das Verhalten aber dennoch sofort erzielen.

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

Als nächstes muss NAT aktiviert werden. Dieses geschieht mit dem folgenden Befehl.

sudo iptables --table nat --append POSTROUTING --jump MASQUERADE  --source 192.168.0.0/24

Um NAT permanent zu aktivieren, müssen wir diese Konfiguration in der Textdatei /etc/ltsp/nat hinterlegen.

sudo sh -c 'iptables-save > /etc/ltsp/nat'

Im folgenden Schritt müssen wir die NAT-Konfiguration in der Datei /etc/network/interfaces für die entsprechende Netzwerkkarte hinterlegen. Dieses geschieht, in dem die folgende Zeile für eno2 als letzte Zeile ergänzt wird.

up iptables-restore < /etc/ltsp/nat

An dieser Stelle sollte nochmals der Netzwerkdienst neugestartet werden.

sudo systemctl restart networking.service

Um sicherzugehen, dass alle Dienste mit der richtigen Konfiguration laufen, kann man aber auch einfach einen kompletten Neustart des Servers durchführen.

sudo reboot

Einrichtung der Anmeldung mit der IServ-Kennung

Damit man sich einfach mit der IServ-Kennung an einem Client anmelden kann, muss man am Server die Benutzerauthentifizierung an der Samba-Domäne „SCHULE“ einrichten. Hierfür müssen zunächst folgende Pakete installiert werden.

sudo apt-get install winbind libpam-winbind libnss-winbind cifs-utils libpam-mount

Als nächstes muss der LTSP-Server der Domäne „SCHULE“ beitreten.

net rpc join -U benutzername

Hierbei ist „benutzername“ durch den Benutzernamen eines IServ-Domänen-Administrators zu ersetzen. Bei dem Beitritt zur Domäne wird das Passwort des IServ-Domänen-Administrators abgefragt. Als nächstes ist die Konfigurationsdatei /etc/samba/smb.conf wie folgt zu bearbeiten.

[global]
workgroup = SCHULE
security = DOMAIN
os level = 0
local master = No
domain master = No
template homedir = /home/%U
template shell = /bin/bash
winbind separator = +
winbind cache time = 10
winbind enum users = Yes
winbind enum groups = Yes
winbind use default domain = Yes
idmap config * : range = 10000-20000
idmap config * : backend = tdb

Im folgenden Schritt ist in der Datei /etc/nsswitch.conf in den Zeilen, die mit „passwd:“ sowie mit „group“ beginnen noch „winbind“ als letzter Eintrag zu ergänzen. In der Konfigurationsdatei /etc/security/pam_mount.conf.xml muss noch festgelegt werden, wie die Samba-Shares eingebunden werden sollen. Dafür müssen die folgenden Zeilen in /etc/security/pam_mount.conf.xml direkt nach „<!– Volume definitions –>“ eingefügt werden.

<volume uid="10000-20000" fstype="cifs" server="iserv" path="home" mountpoint="/home/%(USER)/Files" options="iocharset=utf8,dir_mode=0700"/>
<volume uid="10000-20000" fstype="cifs" server="iserv" path="groups" mountpoint="/home/%(USER)/Groups" options="iocharset=utf8,dir_mode=0700"/>

Um die Änderungen wirksam werden zu lassen, muss winbind neugestartet werden.

sudo systemctl restart windbind.service

Nach diesen paar kleinen Schritten hat man einen LTSP-Server mit Fat-Clients, an denen man sich mit der IServ-Kennung anmelden und die Netzwerklaufwerke mit Samba nutzen kann.

Aktuellere Software

Um aktuellere Software als die aus den Ubuntu-Paketquellen zu erhalten, ist es empfehlenswert das Repository des „Hellenic Schools Technical Support Team“ zu den Paketquellen hinzuzufügen. Dieses wird sehr gut gewartet und Bugs werden schnell durch entsprechende Updates behoben.

sudo add-apt-repository ppa:ts.sch.gr/ppa
sudo apt-get update

Update des Images

Um das Festplattenimage zu aktualisieren, aktualisiert man zunächst den Server.

sudo apt-get update
sudo apt-get dist-upgrade

Falls im Rahmen der Updates ein Kernel-Update eingespielt wurde, muss man auch ein Kernel-Update im LTSP-Verzeichnis durchführen:

sudo /usr/share/ltsp/update-kernels

Jetzt kann man das Image neu erzeugen:

sudo ltsp-update-image --cleanup /

Schließlich sollte man noch den NBD-Server neustarten, um Probleme zu vermeiden:

sudo systemctl restart nbd-server.service