Diskless Clients mit Linux - eine Handlungsanleitung

IT-Umgebungen, die wenig Personal binden und das Softwarebudget wenig belasten, erfreuen sich steigender Beliebtheit. Einen guten Ansatz zur Vereinheitlichung und Automatisierung bilden Thin Clients [4]. Dieser Rechnertyp senkt die Kosten durch Reduktion der Hardware und durch Zentralisierung.

Mit Linux als Betriebssystem erhalten solche Plattformen zudem eine solide und flexible Softwarebasis zu sehr niedrigen Kosten. Solche Clients sind auch nicht auf Spezialhardware angewiesen, sondern mit klassischer PC-Hardware realisierbar. Je nach Anwendung fallen die Anforderungen so niedrig aus, dass auch ältere Pentium-Rechner noch eine sinnvolle Weiterverwendung finden. Die Voraussetzung für den performanten Betrieb von Diskless Clients - eine leistungsfähige Ethernet-Installation - ist üblicherweise gegeben.

Das Know-how und die Programme für einen Betrieb von Linux Diskless Clients (LDC) stellt dieser Beitrag vor. Einige Grundlagen und frühere Entwicklungen lassen sich zum Beispiel[1] entnehmen, unter[9] finden sich im Netz Informationen, Beispiele und Ergänzungen. Praktisch umgesetzt wird das Wissen aus diesem Beitrag in der mathematischen Fakultät der Universität Göttingen beim Betrieb eines Übungsraums und von Dozenten-Arbeitsplätzen sowie am Gymnasium Remigianum in Borken zur Ausstattung eines Lehr-PC-Pools.

Protokolle und Technologien

Diskless Clients booten meist über ein ROM. Das bringt zwei Vorteile zugleich: Erstens ist die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls einer wichtigen (Hardware-) Komponente niedrig. Zweitens erfolgt die Administration ausschließlich auf dem Server. Die benutzte Boot-ROM-Implementation Etherboot[7] ist ein schönes Beispiel für ein GPL-Tool.

Mit dem Pre-Execution Environment (PXE), einer Komponente von Intels Wired for Management (WfM), vereinheitlichen die Hersteller von Netzwerk-Hardware die Software für den LAN-basierten Rechnerstart. Beide verwenden zur Beschaffung der IP-Grundkonfiguration das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), das den weiteren Startvorgang der Linux-basierten Clients steuert. Zur Übertragung des Betriebssystemkerns dient das Trivial File Transfer Protocol (TFTP), wobei Etherboot alternativ das Network File System (NFS) verwenden kann. DHCP, TFTP und NFS basieren auf UDP.

Neben dem Netzwerk-Dateisystem benötigen Diskless Clients ein beschreibbares Filesystem, das die dynamischen Daten aufnimmt. Die Wahl fiel auf das TEMPFS, dessen Größe sich dynamisch an die abgelegte Datenmenge anpasst. Alternativ käme auch die betagte RAM-Disk in Frage. Ideal wäre ein transparentes Dateisystem wie das Translucent File System (TFS) in Sun OS 4.x, das es für Linux aber nicht gibt. Inzwischen gibt es einen Erfolg versprechenden Ansatz eines Translucent FS für Linux von Bernhard M. Wiedermann[11]. Die Dateisystemstruktur würde sich so besonders für Konfigurationsdateien vereinfachen.

Der übers Netzwerk kopierte Bootkernel benötigt spezielle Einstellungen, um zu starten. Etherboot liefert hierzu ein Tool für das so genannte Kernel-Tagging mit. PXE in Verbindung mit Etherboot nutzt dabei dessen Fähigkeiten oder bietet zusammen mit dem Syslinux-Bootloader eine alternative Strategie an (siehe Abschnitt "Syslinux und PXE").

Die Client-Bootsoftware

Ziel bei der Wahl einer geeigneten Bootsoftware ist, dass keine Spezialhardware erforderlich ist. Die Software sollte nach dem Anschalten des Geräts ohne besondere Benutzerinteraktion und zügig bereitstehen. Denkbar sind zudem besondere Features, so könnte ein Bootmenü den Start von Diskette anbieten.

Auch sind Verkettungen möglich: Schlägt zum Beispiel das Booten aus dem Netzwerk fehl, sucht die Startsoftware auf weiteren Devices nach Bootblöcken. Alle Ansätze sollten sich aus Sicht des Servers möglichst gleich verhalten, um den Aufwand für Anpassungen gering zu halten. Das betrifft verschieden getaggte Kernel für Etherboot, PXE/Syslinux (siehe weiter unten) und die kommerziellen Boot-ROMs gleichermaßen.