Server-Installationen automatisieren
PXE: Die Installationsfabrik für Linux

PXE vereinfacht Admin-Arbeiten

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Bei der Installation steht ein Linux System Windows in nichts mehr nach: Je nach Hardware, Distribution und Paketumfang dauert sie bis zu einer Stunde; Updates nicht eingeschlossen.

Zudem fordert die Installation in den meisten Fällen häufiges Eingreifen vom Administrator: Neben zahlreichen interaktiven Eingaben, wie beispielsweise der Vergabe von IP-Adresse, Kennwörtern oder Firewall-Einstellungen, muss der Admin während der kompletten Installation am System verweilen. Er wird häufig zum Diskjockey, wie moderne Distributionen wie Red Hat Enterprise Linux 5 mit ihrem Lieferumfang über sechs CD-ROMs beweisen. Proportional zur Anzahl der Installationen wird der Vorgang zur Tortur.

Dabei geht es deutlich einfacher und bequemer: Mit Hilfe eines PXE-Server reduzieren Sie den personellen Aufwand auf ein Minimum:

System starten, PXE-Boot-Vorgang aktivieren, abwarten – fertig.

Dabei ist es völlig nebensächlich, ob Sie ein oder 20 Systeme pro Woche installieren. PXE erleichtert die Arbeit bei der Installation und Konfiguration deutlich.

Ein wenig Vorkenntnisse sind für den Aufbau eines PXE-Servers allerdings notwendig. CIOs können ihren Adminstratoren die Zukunft ihrer Arbeit aber erheblich erleichtern (und so die Kosten der IT-Abeilung senken), wenn sie den Netzwerk-Admins ein wenig Zeit geben, erst einmal so ein System einzurichten. Wie dies funktioniert, vermittelt der folgende Beitrag.

Vorteile eines PXE-Boot-Servers

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Um Administrator-Arbeiten für das Aufsetzen von Linux-Systemen zu erleichtern, empfiehlt sich die Einrichtung eines PXE-Servers. Die orteile auf einen Blick:

-Kurze Einarbeitungszeit und Vorbereitungsdauer
-Transparente Installation und Konfiguration, die KEINE Interaktivität vom Benutzer fordert
-Schnelle Neuinstallation im Falle eines totalen Crashs
-Konfigurationsdateien sind immer wieder verwendbar und einfach anzupassen
-Updates werden bereits während der Installation eingespielt (Red Hat Enterprise Linux ab Version 5)
-Individuelle Konfigurationsdateien lassen sich MAC- oder IP-Adressen zuordnen und sorgen für eine schnelle Neuinstallation “verstorbener” Systeme

Und so funktioniert es (folgende Seite):

Voraussetzungen für die PXE-Installation

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Grundsätzlich sind alle neuen PC-Systeme (Desktops wie auch Server) mit integrierter Netzwerkkarte per PXE bootfähig. Der Bootprozess wird per BIOS oder über einen Shortcut wie beispielsweise F12 nach dem Start des Rechners aktiviert. Fortgeschrittene Managementsysteme wie etwa OpenIPMI können den PXE-Boot-Modus per Fernwartung ansteuern.

Für den Einsatz als PXE-Server eignet sich jede aktuelle Linux Distribution. Für unsere Beispiele entscheiden wir uns für die aktuelle “Red Hat Enterprise Linux” (RHEL) Distribution in Version 5. RHEL bietet mehrere Features, die für die Installation eines Systems per PXE besonders interessant sind:

“Kickstart! – mit Hilfe von Kickstart lassen sich vollautomatisierte Installationen ohne Aufsicht durch einen Administrator durchführen. Die so genannte Kickstart-Konfigurationsdatei beschreibt alle relevanten Abläufe, wie beispielsweise die Lokalisierung des Systems, die Partitionierung und Formatierung der angeschlossenen Massenspeicher sowie die Konfiguration und Aktualisierung der Programmpakete.

“RPM” – Im kommerziellen Umfeld hat sich der “Redhat Package Manager” (RPM) in den letzten Jahren als Standard etabliert. RPM unterstützt Features wie das Update von bereits installierten Programmpaketen ohne deren Konfigurationsdaten zu löschen sowie eine transparente, unkomplizierte Installation (und Deinstallation) von Programmen.

Vorbereitung des PXE Servers

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Als Basis für unseren PXE Server verwenden wir die aktuelle Version 5 des freien Betriebssystems CentOS (http://www.centos.org).

RedHat-basierte Linux-Distributionen wie CentOS eignen sich hervorragend für die Installation per PXE, da Features wie Kickstart und RPM unterstützt werden

CentOS basiert auf dem kommerziellen Red Hat Enterprise Linux und besitzt alle notwendigen Features (rpm und kickstart), um professionelle PXE Installationen durchzuführen. Die folgenden Schritte beruhen auf einer minimalen Installation von CentOS 5, bei anderen Installationstypen sind einige Pakete unter Umständen bereits installiert. Vor der eigentlichen Installation der Pakete führen Sie ein Update des Betriebssystems mit folgendem Befehl durch:

yum update

Anschließend installieren Sie die folgenden Pakete:

yum install tftp-server
yum install dhcp
yum install httpd
yum install syslinux

Je nach Installation werden weitere Abhängigkeiten für diese Pakete installiert. Die folgenden Befehle sorgen dafür, dass die Dienste DHCPD und HTTPD nach dem Neustart Ihres Servers automatisch gestartet werden:

chkconfig –level 3 dhcpd on
chkconfig –level 3 httpd on

Wichtig: Verwenden Sie DHCP nur, wenn sich noch kein entsprechender DHCP-Server im Netzwerk im Einsatz befindet. Nähere Informationen finden Sie im Abschnitt “DHCP-Service einrichten (optional)”.

Der Bootvorgang per PXE wird von allen modernen Systemen unterstützt. Dabei erhält das System über DHCP eine IP-Adresse und wird per TFTP mit den grundlegenden Dateien (Bootloader, Kernel) versorgt.

TFTP-Service einrichten

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Der TFTP-Service wird benötigt, um die grundlegenden Komponenten wie den Kernel per PXE-Boot vom Server zum Client zu transferieren. CentOS legt mit der Installation des TFTP-Pakets das Basisverzeichnis /tftpboot an. In der Konfigurationsdatei /etc/xinetd.d/tftp können Sie auf Wunsch einen alternativen Pfad für TFTP festlegen. In diesem Beitrag verwenden wir den Standardpfad des TFTP-Pakets.

Da der TFTP-Service nach der Installation aus Sicherheitsgründen deaktiviert ist, müssen Sie diesen zunächst aktivieren. Bearbeiten Sie die Konfigurationsdatei und ergänzen Sie folgende Zeile:
disable = yes
durch
disable = no

Um die Änderungen wirksam zu machen, führen Sie einen Neustart des “Internet Super Daemon” (xinetd) mit dem Befehl
service xinetd restart
durch. Prüfen Sie anschließend die Funktionalität von TFTP mit folgendem Befehl:
netstat -anu | grep 69
Sie sollten eine Zeile wie
udp 0 0 0.0.0.0:69 0.0.0.0:*
vorfinden. Wichtig: Stellen Sie sicher, dass die lokale Firewall Ihres Servers den TFTP-Service nicht blockiert. Eine entsprechende Eintragung in der Firewall-Konfigurationsdatei
/etc/sysconfig/iptables
sieht beispielsweise so aus:
-A RH-Firewall-1-INPUT -m state –state NEW -m udp -p udp –dport 69 -j ACCEPT
Änderungen in der Firewall Konfigurationsdatei erfordern zudem einen Neustart der Firewall, den Sie mit dem Befehl
service iptables restart
durchführen.

DHCPD-Service einrichten (optional)

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Das “Dynamic Host Configuration Protocol” (DHCP) benötigen Sie, damit Clients im lokalen Netzwerk automatisch eine IP-Adresse zugewiesen wird. Zudem enthält DHCP einige Parameter (mehr dazu im Anschluss), die für den PXE-Boot-Vorgang notwendig sind. Folgen Sie den Schritten in diesem Abschnitt nur, wenn Sie noch keinen DHCP-Server im Einsatz haben. Sollten Sie b
ereits einen DHCP-Server verwenden, empfiehlt sich die hier beschriebene Konfiguration direkt auf dieser Maschine.

Nach der Installation des DHCP-Pakets ist die zentrale Konfigurationsdatei
/etc/dhcpd.conf
leer. Im ersten Schritt erstellen Sie einen dynamischen Bereich von IP-Adressen, die vom DHCP-Server automatisch vergeben werden. In unserem Fall handelt es sich bei dem lokalen Netzwerk um die 192.168.190.0/24 – also den Bereich der IP-Adressen
192.168.190.1
…bis…
192.168.190.254

Die IP-Adressen 192.168.190.0 (Netzwerkadresse) und 192.168.190.255 (Broadcast-Adresse) dürfen nicht verwendet werden. Als dynamischen Bereich konfigurieren wir die IP-Adressen
192.168.190.128
…bis…
192.168.190.160

Erstellen Sie hierzu folgende DHCP-Konfigurationsdatei:

…und weiter mit DHCP

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—Listing-Start—
#
# DHCP Server Configuration file.
# see /usr/share/doc/dhcp*/dhcpd.conf.sample
#
ddns-update-style ad-hoc;

subnet 192.168.190.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.190.128 192.168.190.160;
}
—Listing-Ende—

In dieser Konfiguration wird die IP-Adresse 192.168.190.1 als “Domain Name Service” (DNS) und gleichzeitig als Default Gateway (Router) ins Internet eingebunden. Bevor Sie mit der Konfiguration fortfahren, empfiehlt sich der Test des DHCP-Servers, da dieser in der Praxis häufig eine große Fehlerquelle darstellt. Wie bei TFTP ist es erforderlich, einen Eintrag in der Firewall Konfiguration des PXE-Servers vorzunehmen, damit die Clients auf das System zugreifen können. Unser Eintrag in /etc/sysconfig/iptables sieht wie folgt aus:

-A RH-Firewall-1-INPUT -m state –state NEW -m udp -p udp –dport 68 -j ACCEPT

Starten Sie ein PXE-Boot-fähiges System und betrachten Sie die Logdatei auf dem Server mit folgendem Befehl:

tail -f /var/log/messages

Sie sollten Nachrichten wie beispielsweise
Aug 16 18:23:51 localhost dhcpd: DHCPDISCOVER from 00:0c:29:f0:d6:d6 via eth0
Aug 16 18:23:52 localhost dhcpd: DHCPOFFER on 192.168.190.160 to 00:0c:29:f0:d6:d6
erhalten. Läuft DHCP zuverlässig, ist eine Reihe von Erweiterungen der Konfigurationsdatei notwendig, die im Anschluss unter “PXE-Client in DHCP eintragen” beschrieben werden.

PXE-Verzeichnisse erzeugen

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Im nächsten Schritt legen Sie die grundlegende Struktur innerhalb des /tftpboot Verzeichnis (TFTP-Service) an. In unserem Beispiel soll das Betriebssystem CentOS Version 5 per PXE installierbar sein. Mit dem Befehl
mkdir -p /tftpboot/centos5/pxe
erstellen Sie den Ordner “centos5” sowie den Unterordner “pxe”, in dem die Abbilder des CentOS 5 Kernel mit PXE-Unterstützung sowie dessen Initial Ramdisk (initrd) abgelegt werden. Die notwendigen Dateien finden Sie auf der CD-ROM (Disk 1) oder DVD von CentOS 5. Kopieren Sie diese Dateien mit folgenden Befehlen, vorausgesetzt die CD-ROM/DVD ist unter /cdrom ins Dateisystem eingehängt:

cp /cdrom/images/pxeboot/vmlinuz /tftpboot/centos5/pxe
cp /cdrom/images/pxeboot/initrd.img /tftpboot/centos5/pxe

Neben dem Kernel und der Initial-Ramdisk benötigen Sie noch einen Bootloader mit PXE-Unterstützung. Dieser stammt aus dem im Vorfeld installieren Paket “syslinux” und wird mit folgenden Befehl kopiert:

cp /usr/lib/syslinux/pxelinux.0 /tftpboot/centos5/pxe

Nachdem per Bootloader der Kernel und die Initial-Ramdisk über TFTP geladen werden, beginnt der eigentliche Installationsprozess.

Um das Zusammenspiel zwischen Bootloader, Kernel und Initial Ramdisk herzustellen, erstellen Sie mit dem Befehl

mkdir -p /tftpboot/centos5/pxe/pxelinux.cfg

ein entsprechendes Konfigurationsverzeichnis namens “pxelinux.cfg”. Hier legen Sie eine Datei namens “default” an, die für alle PXE-Bootvorgänge verwendet wird.

—Listing-Start—
default linux label linux kernel vmlinuz ~~ append ksdevice=eth0 local_ramdisk=1 prompt_ramdisk=0 ramdisk_size=16384 initrd=initrd.img network ks=http://192.168.190.100/kickstart/test.ks
—Listing-Ende—

Auf die einzelnen Parameter im Bereich “append” gehen wir später bei der Konfiguration von Kickstart ein.

PXE-Client in DHCP eintragen

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Damit ein System per DHCP über PXE gestartet werden kann, sind weitere Eintragungen in die Konfigurationsdatei /etc/dhcpd.conf notwendig.

—Listing-Start—
allow bootp;
allow booting;

group
{ ~~~~~~ filename “/centos5/pxe/pxelinux.0”;
~~~~~~ next-server 192.168.190.100;

~~~~~~ host test {
~~~~~~~~~~~~~~ hardware ethernet 00:0c:29:f0:d6:d6;
~~~~~~ }
}
—Listing-Ende—

Die Parameter “allow bootp;” und “allow booting;” aktivieren die grundlegende Unterstützung von PXE im DHCP-Server. Im Bereich “group” definieren Sie mit dem Parameter “next-server” die IP-Adresse Ihres PXE-Servers. In unserem Beispiel handelt es sich um 192.168.190.100. Der Parameter “filename” gibt an, welche Bootloader Datei verwendet werden soll. Der PXE-Client wird als “host” definiert. In unserem Beispiel besitzt das System “test” eine Netzwerkkarte mit der MAC-Adresse “00:0c:29:f0:d6:d6”.

Eine individuelle PXE-Konfigurationsdatei lässt sich für eine MAC- oder IP-Adresse festlegen. Bei IP-Adressen werden auch Gruppen unterstützt, was PXE zum idealen Installationsmedium beispielsweise für Webserverfarmen macht.

Nachdem alle Einstellungen vorgenommen wurden, kann das Client-System für eine PXE-Installation gestartet werden. Nachdem der Bootloader erkannt oder per TFTP geladen wird, folgt der Kernel und die Initial-Ramdisk – der Installationsprozess kann beginnen. Im nächsten Abschnitt erfahren Sie, wie Kickstart für die PXE-Installation optimal konfiguriert wird.

Apache 2: HTTPD für Kickstart

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Für die Installation über das Netzwerk gibt es bei Kickstart zahlreiche Optionen: Neben HTTP wird NFS und FTP unterstützt. Die klassische Installation erfolgt über HTTP. Der folgende Schritt ist optional – alternativ können Sie einen öffentlichen Spiegelserver für Ihre Netzwerk-Installation verwenden. Für Unternehmen, die häufig neue Systeme per PXE-Server installieren, bietet sich jedoch die Synchronisation der so genannten Repository Server auf einem lokalen System an. Ein solches System erstellen wir in den folgenden Schritten.

Die Funktion des HTTP-(Web)-Server übernimmt unter CentOS 5 serienmäßig der weit verbreitete Webserver Apache 2.

Durch die Einbindung eines ?updates? Repository sparen Sie sich nach der Installation eine Menge Zeit, da der sonst aufwendige Update entfällt. (Ab Red Hat Enterprise Linux Version 5)

In der Grundeinstellung liegt der Document Root unter

/var/www/html

Wichtig: In der Standardinstallation von CentOS 5 wird “Secure Enhanced Linux” (SELinux) aktiviert. Da Apache 2 aktiv von den SELinux Policies geschützt wird, müssen Sie auf die Vergabe des korrekten Kontexts im Document-Root-Verzeichnis achten. Nach dem Kopieren der notwendigen Daten setzen Sie diesen Kontext mit dem Befehl

chcon -t httpd_sys_content_t -R /var/www/html

korrekt, so dass Apache 2 auf die Dateien zugreifen kann. Denken Sie zudem an die Firewall: Der Server belegt den TCP-Port 80.

Im nächsten Schritt synchronisieren Sie die Daten eines öffentlichen Repository Server auf das lokale System. Zunächst legen Sie mit dem Befehl

mkdir -p /var/www/html/centos/5

ein entsprechendes Verzeichnis für das zu installierende Betriebssystem an. Für die Installation von CentOS 5 benötigen Sie die Bäume “os” (das Betriebssystem) und “updates” (neue Versionen der Programmpakete). Erstellen Sie die notwendigen Verzeichnisse mit dem Befehlen

mkdir /var/www/html/centos/5/os
mkdir /var/www/html/centos/5/updates

Anschließend synchronisieren Sie die Repositories vom entfernten System auf Ihre lokale Maschine mit den Befehlen:

rsync -av rsync://ftp.hosteurope.de/centos/5/os/i386 /var/www/html/centos/5/os
rsync -av rsync://ftp.hosteurope.de/centos/5/updates/i386 /bar/www/html/centos/5/updates

Hinweis: Die Synchronisation nimmt einige Zeit in Anspruch und belegt 3,57 GByte für den “os” und 2,65 GByte für den “updates” Baum. Nachdem die Bäume synchronisiert sind, empfiehlt sich eine tägliche Synchronisation per Automatismus wie beispielsweise über einen Cron-Job, um tagesaktuell die neusten Repository Daten lokal vorzuhalten.

Einfache Kickstart Datei erstellen

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Über eine Kickstart Datei steuern Sie die gesamte Installation des Betriebssystems.

Für die Erstellung einer entsprechenden Kickstart-Konfigurationsdatei führen Sie zunächst eine Installation per Hand durch. Anschließend nehmen Sie die notwendigen Änderungen für die PXE-basierte Installation vor.

In unserem Beispiel legen wir mit dem Befehl

mkdir -p /var/www/html/kickstart

ein entsprechendes Unterverzeichnis im Grundverzeichnis von Apache 2 an, in dem die Kickstart Konfigurationsdateien per HTTP zur Verfügung gestellt werden. Wichtig: Setzen Sie nach Erstellen des Verzeichnis und der Kickstart Konfigurationsdateien den korrekten SELinux Kontext (siehe Abschnitt “Apache für Kickstart”).
Als Beispiel erstellen wir die Datei
/var/www/html/kickstart/test.ks
mit folgendem Inhalt:

—Listing-Start—
# Kickstart file automatically generated by anaconda.

install
cdrom
lang de_DE.UTF-8
keyboard de-latin1-nodeadkeys
network –device eth0 –bootproto dhcp
rootpw –iscrypted $1$jVxsJJhS$TKT.TLaLh.f1GFMiD.3Y9/
firewall –enabled –port=22:tcp
authconfig –enableshadow –enablemd5
selinux –enforcing
timezone –utc Europe/Berlin
bootloader –location=mbr –driveorder=hda
# The following is the partition information you requested
# Note that any partitions you deleted are not expressed
# here so unless you clear all partitions first, this is
# not guaranteed to work
#clearpart –linux –drives=hda
#part /boot –fstype ext3 –size=100 –ondisk=hda
#part pv.2 –size=0 –grow –ondisk=hda
#volgroup VolGroup00 –pesize=32768 pv.2
#logvol / –fstype ext3 –name=LogVol00 –vgname=VolGroup00 –size=1024 –grow
#logvol swap –fstype swap –name=LogVol01 –vgname=VolGroup00 –size=256 –grow
–maxsize=512
—Listing-Ende—

Diese Kickstart Datei wurde bei der Installation unseres PXE-Servers erstellt. Sie trägt den Namen
anaconda-ks.cfg
und liegt im Heimatverzeichnis des Superuser.

Die perfekte Kickstart-Einrichtung

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Um sich Ihre eigenen Kickstart Dateien optimal zu gestalten, empfiehlt sich folgende Vorgehensweise: Führen Sie eine Installation regulär (über CD-ROM/DVD) durch und nehmen Sie die notwendigen Einstellungen (wie beispielsweise Sprache, Zeitzone, Firewall, usw) vor. Anschließend passen Sie die Datei /root/anaconda-ks.cfg an:

-Entfernen Sie das gewählte Installationsmedium “cdrom”
-Fügen Sie “url –url http://192.168.190.100/centos/5/os/i386” ein (oder alternativ den Pfad des Server, der das oben beschriebene “os” Repository enthält.
-Definieren Sie, wie die Festplatte auf dem System partitioniert werden soll; diese Optionen sind im obigen Beispiel ausgeklammert und sollten in jedem Fall angepasst werden.
-Um das System nach der Installation neu zu starten, fügen Sie die Option “reboot” hinzu.

Bei CentOS 5 sind folgende Optionen zudem nützlich:
-Fügen Sie die Zeile “repo –name=updates –baseurl=http://192.168.190.100/centos/5/updates/i386” ein. Dies bewirkt, dass bereits während der PXE-Installation die aktuellsten Pakete aus dem “updates” Repository automatisch installiert werden. Sie sparen sich dadurch enorm viel Zeit
-Wenn es sich bei dem zu installierenden System um einen reinen Server ohne grafische Oberfläche handelt, fügen Sie die Zeile “skipx” ein. Die Erkennung und Konfiguration von X Windows wird damit komplett übersprungen, was zu einer ordentlichen Zeitersparnis führt.

Durch gezieltes Optimieren einer Kickstart Datei können Sie die aktuelle CentOS 5 Distribution stark minimalisieren. Anstelle mehrerer hundert RPM-Pakete beschränkt sich eine solche Installation auf lediglich rund 140 Pakete und belegt gerade mal 478 MByte in der Root-Partition.

Individualisierte Systeme per Kickstart

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Über Kickstart können Sie alle Parameter festlegen, die während einer regulären Installation von CentOS 5 abgefragt werden. Mit folgenden Trick führen Sie eine Individualisierung jeder Maschine durch: Anstelle einer statischen Kickstart Datei auf dem Apache-2-Webserver, erstellen Sie eine dynamische CGI-Datei. Übergeben Sie beim Aufruf der entsprechenden Kickstart Datei (zur Erinnerung, dieser wird über die Datei “default” im Verzeichnis “/tftpboot/centos/5/pxelinux.cfg” vorgenommen) einfach einen Parameter. Die entsprechende Zeile in der “default” Datei sieht beispielsweise wie folgt aus:

ks=http://192.168.190.100/kickstart/test.ks?SERVER=web1

Im CGI-Script nehmen Sie die notwendige Dynamisierung vor; beispielsweise setzen Sie den Hostnamen des zu installierenden Systems auf “web1.meinedomain.de”, die IP-Adresse auf einen gültigen Wert und so fort.

Den absoluten Individualismus erreichen Sie durch Anlegen eigener PXE-Konfigurationsdateien. Wie bereits angesprochen, können Sie jeder MAC-Adresse oder IP-Adresse eines Systems eine individuelle PXE-Konfigurationsdatei zuordnen. Als Beispiel nehmen wir an, dass einem System mit der MAC-Adresse 00:0C:29:34:E5:E8 per DHCP die IP-Adresse 192.168.190.200 fest zugeordnet wird. Um die PXE-Konfiguration per MAC-Adresse festzulegen, erzeugen Sie im Verzeichnis “/tftpboot/centos/5/pxelinux.cfg” die Datei

01-00-0c-29-34-e5-e8

Die vor der MAC-Adresse führenden 01 ist notwendig, ebenso die Schreibweise in Kleinbuchstaben. Alternativ können Sie die einzelnen Zahlen der IP-Adresse in Hexadezimal umwandeln. In unserem Beispiel wäre dies:

192 = C0
168 = A8
190 = BE
200 = C8

Legen Sie eine Datei namens
C0A8BEC8
im Verzeichnis “/tftpboot/centos/5/pxelinux.cfg” an. Für welche Methode Sie sich auch entscheiden: Bei einer PXE-Installation wird dem System über die entsprechende PXE-Konfigurationsdatei eine individuelle (oder dynamisierte) Kickstart-Datei zugeordnet. Mit ein wenig Vorarbeit können Sie auf diese Weise den Installationsaufwand im Unternehmen drastisch reduzieren.

Ein Beispiel aus der Praxis: Per PXE-Installation dauerte das Setup von 20 individuellen Webservern exakt 20 Minuten – inklusive individueller Konfiguration. Die Vorbereitung für PXE war in 2 Stunden erledigt. Auf klassischem Wege hätte diese Installation weit über zwei Tage gedauert. Die Vorteile von PXE lie
gen auf der Hand.