Net-PCs mit Linux
I. Arbeitsplätze an Net-PCs / DXS
II. Einrichten der Diskless X-Stations
III. Fazit/Ausblicke/Weiterführende Links
I. Arbeitsplätze an Net-PCs
0.Vorbetrachtungen / Probleme klassischer Lösungen
A. Steigende PC-Arbeitsplatzanzahl
Eine wachsende Zahl von Arbeitsplätzen, wie sie auch gerade im Bereich
des Studierendennetzes zu beobachten ist, bringt mit den bisherigen
Lösungen der klassischen PC-basierten Client-Server-Installation
wachsende Kosten und ausufernden Administrationsaufwand mit sich. Mit der
Ablösung der alten zentralen Mainframes durch dezentralisierte, später
vernetzte PCs, änderte sich die Struktur der Betriebskosten. Zu den
zentralen Servern kommen ein aufwendiges Netz und üppig ausgestattete
Arbeitsplatzrechner hinzu. Sind die Einzelsysteme als vollständige
Standalone-Lösungen realisiert und ist man nicht bereit, sehr viel
Geld in Spezialsoftware zum zentralisierten Management zu stecken (oder diese
selbst zu erstellen), gerät man sehr schnell
in eine Sackgasse. Die Zeit der Wartungsmannschaft wird nur noch mit
Routineaufgaben aufgehalten. Es entsteht ein hoher Bedarf an
Administration und Ressourcen, sowie Probleme mit der Migration in
nächsthöhere Generationen.
B. Ausfallrisiko der Arbeitsplatzrechner
Weitere Risiken der herkömmlichen Architekturen liegen im Ausfall
einzelner Komponenten der Arbeitsplatzsysteme. Fällt hier eine Festplatte
oder ein anderer Teil der Hardware aus, sind meistens höhere Aufwendungen
nötig, um die Arbeitsstation incl. ihrer angepassten Benutzerumgebung
wieder in Betrieb zu nehmen, Tücken liegen im Zusammenspiel der Hardware
und spezieller Anpassungen der User.
Backups in dezentralen Umgebungen sind trotz vorhandener zentraler
Fileserver immer noch stark dem Einzelnen überlassen und damit ein Stück
weit Glückssache. Weiterhin gibt es Sicherheitsbedenken, wenn an
dezentralen Arbeitsstationen sensible Daten liegen oder diese sehr einfach
entfernt bzw. kopiert werden können.
Durch unbedachtes Ausschalten des Computers bzw. Stromausfälle kommt
es sehr leicht zu Beschädigungen am Dateisystem bzw. zu Totalausfällen.
Darüberhinaus sind BenutzerInnen es gewohnt, im Falle eines
Rechnerstillstandes den Resetknopf zu drücken, da ihnen dieses von
einem weitverbreiteten Betriebsystem als einzige Lösung nahegelegt wird. Dieses
Nutzerverhalten sollte in Betracht gezogen und Systeme entsprechend designt werden.
C. Thin-Clients, Net-PC's, X-Terminals
Thin-Clients oder vor einigen Jahren noch
Network Computer (NC) oder auch Net-PC sind also wieder 'en vogue'. Die
Abgrenzung seitens der Hersteller ist hier nicht sehr eindeutig, was aber
für uns nicht von grosser Bedeutung ist, da die hier vorgestellte Lösung
auf klassischen PC-Komponenten basiert, welche durch ihre Präsenz am
Massenmarkt die Kostengünstigsten sind.
X-Terminals unter Linux, klassische Vertreter
der Net-PC's, lösen einige Probleme hinsichtlich der grossen Anzahlen von
Arbeitsplätzen, der damit anfallenden Arbeit bzw. der Hardwareerfordernisse.
D: Zukünftige Anforderungen
Die Leistung aktueller Hardware zum gleichen Preis steigt, die
Anforderungen seitens der BenutzerInnnen und der Software wachsen mit (oder
noch schneller :-)). Hinzu kommen immer neu Nutzungsformen des klassischen
Rechners und des Internets; die Zahl der an einen PC anschliessbaren
Peripheriegeräte wächt ständig. Zunehmende Rechnermengen lassen
Forderungen nach lärmreduzierten Geräten immer lauter werden.
1. Diskless X-Stations (DXS) als Lösung des Problems
A: Warum eine Linux-Lösung?
Warum kam Linux zum Einsatz? Es gibt eine Reihe von Herstellern von
X-Terminals und Thin-Clients mit Multi-Connect-Funktion. Diese Geräte
können auf ein oder mehrere Servertypen zugreifen. Es gibt Lösungen, die
nur das Windows-Metaframe-Format (bzw. Terminalserver) bzw. xdmcp
unterstützen, aber auch Hybridlösungen. Die Geräte klassischer
Terminalhersteller sind meist recht teuer und proprietär, d.h. man legt
sich, wie z.B. mit der Sun-Raylösung von Sun Microsystems auf ein Konzept
fest. Microsft hingegen setzte lange auf die klassischen Workstations,
Thin Clients wurden erst vor nicht so langer Zeit ins Konzept
aufgenommen.
Viele Dritthersteller bieten Hybridlösungen an, die mehrere Protokolle
unterstützen. Diese Geräte basieren aber in den meisten Fällen schon auf
Linux, das meistens auf einer "Solid State Disk" untergebracht ist.
Lösungen auf WinCE-Basis zeichnen sich bei gleicher Funktionalität durch
einen höheren Preis aus. Vor- und Nachteile der erstgenannten Lösung
liegen in einer gewissen Autonomie des Geräts aber im höheren Aufwand die
Software zu updaten und höheren Kosten für das Speichermedium. Die
WindowsCE-Lösung bietet die üblichen Vor- und Nachteile kommerzieller
Betriebsysteme: Eine gute Anbindung an die Produkte des gleichen
Herstellers, meistens Ignoranz gegenüber weiteren Lösungen und hohe Kosten
bei Updates.
Ziel war es eine hoch flexible Lösung zu erstellen, die ohne die
Beschränkung durch Lizenzen auskommt. Die Reduktion auf eine minimale
Softwareausstattung der Clients und eine Verwendung von
PC-Standardkomponenten ergab die gewünschten Eigenschaften.
B: Wiederaufnahme einer alten Idee
Diskless X-Stations, als eine Form des Net-PCs, wie sie von SUN und
anderen Herstellern von UnixServern schon vor mehr als 10 Jahren
eingeführt wurden, können helfen, die eingangs angesprochenen Probleme
zu lösen: Alle Benutzerprozesse werden wieder auf die lokale Maschine
zurückverlagert, der
Server wird nur durch die Bereitstellung des Dateisystems belastet.
Jedem Benutzer steht nun wieder ein garantiertes Leistungspotential zur
Verfügung, welches er nicht mit weiteren Usern und Prozessen teilen muss.
Zugriffe auf Laufwerke, wie ZIP-Drives, LS120 und Floppylaufwerke gestalten
sich nun einfacher und für den Nutzer nachvollziehbarer, da sie nun an der
lokalen Maschine vonstatten gehen. Die Benutzung weiterer Schnittstellen,
wie des an vielen Systemen nun standardmässig vorhanden USB-Ports
und der Audioschnittstelle,
vereinfacht sich. Externe Mobilgeräte der Nutzer, wie am Parallelport
anschliessbare Wechselmedien,
USB-Scanner etc. lassen sich nun leichter anschliessen.
Die Rechner werden leiser, da auf eine bzw. mehrere Festplatten
verzichtet wird.
C: Geringerer Administrationsaufwand
Hardwareausfälle lassen sich nun leichter beheben, im Extremfall durch
den Totalaustausch des betroffenen Gerätes, da keine Nutzerdaten mehr vor
Ort liegen und die Softwarebasis an zentraler Stelle für die eingesetzte
Hardware angepasst wird. Die geringere Zahl gerade an mechanisch empfindlichen
Komponenten senkt das Ausfallrisiko jedes einzelnen Systems. In vielen Ausfallszenarien kann nun schneller reagiert werden, da der Einstellungsaufwand für den Einzel-PC stark gesunken ist. Vorgefertigte Ersatzrechner sind deshalb sofort wieder produktiv einsatzfähig.
Backups werden wie zuvor an zentraler Stelle vorgenommen, jedoch
ist dazu keinerlei Benutzereingriff erforderlich. Vielmehr
lässt sich nun der gesamte Datenumfang auf Festspeicherträgern
leichter erfassen und archivieren. Sensible Daten liegen nun nicht mehr an
verteilten Aussenstellen, sondern ihr Zugriff lässt sich nun zetral
leichter kontrollieren.
Die nötigen Anpassungen der Software, die Einrichtung der
Benutzerumgebungen geschehen ebenso zentral, sind überall im
Netzwerk verfügbar und nicht mehr an einzelne Arbeitsstationen
gebunden.
Die Administration kann nun in den meisten Fällen wieder zentral
erfolgen, so dass lange Wege in vielen Fällen überflüssig werden. Die
wichtigen Server werden an einem Ort unterhalten. Das Ausprobieren neuer
Software geschieht auf gesonderten Systemen und wird eingespielt, sobald sie
für einsatzfähig befunden wurde.
Sodann kann sie sofort an allen Clients
in der identischen Version benutzt werden.
So lässt sich das Versionenwirrwar in der Software und die damit
verbundenen Probleme vermeiden. Die Effektivität der Arbeit steigt, wenn
einheitliche Schnittstellen für alle BenutzerInnen zur Verfügung
gestellt werden.
2. Anforderungen für eine Lösung mit DXS
A. Arbeitsplätze
Die Hardwareanforderungen für eine DXS liegen, was die CPU,
Speicher und Grafikausstattung anbetrifft, im Bereich der Standalonesysteme,
d.h. eine Ausstattung mit einer 300Mhz CPU und 64MB RAM
aufwärts sollten vorgesehen werden. Eingespart werden kann in jedem
Fall die Festplatte und das CD-Rom, so es nur als Installations- und
Updatemedium diente. Spezielle Backupmedien, wie Bandlaufwerke oder
CD-Schreiber muss das Basisgeraet nicht mehr beinhalten.
Die Ausstattung mit weiteren Audio- und
Videofeatures bzw. weiteren Schnittstellen zu Peripheriegeräten hängt
von den Erfordernissen für den jeweiligen Arbeitsplatz ab. Eine
100Mbit-Netzwerkkarte mit Boot-ROM-Unterstützung, die auch über
das Mainboard-BIOS realisiert werden kann, ist Pflicht.
Zudem deckt Linux als Betriebssystem eine breite
Palette an Hardware ab, so dass die Migration zwischen den verschiedenen
Rechner-Generationen leichter vonstatten geht.
B. Netzwerk
Die Anforderungen an das Netz sind gegenüber der X-Terminal-Lösung
höher. Die Infrastruktur sollte bis zum Client auf 100Mbit ausgelegt sein.
Sehr gute Erfahrungen konnten mit 100Mbit-Switches, welche über eine
Gigabit-Backplane verbunden waren, gemacht werden. Hier belegen alle Server
und einige DXS jeweils einen eigenen Port. Wenn sich mehrere Clients über
eine weitere Switch einen Port teilen, kam es auch noch nicht zu Engpässen.
Die Arbeits- und Antwortgeschwindigkeit
an einer Diskless X-Station hängt viel stärker von der
Qualität der Netzwerkverbindung zum Server ab. Durch die
Weiterentwicklungen am Markt für Netzwerkhardware sind die
Anschlusskosten pro Port inzwischen so stark gesunken, dass die
Kostenvorteile der eingesparten Hardware nicht wieder durch die
aufzuwendenden Kosten für Netzwerkkomponenten aufgehoben werden.
C. Server
Der Server muss über eine leistungstarke NFS-Implementation und
ausreichend Systemspeicher verfügen, um zügige Antwortzeiten zu
gewährleisten. Ist eine höhere Konzentration von Clients auf einen Server
geplant, kann sich die Investition in einen Gigabit-Uplink lohnen. Aus
bisherigen Erfahrungen kann abgeleitet werden, dass eine Zahl von 50 Clients
einen Pool von drei bis vier Dual-Prozessormaschinen der mittleren Leistungsklasse
(Dual-Celeron, 400Mhz bei 66Mhz Bustakt und 384-512MB RAM) nicht zu stark
überlastet. Leider liegen noch keine genauen Statistiken über das
Userverhalten vor, so dass exakte Aussagen noch nicht möglich sind.
In der beschriebenen Umgebung aus 50 Clients und drei (bis vier) Servern kann auch
bei einem Ausfall oder Update von einem Geraet problemlos weitergearbeitet
werden. Zu diesen Erfahrungen muss noch gesagt werden, dass die Server
gleichzeitig X-Terminals bedienen, also auch noch durch Nutzerprozesse in
Anspruch genommen werden.
Es ist sinnvoll diese Server redundant auszulegen, da
dann der Ausfall eines Gerätes ein Weiterarbeiten an Arbeitsplätzen
möglich bleibt. Updates lassen sich leichter realisieren, da dann immer
ein System aus dem Nutzerbetrieb genommen werden kann.
Durch die Verlagerung der Nutzerprozesse auf die DXS ist
es nicht mehr erforderlich, dass einzelne
BenutzerInnen auf dem Server arbeiten. Hierdurch lässt sich die
(Ausfall-)Sicherheit erhöht und unbedachte oder bewusste Denial of
Service Attacken werden unwahrscheinlicher.
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Text von Dirk v. Suchodoletz (dirk@goe.net)
