Generische Initrd für Diskless Clients

Sorry, no english translation yet. Just download the initrd template ird-dlc.tar.gz and the example file list ird-dlc-list.txt and read the scripts /sbin/init, /etc/load-interfaces, /etc/dhclient-exit-hooks and the documenation of the involved tools.

Generische Initrd für Diskless Clients

Das hier vorgestellte Setup eignet sich zum Booten von Diskless Clients. Dabei kann ein möglichst generischer, modularisierter Kernel verwendet werden. Sämtliche Kommunikation mit dem Bootserver (per BOOTP/DHCP) findet im Userspace statt, d.h. man braucht keinen speziellen Kernel mit BOOTP-Support. NFS sowie Treiber für diverse Netzwerkkarten können als Module gebaut und auf die Initrd kopiert werden, welche Module für einen speziellen Client letzliche geladen werden, wird per Kernel-Commandline bestimmt. Zusammen mit einem netzwerkfähigen Bootloader, der einen Kernel mit Initramdisk laden sowie eine Kernel-Commandline übergeben kann (z.B. GRUB), reduziert sich die Konfiguration eines neuen Diskless Client damit auf einen einfachen Eintrag in /etc/bootptab und/oder einem GRUB-Menü-File und natürlich dem Anlegen eines Verzeichnisses, das dem Client später als NFS-Root dient.

Prinzip

Der Kernel wird zusammen mit Initrd (oder Inittar mit meinem Patch) remote gebootet. Evtl. zu ladende Module für die Netzwerkinterfaces werden per Kernel-Commandline übergeben.
/sbin/init bzw. /linuxrc der Ramdisk lädt die angegebenen Module, sucht per DHCP/BOOTP nach einem Bootserver, konfiguriert die Netzwerkinterfaces, setzt den Hostnamen und mounted das NFS-Root-Filesystem. Anschließend werden Root-Filesystem und Ramdisk ausgetauscht und /sbin/init auf dem NFS-Root-Filesystem gestartet.
/sbin/init (auf dem NFS-Rootfs) gibt die Ramdisk wieder frei.

Kernelkonfiguration

Nicht benötigt werden: CONFIG_NFS_ROOT und CONFIG_IP_PNP (BOOTP, RARP oder DHCP). Je nach Kernel braucht man allerdings eine Initramdisk (CONFIG_BLK_DEV_RAM und CONFIG_BLK_DEV_INITRD) oder einen gepatchten Kernel mit Inittar-Support (Initramdisk auf tmpfs, Files werden aus einem Tar-Archiv geladen). Bei Verwendung einer Initramdisk wird natürlich auch noch ein geeignetes Filesystem benötigt, z.B. minix. Das Filesystem muß schreibbar sein, ein ROMFS funktioniert hier leider nicht.

Alles weitere kann modularisiert werden. Es werden auf jeden Fall NFS (CONFIG_NFS_FS) und Packet Socket (CONFIG_PACKET) benötigt. Dazu kommen Treiber für alle in Frage kommenden Netzwerkkarten.

Aufbau der Initrd

Eine vollständige Liste aller Dateien für mein Beispiel-System steht in ird-dlc-list.txt. Die verwendete Release ist 2.4.12-mk3 (2.4.12 mit Inittar-Patch), an Netzwerkkarten werden lediglich ne2000-kompatible Karten unterstützt (ne.o). Natürlich können beliebig viele Treiber installiert werden. Ein Template für so eine Initramdisk ist in ird-dlc.tar.gz zu finden. In dieser Datei ist lediglich die Verzeichnisstruktur, ein paar Devices in /dev das Script /sbin/init sowie ein paar Files in /etc zu finden. Der Rest (Libraries, Programme in /bin und /sbin, Kernelmodule) muß je nach System noch dazukopiert werden.

Abgesehen von den Dateien /etc/fstab (die lediglich einen Eintrag für /proc enthält) und /etc/dhclient.conf (zusätzliche Anforderung des Root-Pfades) bleiben drei Dateien, in denen die ganze Magie stattfindet:

Mit /etc/load-interfaces werden die per Kernel-Commandline angegebenen Treiber für Netzwerkkarten (optional mit zusätzlichen Parametern wie IO-Ports oder IRQ) geladen.
/etc/dhclient-exit-hooks sorgt dafür, daß nach der erfolgreichen Konfiguration eines Netzwerkinterfaces durch dhclient(8) zusätzlich der Hostname gesetzt und das NFS-Rootfs gemounted wird.
/sbin/init schließlich ruft /etc/load-interfaces und dhclient(8) auf und sorgt dann dafür, daß Ramdisk und NFS-Rootfs vertauscht sowie das "echte" /sbin/init (auf dem NFS-Rootfs) gestartet wird.

/sbin/init auf dem NFS-Rootfs

Nach dem Start des "echten" /sbin/init sind noch einige Dinge zu erledigen:

Ein evtl. noch laufender Prozeß dhclient sollte abgeschossen werden. Die Pid steht Pid-File /old-root/var/run/dhclient.pid.
dhclient(8) erzeugt bei erfolgreicher Konfiguration die Datei /etc/resolv.conf. Diese Datei ist nun unter /old-root/etc/resolv.conf zu finden und kann nach /etc kopiert werden.
Die Ramdisk sollte freigegeben werden. Sie befindet sich in /old-root. Für den Fall, daß man ein ähnliches Verhalten wie bei alten Initramdisks im Zusammenhang mit /initrd möchte, kann man testen, ob die Environmentvariable $keep_old_root auf "yes" gesetzt wurde. Das ist genau dann der Fall, wenn das Root-FS bereits das Verzeichnis /old-root enthielt. Mußte der Mountpoint erst angelegt werden, dann ist diese Variable nicht gesetzt, und der Mountpoint sollte nach dem Unmount gelöscht werden.
Das NFS-Rootfs wird mit der Option nolock gemounted. Nach dem Start des Portmappers kann das mit einem remount behoben werden.

Hier ein Auszug aus /etc/rc.d/rc.sysinit meines DLCs (dieses Script wird von /sbin/init gestartet):

# Mount /proc and fix mtab
mount /proc
cat /proc/mounts > /etc/mtab

# Kill dhclient (if still running)
kill `cat /old-root/var/run/dhclient.pid`

# Fetch resolv.conf created by dhclient
if [ -e /old-root/etc/resolv.conf ]; then
    cp -p /old-root/etc/resolv.conf /etc
else
    echo "Warning: no /etc/resolv.conf"
fi

# Unmount old-root. Or not.
if [ "$keep_old_root" = yes ]; then
    echo "Keeping initial tmpfs in /old-root"
else
    echo "Unmounting initial tmpfs"
    umount /old-root
    rmdir /old-root
fi

# Start the portmapper and remount with locking enabled
portmap
mount -o remount,lock /

Achtung: das remount am Schluß klappt zumindest mit älteren Versionen von mount(8) nicht!

Kochrezept

Um ein hier beschriebenes DLC-Setup zu bauen, kann man folgendermaßen vorgehen:

Kernel wie oben erwähnt konfigurieren und bauen.
Module installieren. Solange man den so konfigurierten Kernel grundsätzliche einsetzen will, sollte man das z.B. mit
```
	    make INSTALL_MOD_PATH=/tmp modules_install
	
```
machen, sonst überschreibt man die bereits vorhandenen Module! Mit obiger Zeile landen die Module in /tmp/lib/modules/$version.
Initrd/Inittar vorbereiten. Dazu die Datei ird-dlc.tar.gz herunterladen und in einem eigenen Verzeichnis auspacken, z.B.:
```
	    mkdir /tmp/ird
	    cd /tmp/ird
	    gzip2 -cd $somewhere/ird-dlc.tar.gz | tar xf -
	
```
Anschließend die Programme cat, cp, expr, hostname, mkdir, mount, sed, sh, sleep, umount, uname nach /tmp/ird/bin, die Programme dhclient, dhclient-script, ifconfig, insmod, modprobe, pivot_root und rmmod nach /tmp/ird/sbin, die benötigten Libraries nach /tmp/ird/lib und die erforderlichen Module (mit allen gewünschten Netzwerktreibern) nach /tmp/ird/lib/modules kopieren. Eine Beispielliste der gesamten Initrd steht in ird-dlc-list.txt. Die benötigten Libraries und Module hängen natürlich vom jeweiligen System ab.
Um die Modulabhängigkeiten (modules.dep) zu erzeugen, muß jetzt temporär die Datei System.map des gerade gebauten Kernels nach /tmp/ird und das Programm /sbin/depmod nach /tmp/ird kopiert werden. Anschließend mit
```
	    chroot /tmp/ird /depmod -a -F /System.map (Kernelversion)
	
```
modules.dep bauen. Bei Problemen sei auf die Manpage depmod(8) verwiesen. System.map und depmod können danach wieder aus /tmp/ird gelöscht werden.
Jetzt entweder wie gewohnt ein Image der Initrd erstellen (per Loopdevice, Ramdisk, oder wie auch immer), oder, falls mein Inittar-Patch benutzt wird, einfach ein Tarfile bauen. Das ganze kommt dann z.B. nach /tftpboot:
```
	    cd /tmp/ird; tar cf /tftpboot/inittar-2.4.12-mk3.tar *
	
```
Rootfs für den Client vorbereiten. Ich habe für jeden Client ein Verzeichnis /tftpboot/Client-IP, also z.B. /tftpboot/192.168.1.3. Was man da genau hinschiebt, hängt natürlich von der Anwendung ab, auf jeden Fall sollte man aber die im vorherigen Kapitel genannten Modifikationen an etc/rc.d/rc.sysconfig (oder was immer in der Inittab zur Systeminitialisierung angegeben ist) vornehmen.
bootpd oder dhcpd geeignet konfigurieren. Für jeden Client müssen IP-Adresse, Nameserver, und der Hostname per BOOTPD oder DHCP zur Verfügung stehen. Außerdem muß der Client in der Lage sein, den Kernel und die Initramdisk zu laden. Da ich meinem Spielzeug-Client als erstes ein nbgrub unterschiebe, ist das kein besonderes Problem. Das GRUB-Menü sähe dann in generischer Form für Clients mit ne-2000 Karte z.B. so aus:
```
	    title GNU/Linux-2.4.12-mk3 with inittar
	    root (nd)
	    kernel /tftpboot/bzImage-2.4.12-mk3 interfaces=ne
	    initrd /tftpboot/inittar-2.4.12-mk3.tar
	
```
Mein Spielzeug-Client läuft leider nicht, wenn man ihm nicht IO-Port und IRQ für die Netzwerkkarte mitteilt, daher sieht die Kernel-Zeile hier etwas anderes aus:
```
	    kernel /tftpboot/bzImage-2.4.12-mk3 interfaces=ne,io=0x300,irq=3
	
```
Für Clients mit anderen Netzwerkkarten muß bei "interfaces" entsprechend etwas anderes angegeben werden. Es können auch mehrere Netzwerkkarten angegeben werden, z.B. mit
```
	    kernel /tftpboot/bzImage-2.4.12-mk3 interfaces=ne;3c509
	
```
Die angegeben Module werden dann nacheinander geladen. Ich weiß allerdings nicht so genau, was dhclient dann damit anfängt bzw. über welches Interface dann letztlich gebootet wird.

Funktionsweise im Detail

Read the source! Also (auf der Initrd) /sbin/init, /etc/load-interfaces und /etc/dhclient-exit-hooks. Außerdem die Dokumentation zu dhcpclient, bootpd, ...

kili@outback.escape.de