Debian LXC

Einleitung

LXC (Linux Container) erstellt mehrere isolierte, sichere virtuelle Umgebungen (Virtual Environments, kurz VEs) auf einem einzigen physischem Server, sorgt so für eine bessere Serverausnutzung und stellt sicher, dass Programme (Applikationen) nicht miteinander in Konflikt geraten. Jede VE arbeitet und verhält sich genau wie ein eigenständiger Server; VEs können unabhängig voneinander neu gestartet werden und haben Root-Zugriff, Benutzer, IP-Adressen, Speicher, Prozesse, Dateien, Programme, Systembibliotheken und Konfigurationsdateien.

Im Vergleich zu Virtuellen Maschinen von VMware bzw Virtualbox oder zu Para-Virtualisierungstechnologien wie Xen bietet OpenVZ weniger Flexibilität, was die Auswahl von Gast-Betriebssystemen betrifft: sowohl Gast- als auch Host-Betriebssystem muss Linux sein (obwohl verschiedene Linux-Distributionen in verschiedenen VEs eingesetzt werden können).

Im Gegensatz zu OpenVZ ist LXC Bestandteil des Mainline Kernel und erfordert somit keinerlei spezielle Patches, wie dies bei OpenVZ erforderlich ist. D.h. es wird im Rahmen des "normalen" Linux-Kernels weiterentwickelt und sollte deshalb in Zukunft gegenüber OpenVZ bevorzugt werden. Der Nachfolger des aktuellen Squeeze stellt vermutlich den Support für OpenVZ ein.

Installation LXC

Nachdem LXC Bestandteil des Kernels ist, sind lediglich Userspace-Tools für die Verwaltung der LXC-Container erforderlich.

apt-get update
apt-get install lxc bridge-utils debootstrap

Konfiguration des Host

Netzerkbridge

Für die Nezwerkverwaltung benötiogt LXC eine Netzwerkbrücke (Bridge) auf dem Host.

vi /etc/network/interfaces

Z.B. vorhandene Einstallungen:

# The loopback network interface
auto lo
iface lo inet loopback

# The primary network interface
allow-hotplug eth0
iface eth0 inet static
   address 192.168.100.111
   netmask 255.255.255.0
   gateway 192.168.100.1

Die physikalische Netzwerkschnittstelle (z.B. eth0) auf manual setzen (und die iface-Einstellungen auskommentieren):

auto eth0
iface eth0 inet manual
#iface eth0 inet static
#   address 192.168.100.111
#   netmask 255.255.255.0
#   gateway 192.168.100.1
#   broadcast 192.168.100.255

Stattdessen die Bridge automatisch konfigurieren:

auto br0
iface br0 inet static
  address 192.168.100.111
  netmask 255.255.255.0
  gateway 192.168.100.1
  broadcast 192.168.100.255
  bridge_ports eth0
  bridge_fd 0
  bridge_maxwait 0
  bridge_stp off

Netzwerk neu starten, um die Änderungen zu übernehmen:

/etc/init.d/networking restart

Cgroups

Für die Verwaltung der Ressourcen der LXC-Container sind sog. cgroups erforderlich.

vi /etc/fstab

Folgende Zeilen ans Ende anfügen:

#CGroup for LXC
cgroup  /var/local/cgroup  cgroup  defaults  0  0

Cgroup Verzeichnis erstellen:

mkdir -p /var/local/cgroup

Cgroup mounten:

mount /var/local/cgroup

LXC Templates

Im Verzeichnis /usr/lib/lxc/templates/ liegen Templates für die Installation von Debian (Lenny), Ubuntu und Fedory Distributionen als Gast Container.

Das Debian-Template lädt lediglich ein Debian Minimalsystem auf die lokale Festplatte herunter, sodass sogar Basisfunktionalitäten wie Ping nicht zur Verfügung stehen. Die Liste zu installierender Pakete kann jedoch beliebig erweitert werden. Z.B.:

vi /usr/lib/lxc/templates/lxc-debian

Zu Beginn der Funktion download_debian() (Zeile 86) wird die Variable packes definiert, die zusätzliche Pakete enthält, die installiert werden. Diese Variable erweitern (durch \ am Zeilenende erstreckt sich dieser Parameter über mehrere Zeilen). Hier z.B. incl. einiger sinnvoller Ergänzungen nach openssh-server (diese Liste kann beliebig erweitert werden):

   packages=\
ifupdown,\
locales,\
libui-dialog-perl,\
dialog,\
dhcp-client,\
netbase,\
net-tools,\
iproute,\
openssh-server,apt-utils,wget,vim-nox,nano,iputils-ping,netcat,rsyslog

Durch eine kleien Änderung des Debian-Templates kann dieses anstatt einer Lenny auch eine Squeeze Distribution installieren:

cp /usr/lib/lxc/templates/lxc-debian /usr/lib/lxc/templates/lxc-squeeze
chmod +x /usr/lib/lxc/templates/lxc-squeeze
vi /usr/lib/lxc/templates/lxc-squeeze

• In Zeile 93: dhcp-client durch isc-dhcp-client ersetzen
• In Zeile 113: lenny durch squeeze ersetzen
• In Zeile 139: cache="/var/cache/lxc/debian" durch cache="/var/cache/lxc/squeeze" ersetzen
• In Zeile 223: cache="/var/cache/lxc/debian" durch cache="/var/cache/lxc/squeeze" ersetzen

LXC Container anlegen

Die Container (Root Filesystem des Gastbetriebssystems) werden in Unterverzeichnissen unter /var/lib/lxc abgelegt. Beispielhaft wird hier ein Debian/Squeeze Gast-Container mit Namen debian angelegt.

mkdir /var/lib/lxc/debian
/usr/lib/lxc/templates/lxc-squeeze -p /var/lib/lxc/debian/

Hinweis:
Am Ende des Scriptes werden Fehler bzgl. Locales ausgegeben ("perl: warning: Setting locale failed." ...), die normal sind, da ein minimales Debian Squeeze System installiert wurde. Die Locales werden im Verlauf dieser Erläuterungen konfiguriert.

Das Konfigurationsfile des Containers wurde im Unterverzeichnis debian angelegt. Es sollte aber auch im Ordner /etc/lxc/debian.conf abgelegt werden, damit der Container Autostart beim Systemstart funktioniert (Siehe hier). Dies wird mit Hilfe eines symbolischen Links erledigt:

ln -s /var/lib/lxc/debian/config /etc/lxc/debian.conf

Gast Konfiguration

Allgemein

Das Konfigurationsfile des oben angelegten LXC Containers liegt im jeweiligen Unterverzeichnis des Containers (z.B. /var/lib/lxc/debian/config).

Das Root Filesystem des Gast-Containers wird im selben Unterverzeichnis wie das Konfigfile abgelegt. Im Ordner rootfs/ liegen sämtliche Files des virtuellen Gastbetriebssystems und können vom Host wie normale Files behandelt werden.

Container Konfigurationsfile

Mit Hilfe folgender Einstellungen wird der neue Gast debian an die Network Bridge br0 "angedockt". Die Netzwerkschnittstelle innerhalb des Gastes lautet eth0, der nicht mit der physikalischen Nezwerkkarte eth0 auf dem Host zu verwechseln ist.

cd /var/lib/lxc/debian
vi config

Folgende Einträge ergänzen:

lxc.network.type = veth
lxc.network.flags = up
lxc.network.link = br0
lxc.network.name = eth0
lxc.network.mtu = 1500

Optional: Festlegen der MAC-Adresse des virtuellen Gastes (z.B. MAC-Adresse=ce:a2:45:df:2a:3f):

lxc.network.hwaddr = ce:a2:45:df:2a:3f

Netzwerkkonfiguration

Standardmäßig verwenden die LXC Gastsysteme DHCP. Falls eine feste IP-Adresse gewünscht wird, folgende Schritte ausführen:

cd /var/lib/lxc/debian
vi rootfs/etc/network/interfaces

Das File sieht standardmäßig folgendermaßen aus:

auto lo
iface lo inet loopback

auto eth0
iface eth0 inet dhcp

Ändern in feste IP-Adressen (z.B. 192.168.100.111):

iface eth0 inet static
        address 192.168.100.111
        netmask 255.255.255.0
        broadcast 192.168.100.255
        gateway 192.168.100.1

Hostname und Domain

Dem LXC Gast sollte ein eindeutiger Hostname zugewiesen werden, da ansonsten der Name des Hosts verwendet wird.

cd /var/lib/lxc/debian
vi rootfs/etc/hostname

Hostname (ohne Domain) eingeben. Z.B. debian

Desweiteren sollte die Domain korrekt gesetzt werden:

vi rootfs/etc/hosts

Am Anfang des Files sollten folgende beiden Zeilen vorhanden sein bzw. eingefügt werden:

127.0.0.1       localhost
127.0.1.1       debian.schiele.homelinux.org debian

TTY-Devices für Consolen

cd /var/lib/lxc/debian
mknod -m 666 rootfs/dev/tty1 c 4 1
mknod -m 666 rootfs/dev/tty2 c 4 2
mknod -m 666 rootfs/dev/tty3 c 4 3
mknod -m 666 rootfs/dev/tty4 c 4 4

Locales, Timezone, Shell und Root-Passwort

Während der Installation des Systems wurden keine Locales installiert bzw. generiert, sodass die Konfigscripte für perl Warnungen diesbezüglich ausgeben. Desweiteren wurde als Timezone GMT gewählt und das Root-Passwort auf root gesezt. Diese Einstellungen werden im Folgenden angepasst.

Mittels chroot in den Container wechseln, um die folgenden Änderungen durchzuführen:

chroot /var/lib/lxc/debian/rootfs

Locales konfigurieren:

dpkg-reconfigure locales

• In der Liste Locales to be generated die zu installierende Locale-Variante (oder mehrere) mit Leertaste auswählen, z.B. en_us.UTF8
• Mit Tab-Taste OK auswählen und Return betätigen
• Im nächsten Dialog die Default Locale auswählen (die eben installierte)
• Mit Tab-Taste OK auswählen und Return betätigen

Einstellen der Zeitzone:

dpkg-reconfigure tzdata

• In der Liste Europe markieren
• Mit Tab-Taste OK auswählen und Return betätigen
• In der Liste Timezone Berlin markieren
• Mit Tab-Taste OK auswählen und Return betätigen

Standardmäßig kommt Dash als Shell zum Einsatz. Dies ist eine schnelle, schlanke Alternative Shell. Aus Kompatibilitätsgründen empfiehlt es sich allerdings, Bash zu verwenden:

dpkg-reconfigure dash

Im erscheinenden Dialog no selektieren, um Bash zu verwenden.

Aus Sicherheitsgründen sollte das Root-Passwort des LXC-Containers unbedingt geändert werden:

passwd root

Chroot-Umgebung wieder verlassen:

exit

Start/Stop des LXC Containers

Der Container kann mit folgenden Befehlen (auf dem Host ausführen!) gestartet bzw. beendet werden:

lxc-start -n lxc-container -d
lxc-stop -n lxc-container

Hinweis:

Der Befehl lxc-stop bricht eine laufende virtuelle Maschine einfach ab, ohne sie herunterzufahren. D.h. dieser Vorgang entspricht dem Ausschalten der Stromversorgung eines Linux-Rechners, ohne diesen vorher herunterzufahren. Um Schäden am Dateisystem der virtuellen Maschine zu vermeiden, sollte diese immer mit dem Shutdown-Befehl shutdown -h now bzw. poweroff auf der Console der virtuellen Maschine (lxc-console oder Putty) heruntergefahren werden. Nur wenn dies nicht möglich ist, kann als Ausweg der Befehl lxc-stop verwendet werden.

Mit dem Befehl

lxc-shutdown -n lxc-container

kann der LXC-Container vom Hostsystem heruntergefahren werden, falls der Workaround (siehe hier) eingerichtet wurde.

Nun den Container zum ersten mal starten:

lxc-start -n debian -d

LXC Info

Mit dem Befehl lxc-info besteht die Möglichkeit zu prüfen, ob ein Container gestartet oder gestoppt wurde:

lxc-info -n lxc-container

LXC Console

LXC bietet die Möglichkeit, eine Console auf den Gast zu öffnen, und so diesen zu administrieren (z.B. ermitteln der IP-Adresse wenn DHCP im Gastbetriebssystem verwendet wird). Andererseits wird mit dem Debian bzw. Squeeze Installerscript automatisch ein SSH-Server mit installiert, sodass die Console eine eher weniger bedeutendes Feature darstellt (außer die IP-Adresse des Gastes ist nicht bekannt).

lxc-console -n lxc-container

Hinweis:
Manchmal erscheint der Login Prompt nicht sofort. In diesem Fall hilft es, die Return-Taste zu betätigen. Die Gast-Console kann mit <CTRL a + q> verlassen werden. D.h. Tasten <CTRL> und <a> gleichzeitig drücken, dann beide loslassen und anschließend zeitnah betätigen

Autostart

LXC-Container können beim Systemstart automatisch gestartet werden.

vi /etc/default/lxc

folgende Änderungen durchführen:

RUN=yes
# Start /etc/lxc/debian.conf, /etc/lxc/squeeze.conf
CONTAINERS="debian squeeze"

Dadurch werden beim Systemstart die beiden Container debian und squeeze automatisch gestartet

Workaround für Container Shutdown

Wenn der Hostrechner neu gebootet (reboot)oder abgeschaltet wird (poweroff), dann werden die LXC-Gastcontainer mittels lxc-stop Befehl gekilled. Dies könnte unter Umständen zu Schäden am Dateisystem führen. Deshalb wird hier ein Workaround für dieses Problem beschrieben, sodass alle Gast Container ordentlich heruntergefahren werden, bevor der Hostrechner komplett ausgeschaltet wird.

Bei ALLEN Gastcontainern folgende Änderung im File /etc/inittab durchführen. Dies kann entweder vom Host aus erfolgen:

vi /var/lib/lxc/lxc-container/rootfs/etc/inittab

oder im Gast selbst per lxc-console/Putty:

vi /etc/inittab

Folgende Zeile einfügen (z.B. am Ende):

pf::powerwait:poweroff

Achtung:

Diese Änderung an allen LXC-Containern durchführen, mindestens jedoch bei denjenigen, die als Autostart (siehe hier) eingerichtet wurden. evtl. laufende LXC-Container müssen unbedingt nach dieser Änderung angehalten und evtl. neu gestartet werden, da diese Änderung an /etc/inittab nur beim Start des Containers übernommen wird. Falls nicht beide Punkte beachtet wurden, dann wird der Hostrechner nicht mehr korrekt herunterfahren, sondern im Shutdownprozess "unendlich" lange warten.

Ändern des/der Templates, damit das File etc/inittab beim künftigen Anlegen von LXC-Containern automatisch den zusätzlichen Eintrag enthält:

vi /usr/lib/lxc/templates/debian-squeeze

In Block die Zeile pf::powerwait:poweroff ergänzen, sodass der Block folgendermaßen aussieht:

   cat <<EOF > $rootfs/etc/inittab
id:3:initdefault:
si::sysinit:/etc/init.d/rcS
l0:0:wait:/etc/init.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/init.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/init.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/init.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/init.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/init.d/rc 6
# Normally not reached, but fallthrough in case of emergency.
z6:6:respawn:/sbin/sulogin
1:2345:respawn:/sbin/getty 38400 console
c1:12345:respawn:/sbin/getty 38400 tty1 linux
c2:12345:respawn:/sbin/getty 38400 tty2 linux
c3:12345:respawn:/sbin/getty 38400 tty3 linux
c4:12345:respawn:/sbin/getty 38400 tty4 linux
pf::powerwait:poweroff
EOF

Durch obige Änderung wird bei einem Powerfail Ereignis der poweroff Befehl im jeweiligen Container ausgeführt. Dieses Powerfail Ereignis wird von folgendem Script lxc-shutdown für den jeweiligen Container ausgelöst.

vi /usr/bin/lxc-shutdown

Folgende Zeilen einfügen:

#! /bin/sh
# Shut down container.

if [ $# -ne 2 ]; then
    echo "lxc-shutdown: missing container name, use --name option"
    exit 1
fi

case "$1" in
-n|--name)
    cont=$2
    ;;
*)
    echo "lxc-shutdown: missing container name, use --name option"
    exit 1
    ;;
esac

PS=`lxc-ps -C init -opid|grep $cont`
if [ -z "$PS" ]; then
    echo " Error: LXC-Container '$cont' not running or not existing!"
    exit 1
fi

echo "$PS" | while read VM PID ; do
    echo -n " shutting down LXC-Container '$cont' ... "
    kill -PWR $PID
    lxc-wait -n $VM -s STOPPED
    echo "success"
done

Script ausführbar machen:

chmod +x /usr/bin/lxc-shutdown

Damit dieses Shutdown-Script beim Herunterfahren des Hostsystems bzw. beim Befehl /etc/init.d/lxc stop ausgeführt wird, muss noch das Startscript angepasst werden:

vi /etc/init.d/lxc

Den Block um ca. Zeile 57

 stop)
   log_daemon_msg "Stopping $DESC"
   action_all "lxc-stop -n"

folgendermaßen abändern

 stop)
   log_daemon_msg "Stopping $DESC"
   action_all "lxc-shutdown -n"

Funktionstest: Auf den LXC-Gastsystemen ein Putty-Fenster öffnen, um beobachten zu können, ob der jeweilige Gast ordnungsgemäß heruntergefahren wird, oder gekillt wird.

Auf dem Hostsystem ausführen:

/etc/init.d/lxc stop

Sämtliche in /etc/default/lxc definierten Container sollten nun ordnungsgemäß heruntergefahren werden. Dies ist an folgender Meldung im jeweiligen Putty-Fenster ersichtlich:

The system is going down for system halt NOW!

LXC-Reboot

Folgendes Script bietet eine einfache und komfortable Möglichkeit, einen LXC-Container vom Hostsystem zu rebooten.

Voraussetzung:

• LXC-Shutdown-Script eingerichtet

vi /usr/bin/lxc-reboot

Folgende Zeilen einfügen:

#! /bin/sh
# Reboot container.

if [ $# -ne 2 ]; then
    echo "lxc-reboot: missing container name, use --name option"
    exit 1
fi

case "$1" in
-n|--name)
    cont=$2
    ;;
*)
    echo "lxc-reboot: missing container name, use --name option"
    exit 1
    ;;
esac

lxc-shutdown -n $cont
echo -n "Starting Container '$cont' ... "
lxc-start -n $cont -d
echo "success"

Script ausführbar machen:

chmod +x /usr/bin/lxc-reboot

Gastcontainer löschen

Zum löschen eines Containers dient der Befehl

lxc-destroy -n lxc-container
z.B.
lxc-destroy -n debian