Festplattenlose und wartungsfreie Schülerarbeitsplätze

Dr. B. Kokavecz
BICS
Humboldt-Oberschule


Bei vernetzten Rechnersystemen treten in der Schule ganz andere Probleme auf, als die, die man bei Büroanlagen zu lösen hat. Diskless-Workstations und diskless-Terminals haben nicht nur den Vorteil,  daß sie am Ende einer Sitzung einfach ausgeschaltet werden können, ohne "heruntergefahren werden zu müssen",  sie erfordern auch keinerlei Installationsarbeiten, wenn neue Software in das System eingespielt wird und sind gegenüber "Schülerangriffen"  und Viren resistent.
 

Über die Probleme üblicher Rechnerkonfigurationen

Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Verwalten von Windows 95/98-Arbeitsplätzen in der Schule zu unzumutbaren Arbeitsbelastungen führt, weil Jeder Schüler ist praktisch Systemverwalter auf seinem Arbeitsplatz und kann grundsätzlich alle Einstellungen des Rechners manipulieren. Hinzu kommen folgende schulspezifische Randbedingungen: Auch die Firmenpolitik unterstützt nicht die Arbeit an der Schule: Nachfolgeversionen sind in vielen Details inkompatibel zu Vorgängerversionen und das Know How des Systemverwalters hat damit zwangsläufig ein kurzes Verfallsdatum.

Über die Arbeitsbelastung der Systemverwalter

Die Arbeitsbelastung der Schulsystemadministratoren läßt sich verdeutlichen, wenn man amerikanische Studien heranzieht, die von einer Kostenexplosion bei der Pflege von Rechnerarbeitsplätzen in der Industrie sprechen, seitdem als Endgeräte Windows-Arbeitsplätze verwendet werden. Man veranschlagt 8000$ bis 15000$ pro Arbeitsplatz und Jahr als TCO (total cost of ownership).

Die Alternative: Netzcomputer

Als Alternative bietet sich an der Einsatz von festplattenlosen und völlig wartungsfreien Netzcomputern, die als Terminals konfiguriert sind. Drei kommerzielle Beispiele sollen betrachtet werden:
Die Firmen bee und Siemens arbeiten mit linuxbasierten Netzcomputern, auf denen man alternativ X11 (Unix)-Programme oder mit Hilfe eines ICA-Clients Windowsprogramme nutzen kann. NCD verwendet ein eigenes Betriebssystem und erlaubt ebenfalls die Unix- und Windows- Nutzung. Alle Lösungen arbeiten mit BOOT-PROMS.

Über pädagogische Aspekte von Linux als Arbeitsplatzbetriebssystem

Betreibt man die Netzcomputer ausschließlich an einem Linux-Server, so hat man ein sehr stabiles, kostenloses und leistungsfähiges System, das für Unterrichtszwecke auch aus pädagogischer Sicht* hilfreich ist: Da kaum ein Schüler Linux von zu Hause her kennt, entfallen viele Spielereien und Abgelenktheiten im Unterricht, die man bei Nutzung von Windows beobachten kann. Da das zumeist kostenlose Unix-Programmangebot extrem groß ist, kann man alle Bereiche des Unterrichts mit diesem Betriebssystem abdecken. Alle Programme, die einmalig auf dem Server installiert sind, stehen sofort allen Arbeitsplätzen zur Verfügung. Schüler haben nur in ihrem Heimatverzeichnis Schreibrechte und können keinen Unfug anstellen. Eine Virenproblematik gibt es praktisch nicht. Inzwischen stehen auch sehr viele kommerzielle Programme, wie Netscape, Star-Office, Applixware, Adabas und WordPerfect (für Schulen zumeist kostenlos) zur Verfügung. Da es in der ITG, in der Informatik und bei der Beherrschung neuer Techniken (e-mail, Internetzugriffen, Nutzung von Bürosoftware, Grafik- und Soundbearbeitung) nicht darum gehen kann, eine Produktschulung für eine bestimmte Firma vorzunehmen, sondern Schulen Prinzipien und Konzepte zu vermitteln haben, die längerfristig gültig sind als die Verweildauer bestimmter Softwareversionen auf dem Markt, ist das Arbeiten unter Linux von durchaus weitergehender Bedeutung. (Ausnahme: Berufsbezogene Schulen, wie Oberstufenzentren). Allenfalls für den Betrieb der sogenannten "pädagogischen Software", die speziell für Windows geschrieben ist, muß man nach einer Windows-Betriebsmöglichkeit suchen, so man diese Software für wesentlich hält.
Interessant im Zusammenhang mit Schulausstattungen ist die Tatsache, dass in Mexico 140000 Linux-Labs beschafft werden, um damit alle Grund- und Mittelschulen auszustatten!

* Linux repräsentiert mit seiner Entstehungsgeschichte auch den freiheitlichen Gedanken des Internets, ist ein fimenunabhängiges, offenes und bestens dokumentiertes Betriebssystem, das sich in weiten Bereichen auf wirkliche Standardisierungen berufen kann.

Windows-Terminalserver

Darf es etwas teuerer sein und meint man, auf Windows nicht verzichten zu können, so kann man durch Einsatz eines Windows-NT-Terminalsevers mit dem Zusatzpaket pICAsso auf den gleichen Arbeitsplätzen (Netzcomputern) die Windows-Software nutzen. Je nach technischer Lösung kann dabei der Linux-Server entfallen oder ist der Windows-Server zusätzlich erforderlich. Im Vergleich zum Linux-Server muß allerdings der Windowsserver mit deutlich größeren Ressourcen ausgestattet sein. Übernimmt der Windows-Server in diesem Zusammenhang die Benutzerverwaltung, so ist man die Problematik der recht komplexen Einstellung von Zugriffsrechten unter NT allerdings nicht los. Es gibt aber auch Lösungen, die über NIS-Dienste die Benutzerverwaltung vom Linux-Server übernehmen. Das Vorhandensein eines Linuxservers erleichtert auch den Aufbau eines eigenen Mailservers (Schreiben von Briefen, ohne daß dabei eine Internetverbindung bestehen muß).

Festplattenloser Linuxbetrieb und lokal installiertes Windows

Als Alternative zum Windows-Terminalserver kann die Primitivlösung betrachtet werden, bei der auf lokalen Festplatten eine einfache Windows-Installation für den Betrieb der "pädagogischen Software" abgelegt wird, die auf einer versteckten Plattenpartition oder auf einem Linuxserver mit Hilfe des festplattenlosen Linux-Betriebs (s.u.) als Kopie gesichert wird und bei Windows-Problemen komplett erneut auf die Platte C: kopiert wird (vergl.: http://www.b.shuttle.de/b/humboldt-os/system/artikel/Win95_mit_Linux.html, Kommandos tar oder dd und Angebote der Firma Eduline, die den Restaurierungsvorgang automatisiert haben). Besteht die Notwendigkeit einer Vernetzung unter Windows, so kann der Linux-Server mit dem Paket SAMBA weitgehend die Aufgaben eines NT-Servers übernehmen. Man hat aber bei dieser Lösung dann doch lokale (Windows-) Installationen, was möglichst vermieden werden sollte.

Festplattenlose X-Terminals selber konfigurieren

Ist man nicht in der glücklichen Lage, im Zuge einer Neubeschaffung eine Komplettlösung mit Netzcomputern, Linux-Server und Windows-Terminalserver kaufen zu können, so besteht die Möglichkeit, selber (fast) festplattenlose Linux-X11-Terminals zu konfigurieren, für die man aus dem Internet (http://www.citrix.com) auch einen ICA-Klienten (s.o.) erhalten kann.

Der Systemstart erfolgt hier allerdings nicht mit einem EProm, sondern mit einer der drei folgenden Möglichkeiten:

  1. von einer DOS-Boot-Diskette (mit Loadlin)
  2. von einer Mini-DOS-Festplattenpartition (1 MB)
  3. von Windows-95 im DOS-MODUS aus
Das Vorgehen ist folgendes (Beispiel SuSE 5.1): Auf dem Server wird ein zweiter Linux-Installationsgang (Installation in ein Verzeichnis (z.B. /usr2/diskless/rechnername)) vorgenommen. Als Paketzusammenstellung ist "X-Terminal" zu wählen. Nach der Installation erzeugt man sich auf dem Server einen Kern, bei dem nur die Netzwerkkarte richtig ausgewählt und die Option "ROOT-Filesystem über nfs erreichbar" aktiviert werden muß. Will man auf eine ggrf. vorhandene Festplatte zugreifen, um beispielsweise Windows-Installationen auf einer versteckten Partition zu sichern, so muß natürlich der Zugriff auf die entsprechenden Dateisysteme und der richtige Plattenkontroller gewählt werden! Auf der Arbeistplatz-DOS-Bootdiskette sind folgende 3 Dateien abzulegen: Loadlin.exe, der Kern (zimage.nfs) und die folgende Datei (autoexec.bat): 
loadlin ZIMAGE.NFS root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.1:/usr2/diskless/alpha nfsaddrs=192.168.10.41:192.168.10.1:::alpha::none
Natürlich sind die IP-Adressen und Rechnernamen entsprechend anzupassen. Der Server muß das Workstationverzeichnis mit read/write, no_root_squash exportieren und ebenfalls in der /etc/hosts angepaßt werden.

Beim Start des festplattenlosen Arbeitsplatzes (zunächst als Workstation) gibt es einige Probleme, die sich dadurch bemerkbar machen, daß der Startvorgang recht lange dauert. Es sind deshalb der übliche Yast-Lauf zur Konfiguration durchzuführen und vom Server aus folgende Workstationdateien anzupassen:

Hat man die Workstation konfiguriert und die Dateien (s.o.) geeignet verändert, so startet der Arbeitsplatz beim nächsten mal recht schnell. Ist auch der X11-Server konfiguriert, dann kann man in der Datei das Login der Konsolen ausschalten und den X-Terminalbetrieb einschalten. Für ein Loginfenster auf der X-Oberfläche sorgt das auf dem Server zu startende Programm xdm .

 

Anleitung zur Benutzung meiner CD mit fertig konfiguriertem Rootfilesystem


Die auf der CD befindliche Software kann genäß den GNU-Lizenzbestimmungen kopiert und weitergegeben werden. Ich verleihe die CD an Schulen Berlins.

Beachten Sie bitte, daß das System platzmäßig noch nicht optimiert ist. Es stellt praktisch eine komplette Linux-Installation dar und benötigt pro Arbeitsplatz ca. 60 MB. Dies dürfte aber bei den heutigen Preisen für Massenspeicher kein Problem sein. Sie benötigen für den Terminalbetrieb sowieso einen relativ leistungsstarken Server. Sie sollten pro Arbeitsplatz von ca. 10 MB RAM auf dem Server ausgehen. Wir arbeiten an der Humboldtschule mit 12 festplattenlosen X-Terminals auf einem Rechner mit 128 MB RAM. Für die Schülerarbeitsplätze genügen 12 - 16 MB RAM (ab 80386). Eine 10 MBit / s - Vernetzung reicht aus.

Legen Sie die CD in das CD-Rom-Laufwerk und mounten Sie es (mount /dev/cdrom /cdrom) als root. Legen Sie ein Verzeichnis für die  geplanten root-Filesysteme der Arbeitsplatzrechner an (mkdir usr2/diskless). Es ist nicht falsch, diese Filesysteme auf verscheidene Partitionen oder noch besser auf mehrere Festplatten zu verteilen. Entpacken Sie nun die auf der CD befindliche Datei diskless.tgz, indem Sie als root im vorbereiteten Verzeichnis (/usr2/diskless) eingeben:  tar -xvzpf /cdrom/diskless.tgz

Starten Sie nun einmal das Programm zur Initialisierung des Servers, indem Sie eingeben:    ./setup_server

Installieren Sie nun die Dateien für Ihren ersten Arbeitsplatz, indem Sie eingeben:  ./mach_neues_Terminal  rechner1

Der Parameter   rechner1  kann natürlich durch jeden anderen Rechnernamen ersetzt werden. Es wird ein Unterverzeichnis mit dem Rechnernamen angelegt, in dem sich das root-Filesystem für den festplattenlosen Arbeitsplatz befindet. Nach diesem Installationsschritt ist eine Anpassung an das bestehende Netz vorzunehmen. Dazu dient das Programm  ./setup_Workstation  ,das automatisch nach dem Einspielen des Filesystems gestartet wird. Es kann jederzeit erneut aufgerufen werden. Achten Sie darauf, daß die IP-Adresse der Workstation im Netz des Servers liegt!

Erzeugen Sie sich jetzt eine DOS-Boot-Diskette und kopieren Sie die Dateien aus dem Unterverzeichnis Floppy auf die Diskette (mcopy floppy/* a:). Benutzen Sie einen DOS-Editor, um die Datei autoexec.bat auf der Diskette anzupassen (Arbeitsplatzname - ursprünglich alpha, Server-IP und Arbeitsplatz-IP). Zusätzlich ist das Verzeichnis anzugeben, in dem das root-Filesystem für den Arbeitsplatz auf dem Server liegt!

ACHTUNG: Die Datei zimage.nfs ist ein Kern, der mit einer NE2000 Netzwerkkarte zusammenarbeitet und zumindest einen 80486-Prozessor fordert. Sie sollten sich auf irgendeinem Linuxsystem (z.B. auf dem Server) einen eigenen für Ihren Arbeitsplatz geeigneten Kern erzeugen.

Kernerzeugung: Begeben Sie sich als root in das Verzeichnis /usr/src/linux  (cd /usr/src/linux). Geben Sie ein:

        make clean
        make dep
        make config
        make modules
        make modules_install
 

Im Zusammenhang mit "make config" haben Sie nun eine Reihe von Angaben zu machen. Wichtig ist es, die richtige Netzwerkkarte zu wählen, die Option "ROOT-Filesystem über nfs" und ggf. den richtigen Plattenkontroller (s.o.) zu aktivieren.

Nachdem der Kern erzeugt wurde, begeben Sie sich in ein anderes Verzeichnis:   cd  /usr/src/linux/arch/i386/boot    und kopieren von dort die Datei zImage auf die DOS-Diskette:  mcopy zImage a:zimage.nfs
 

Konfiguration des Arbeitsplatzes

Nun können Sie Ihren Arbeitsplatz mit der Diskette booten. Erscheint die Loginaufforderung, so melden Sie sich als  root  mit dem Password  bics98  an. Das Password können Sie mit dem Befehl   passwd   ändern. Rufen Sie nun das Programm   yast    auf, um das Netzwerk Ihrer Arbeitsstation endgültig zu konfigurieren.

---> Administration des Systems ---> Netzwerk Grundkonfiguration (IP-Adresse nochmals eingeben)
---> Administration des Systems ---> Netzwerk Grundkonfiguration (Rechnernamen ändern)

Um den X-11-Betrieb vorzubereiten, müssen Sie vom Server aus den für die Grafikkarte passenden X-Server in das Verzeichnis  .
..../diskless/rechnername/usr/X11/bin
kopieren. Alle Server befinden sich im Unterverzeichnis server. Standardmäßig ist der XF86_SVGA-Server installiert, der ggf gelöscht werden kann. Nun wird mit Yast der Server konfiguriert:

---> Administration des Systems ---> XFree 86 konfigurieren

In der Regel sind alle anderen Einstellungen fertig eingerichtet.

Vor dem nächsten Start kann der Arbeitsplatz vom Workstationbetrieb in den X-Terminalbetrieb umgeschaltet werden. Hierzu dient das Programm

./schalte_auf_X11_Modus   rechnername

das vom Server aus gestartet wird. (Entsprechend gibt es ein Programm ./schalte_auf WS_Modus). Um ein Loginfenster auf dem Arbeitsplatz zu generieren, müssen Sie auf dem Server noch das Programm   xdm  aufrufen.

Der Aufruf kann automatisiert werden, indem  vor der letzten Zeile (exit) der Datei /sbin/init.d/boot.local der Befehl xdm in einer zusätzlichen Zeile eingetragen wird.

Weitere Rechnerplätze einrichten:

Der Vorgang läßt sich beliebig oft wiederholen. Unterscheiden sich die Arbeitsplätze nicht in den Grafikkarten, so kann die X-11-Konfiguration vermieden werden, indem man das Programm   ./dupliziere_Terminal   aufruft.  In diesem Fall muß nur die Netzwekkonfiguration durchgeführt werden.
 

Dr. Bernd Kokavecz
koka@hmbldt.be.schule.de
Oktober 1998

Dieser Artikel ist beschreibt eine von vielen getesteten Rechnerkonfigurationen an der Humboldt-Oberschule (Gymnasium) in Berlin-Tegel. Vergleichen Sie bitte:  http://www.b.shuttle.de/b/humboldt-os/system