Propuesta de solución con LTSP

Objetivo específico:

Describir de forma general la propuesta para resolver el problema planteado en

la justificación del proyecto.

Planteamiento

Para la problemática planteada al inicio, se propone una solución basada en LTSP y arranque de red por PXE utilizando GNU/Linux y en software libre. La decisión para no utilizar software privativo es con el fin de demostrar la capacidad que tiene el software libre de cubrir las necesidades de los usuarios promedio en un ambiente de trabajo real.

La propuesta consiste en una red de computadores de bajos recursos, estos pueden ser equipos obsoletos o descontinuados que se dejan de utilizar debido a la demanda de memoria y recursos de los nuevos sistemas operativos tanto comerciales como los no comerciales. No se limita a utilizar estos tipos de equipos, también es plausible realizar el diseño de un equipo de bajo consumo utilizando procesadores sencillos de nueva generación, así como placas base el tipo microATX.

Dentro de la red existe una computadora de tipo “high-end” o de alto desempeño que funcionará como el servidor de LTSP y desde donde se realizara la carga del sistema operativo de las terminales o “thin-client”. El servidor funciona con un sistema operativo GNU/Linux de 64bits y debe contar con al menos 2 interfaces de red Ethernet, una para la conexión a Internet y otra para conectar los “thin-client”. En la figura 3.1 se encuentra el esquema general de la red descrita anteriormente.

Desarrollo de la propuesta

A continuación se detallan los aspectos referentes al hardware y al software requerido tanto en el servidor como en los clientes. Las configuraciones descritas a continuación corresponden a las características recomendadas en la documentación referente a LTSP.

Diseño del servidor

Se comienza con el servidor, siendo este la parte más importante de un esquema de red LSTP/PXE. La configuración de hardware que se elija para este afectará directamente el desempeño de los thin-client. Los aspectos más importantes para construir un servidor lo más adecuado son un procesador rápido multinúcleo para atender múltiples tareas en el menor tiempo, suficiente memoria RAM, de preferencia de alta velocidad y finalmente dos tarjetas de red Ethernet a 100 Mbps. Lo anterior solo considera la capacidad para atender los thin-client, además también se requiere de una placa madre o mejor conocida como motherboard donde se deben montar los componentes antes mencionados así como de una fuente de poder o PSU (Power Supply Unit) adecuada para alimentar de corriente a el servidor. La cantidad aproximada de memoria RAM necesaria para atender un número determinado de clientes se determina con la formula siguiente.

256 ∗ (192 ∗ clientes)=MB

Considerando esto se propone el diseño de un servidor para LTSP que pueda manejar 20 thin-client de forma fluida con las siguientes especificaciones.

• Procesador: Intel Core i5 2500 @ 3.0 GHz.

• RAM: 4GB @ 1333 MHz.

• Motherboard: Socket LGA1155 / Doble tarjeta de red. • Disco duro (HDD): 1 TB @ 7200 RPM.

• PSU: 750 – 800 W

En el caso del gabinete donde se ensamblaran la placa base (motherboard) y el resto de los componentes, es importante que se encuentre debidamente ventilado, si bien la carga de trabajo no será demasiado demandante, es conveniente conservar una buena temperatura del equipo para tener un buen desempeño.

Diseño de los clientes

En el caso de los clientes solo se requiere que estos cumplan con dos aspectos importantes para su uso como thin-client. El primero es el procesador, el esquema de LTSP pude soportar clientes con procesadores i386 o PowerPC con frecuencias de funcionamiento desde 300MHz, sin embargo se recomienda que la frecuencia del procesador se encuentre entre 800Mhz y 1Ghz o superior, para obtener un funcionamiento más fluido de las terminales. Del lado de la memoria RAM no es necesario que posea grandes cantidades de memoria, gracias a que todo el trabajo se realiza desde el servidor, una terminal con 64 MB de memoria RAM es adecuada para funcionar de forma correcta con LTSP. Equipos con menor cantidad de memoria podrían ver afectado su funcionamiento, afectando la fluidez con la que el usuario maneja el sistema. En el mejor de los casos es deseable que los thin-client dispongan entre 128 y 256 MB de memoria RAM.

También se recomienda que las terminales posean una tarjeta de video con 2 MB de memoria, esto es por que si bien el thin-client no realizara las tareas directamente con su procesador, si necesita desplegar en pantalla la interfaz de usuario y los programas que ejecute el usuario, tarea que se destina al procesador gráfico o GPU. El último aspecto que se tiene que tomar en consideración es que el equipo posea una tarjeta de red capaz de realizar el proceso de arranque del sistemadesde esta interfaz.

En resumen las características de hardware que deben cumplir son como siguen. Componentes principales:

• Procesador: Compatible mayor a 600Mhz

• RAM: > 128 MB

• Motherboard: Indiferente

• Disco duro (HDD): Ninguno

• PSU: Genérica

Componentes como lectores de discos y memorias no son necesarios, sin embargo es recomendado que cuenten con estos ya que aumenta el valor de uso de las terminales para los usuarios. Es importante aclarar que estos requerimientos para los clientes son considerando uno de los objetivos del proyecto que es reciclar equipo de cómputo que ya no se usa, o que a sido clasificado como obsoleto.

Si se quiere utilizar hardware nuevo, se puede recurrir a los nuevos equipos embebidos que consisten en placas base (motherboard) con un procesador de nueva generación integrado directamente en la placa, la cual cuenta con todos los puertos necesarios para una computadora de escritorio.

El factor decisivo entre utilizar equipos fuera de uso o elegir por comprar equipos nuevos radica principalmente en el consumo de energía que tienen los nuevos procesadores, mucho menor que los procesadores de generaciones anteriores, lo cual también es importante considerar ya que los equipos reciclados consumirán algo mas de energía que los equipos nuevos y por consecuencia disiparan mas calor, factor que se refleja de forma importante en el desempeño del equipo en general. En la Tabla 3.1.1 se encuentra una comparativa entre dos modelos de ambos familias de procesadores, Atom y Pentium 4.

Comparativa entre procesadores Atom _vs Pentium 4

Nombre del procesador Intel® Atom™ N2800 Intel® Pentium® 4 531

Nombre clave Cedarview Prescott

Salida al mercado Q4'2011 Q2'04

Tipo de bus DMI FSB

Numero de núcleos 2 1

Número de hilos 4 2

Velocidad de reloj 1.86 GHz 3 GHz

Set de instrucciones 64-bit 64-bit

Tecnología de construcción

32nm 90nm

TDP máximo 6.5 W 84 W

Tabla 3.1.1 – Comparativa entre Atom vs Pentium 4. Fuente: http://ark.intel.com

Como lo demuestra la tabla anterior el consumo de energía de los nuevos procesadores de la serie Atom es mucho menor comparado con los Pentium 4. Esta diferencia es gracias a la implementación de nuevos procesos de fabricación de 32nm que permiten reducir el tamaño de los dispositivos y por consecuencia se reduce el calor que disipan, incluso mejorando su rendimiento contra los Pentium 4.

Con las características de hardware descritas anteriormente para los thin-client es más que suficiente para desempeñar trabajos sencillos de oficina, creación de documentos en un editor de texto, realizar presentaciones, navegar por Internet, ver videos, escuchar música, etc. Básicamente se logran cubrir las necesidades primordiales de un usuario promedio que busca utilizar la computadora para trabajos y tareas sencillos.

Esto no significa que no se puedan realizar tareas más demandantes o que se puedan ejecutar aplicaciones de edición de video o incluso ejecutar algunos juegos. Este último aspecto no se va a tocar dentro de este trabajo, pero no esta de más decir que es posible diseñar thin-clients con capacidades gráficas mas robustas, solo basta con proveerle de procesadores gráficos o GPU's a cada una de las terminales.

Debido a que las terminales de la misma arquitectura comparten el mismo ambiente chroot es necesario que en caso de querer instalar tarjetas aceleradoras de gráficos, todas sean compatibles, es decir que sean del mismo fabricante y de la misma serie.

Para que esta configuración funcione también será necesario realizar una instalación de LTSP diferente con respecto a los thin-clients y convertirlos en fat-clients esto con el fin de utilizar un medio de almacenamiento fijo en cada terminal donde se puedan instalar de forma independiente los controladores necesarios para las tarjetas aceleradoras de gráficos.

En este sentido, representa una gran ventaja al adquirir procesadores Intel Atom ya que estos integran un procesador gráfico, que si bien no esta destinado a realizar tareas de alto rendimiento, si permitirá mejorar en gran medida el rendimiento de las terminales permitiendo que estas puedan ejecutar una mayor cantidad de aplicaciones en pantalla o que procesen video con mejor calidad.

Esto último es debido a que si bien las terminales no están realizando el procesamiento de los datos ejecutados por las aplicaciones, aun tiene que mostrar en pantalla todo lo que envía el servidor. Al trabajar con mas aplicaciones en pantalla al mismo tiempo se esta demandando mas trabajo al procesador de nuestro thin-client afectando el desempeño en general de las terminales.

Sistema operativo

Con las especificaciones de hardware descritas anteriormente, se procede a la instalación del sistema operativo del servidor, como se recordara, solo tenemos que instalar el sistema operativo dentro del equipo que proveerá del poder de procesamiento a las terminales ligeras. A continuación se detalla el procedimiento de instalación del sistema operativo GNU/Linux Ubuntu 12.04 LTS (Long Term Support) en su versión de escritorio de 64bits (x64). Se recomienda que el sistema operativo a instalar en el servidor sea compatible con la arquitectura de 64bits esto con el fin de que el sistema soporte cantidades de memoria RAM mayores a los 4 GB, ya que versiones de 32bits solo pueden identificar y utilizar hasta poco menos de 4GB.

Sistema operativo del servidor

Primero se tiene que descargar la imagen de disco ISO desde la pagina oficial de Ubuntu (http://www.ubuntu.com/download/desktop). Se elige la versión mas nueva disponible, que para el momento que se realiza este documento es la versión 12.10. Se recomienda ampliamente descargar e instalar la versión LTS mas actual (Figura 3.1.1) ya que esta asegura soporte y actualizaciones de seguridad por los próximos 4 años después de su lanzamiento.

Figura 3.1.1 – Descarga de la imagen ISO de Ubuntu 12.04

Con la imagen del sistema operativo descargada, anteriormente se procedía a grabarla en un disco compacto o CD, pero debido al rápido crecimiento de sus características, esta se ah hecho mas robusta ocupando su imagen arriba de 800 MB por lo que no es posible grabarla en un CD de 700 MB convencional. Para resolver este problema se copian los archivos contenidos en la imagen descargada dentro de una memoria USB para arrancar el sistema desde esta. El procedimiento para realizar esta tarea de detalla a continuación.

Creación del USB de arranque

Para poder cargar la imagen de nuestro sistema operativo dentro de un pendrive lo podemos realizar desde Windows y/o desde GNU/Linux con el programa “Unetbootin”. Se descarga el software desde la pagina de sus desarrolladores (http://unetbootin.sourceforge.net/). Se hace doble clic en el archivo descargado y en el caso de hacerlo desde un sistema operativo GNU/Linux pedirá introducir la clave de administrador.

En la ventana principal de la aplicación se selecciona el origen desde donde queremos cargar la imagen ISO. Se selecciona la opción “Diskimage” y la opción ISO como muestra la figura 3.1.2.

Figura 3.1.2 – UNetbootin seleccionando origen de la imagen

Haciendo clic en el botón de explorar se elige la imagen de Ubuntu previamente descargada como en la figura 3.1.2. Se selecciona la unidad USB donde se requiere cargar la imagen del sistema y se da clic en el botón “OK” como se muestra en la figura 3.1.3 para iniciar la instalación en la unidad USB.

Figura 3.1.3 – UNetbootin seleccionando la unidad USB para instalación.

Figura 3.1.4 – UNetbootin procesando imagen en USB

Una barra de porcentaje indicará el porcentaje del proceso de copiado tal como se ilustra en la figura 3.1.4. Terminada la instalación el programa dará aviso de que se ah realizado la copia de los archivos satisfactoriamente y dará la opción de reiniciar el equipo o simplemente salir del programa. Se elige la opción de salir del programa. (Figura 3.1.5).

Figura 3.1.5 – UNetbootin finalizando el proceso de copia en la memoria USB.

Instalación del Sistema Operativo

A continuación se realiza la instalación del sistema operativo del servidor. En este caso se instala una versión de escritorio que posteriormente se transformará en una instalación de servidor mediante la instalación de los paquetes de aplicaciones de servidor, proceso que se detalla mas adelante.

Configuración de BIOS – UEFI

Se procede a configurar el BIOS del servidor para arrancar desde la memoria USB. Dentro de este apartado es necesario aclarar una de las nuevas características que se encuentran al momento de configurar la BIOS del servidor.

Anteriormente los equipos poseían una simple interfaz de configuración que permitía realizar cambios básicos en la forma que la computadora realizaba el proceso de arranque. Normalmente poseía una opción la cual permitía cambiar entre los dispositivos desde donde hacer el proceso de arranque, sin embargo, con la llegada de nuevos equipos en los últimos 3 años se cuenta con una BIOS muy distinta que de hecho en algunos casos estará mas alejada a lo que se conoce como BIOS tradicional.

En la mayoría de los casos se encontrara una interfaz similar a la que se muestra en la siguiente imagen (Figura 3.1.6). En esta se despliega información detallada del funcionamiento del equipo referente al hardware que se tiene instalado.

En la parte inferior se encuentra una lista con los dispositivos desde los cuales puede arrancar el sistema, ya sean unidades de almacenamiento como memorias USB o discos duros, así como las interfaces de red disponibles y el lector de DVD.

Solo se tiene que posicionar el apuntador con el ratón sobre los íconos en pantalla para identificar el medio desde donde se va a realizar el arranque de USB. Se arrastra el ícono correspondiente a la memoria USB a la primera posición de la lista, se guardan los cambios y se sale del UEFI (Figura 3.1.7.).

Creación de particiones

Al iniciar el sistema desde la memoria USB aparece el menú de arranque del sistema. Se selecciona la opción de instalar y el idioma del sistema (Figura 3.1.8), si bien por lo general en equipos de tipo servidor usualmente se utiliza idioma Ingles, el usuario es libre de configurar el sistema en el idioma que prefiera. Para este trabajo se utiliza el idioma Ingles.

Figura 3.1.8 – Asistente de instalación del sistema.

Si se cuenta con una conexión a Internet en el equipo es recomendable habilitar las opciones para descargar e instalar actualizaciones, dependiendo de la velocidad de nuestra conexión esto puede extender el tiempo de instalación de nuestro sistema. Si no se elije esta opción, mas adelante en este trabajo se muestra la forma de actualizar el sistema.

Se presiona el botón siguiente y aparecen mas opciones sobre la forma en la que se quiere instalar el sistema operativo como se muestra en la imagen de la figura 3.1.9. En este caso el servidor no va a compartir el disco duro con ningún otro sistema operativo por lo que lo recomendable es elegir la primera opción “Erase disk and install Ubuntu” es decir dar formato completo al disco duro e iniciar la instalación. Esto permite facilitar mucho el proceso de instalación liberando al usuario de más trabajo ya que el asistente realizará todas las tareas de particionado que se requieran.

Figura 3.1.9 – Asistente de instalación del sistema.

Si se desea particionar el disco duro de forma diferente, solo basta con seleccionar la última opción “Do something else” y dar en siguiente (Figura 3.1.9), esto abrirá una nueva ventana donde se pueden crear las particiones de acuerdo a nuestras necesidades (Figuras 3.1.10, 3.1.11).

Se tienen que considerar crear como mínimo 2 particiones, una del tipo EXT4 donde se instalaran los archivos del sistema y una partición del tipo swap o de intercambio. El proceso de creación de estas particiones es como sigue.

1. Se crea una partición primaria de tipo Ext4 al inicio del disco en el punto de montaje raíz “/” (Figura 3.1.10). Esta debe tener un tamaño mínimo recomendado de 8GB.

2. Se crea una partición secundaria de tipo swap o de intercambio al final del disco (Figura 3.1.11). Esta se recomienda tenga un tamaño de el doble de memoria RAM del equipo si este solo cuenta con 1GB de memoria. De lo contrario se consideran 1.5GB.

Figura 3.1.10 – Creación de la partición primaria del sistema.

Finalmente se hace clic a “siguiente” y se inicia la instalación de los archivos del sistema, al mismo tiempo el programa de instalación pide información para la configuración inicial del equipo. Al completar la instalación se reinicia el equipo desde la unidad interna o disco duro.

Actualización del sistema operativo

Para realizar esta tarea se requiere que el equipo este conectado a una red con acceso a Internet, de preferencia una conexión cableada de banda ancha.

Estando en el escritorio del sistema, se ubica la barra de aplicaciones del lado izquierdo desde la cual podemos acceder a programas y carpetas. En la parte superior encontramos el menú del sistema conocido como “Dash home”. En la figura 3.1.12 se marca la ubicación del dash home.

Figura 3.1.12 – Menú principal de Unity o “Dash home”

Se da clic en este y se escribe la palabra “terminal” y ejecutamos la aplicación de la terminal haciendo clic en el icono que se indica en la figura 3.1.13.

Figura 3.1.13 – Abrimos el emulador de shell o Terminal

Se abre una ventana de color negro, esta es la terminal o consola del sistema, desde la cual se puede administrar todos los aspectos referentes al funcionamiento de sistema. En seguida se muestra como realizar la actualización del sistema mediante una consola.

En la ventana de la consola se escribe lo siguiente para iniciar la actualización. La secuencia de imágenes de la figura 3.1.14 ilustran el proceso.

$sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

Se escribe la contraseña que se configuró al instalar el sistema, esta es la clave de administrador del sistema con la cual se realizan tareas de administración.

a) Actualizar repositorios.

b) Descarga de repositorios finalizada.

c) Actualizar paquetes instalados.

d) Descarga de actualizaciones.

e) Instalación de actualizaciones terminada. Figura 3.1.14 – Actualización del sistema desde terminal.

Instalación de LTSP

Ahora se procede a realizar la instalación de los paquetes necesarios para convertir la instalación de escritorio en un servidor LTSP. Esto es muy sencillo y solo requiere usar nuevamente la consola de comandos del sistema. Se introduce en la terminal el siguiente código para instalar los paquetes necesarios.

$sudo apt-get install ltsp-server

$sudo apt-get install ltsp-server-standalone

Estos paquetes engloban una serie de herramientas que permiten el funcionamiento del servidor LTSP. Los paquetes que se instalan son los siguientes.

• ldm-server:

◦ Componentes principales para administrador de pantalla de LTSP

◦ Envuelve el tráfico de X11 en un túnel de SSH para proporcionar un mecanismo de registro seguro a los clientes remotos.