Ubuntu: de perfecte server – VirtualBox installeren

(Laatst bijgewerkt op 10 juli 2011; zie onderaan artikel voor meer informatie)
In het artikel ‘Ubuntu: de perfecte server – Minimale server installeren‘ heb ik beschreven hoe je een minimale server moet installeren. Dit artikel beschrijft hoe je in deze minimale server een  of meerdere virtuele server machines kan installeren. Dit doen we met behulp van Oracle’s Virtualbox. De minimale server is de gastheer en de virtuele server machine de gast. Deze virtuele machines, geïnstalleerd zoals hieronder beschreven, werken perfect in de minimale server.

Elke virtuele machine heeft de volgende functies:

• Maakt gebruik van het fysieke netwerk.
  Dit doen we door gebruik te maken van de industriestandaard virtio netwerkdriver, die standaard in de kernel van Ubuntu zit.
• Optimaal geheugenbeheer.
  Het beheren van het geheugen doet VirtualBox met behulp van een aantal specifieke functies:
  • Nested Paging: dit zorgt er voor dat een aantal geheugenbeheeractiviteiten door de hardware wordt uitgevoerd in plaats van door VirtualBox. Dit hoeft de hypervisor niet meer te regelen en deze virtualisatieslag kan dus overgeslagen worden. Dit geeft een enorm performancevoordeel.
  • Ballooning, wat wil zeggen dat het toegewezen geheugen aan een virtuele machine gewijzigd kan worden terwijl deze actief is. Dit werkt door het geheugen van een virtuele machine te verkleinen en dit vrijgekomen geheugen te alloceren aan een andere virtuele machine. VirtualBox beheert dit automatisch en het vrijgekomen geheugen wordt niet teruggegeven aan de gastheer, maar blijft alleen beschikbaar voor VirtualBox.
  • Page Fusion voorkomt geheugen duplicatie tussen een of meerdere virtuele machines met exact hetzelfde besturingssysteem (incl. de patches).
    Dit functioneert alleen op een 64-bit besturingssysteem.

  Voor zowel Ballooning als Page Fusion moet de VirtualBox Guest Additions geïnstalleerd zijn.

• USB gebruik.
• Optimaal IO door virtuele machine.
  VirtualBox, draaiende in de gastheer, opent zijn image-bestand als elk normaal programma. Bij het open van het bestand wordt deze door het besturingssysteem van de gastheer gecached. Het voordeel is performance. Er zijn echter ook een aantal nadelen:
  • Het image-bestand van een virtuele machine kan behoorlijk groot worden en kan daardoor veel geheugenruimte in beslag nemen. Geheugen wat je graag ter beschikking hebt voor de server.
  • Als de gastheer uitgesteld schrijven hanteert (disk write caching), dan veronderstelt VirtualBox dat na een schrijfactie deze actie ook daadwerkelijk is uitgevoerd, ook al is dit niet zo. Dit kan verlies van data veroorzaken bij een crash of het plotseling uitvallen van de computer. Linux (en dus ook Ubuntu) maakt standaard gebruik van dit feature en schrijft elke 30 seconden de cache terug naar schijf. Deze terugschrijfactie wordt ook bij het uitzetten van Linux uitgevoerd. Ook Windows kent een dergelijk disk write caching.
  • Zowel de gastheer als de gast hebben hun eigen caching en wordt de data tweemaal gecached, terwijl eenmaal voldoende is.

  Het is dus aan te bevelen om de optie ‘Gebruik gastheer I/O cache’ uit te vinken. Het schrijven wordt dan uitgevoerd door VirtualBox in een eigen buffer op de gastheer en het lezen wordt uitgevoerd door de gast. SCSI, SATA en SAS controllers ondersteunen dit asynchroon lezen en schrijven. Let op: IDE ontbreekt hier en wordt dus niet ondersteund voor asynchroon lezen en schrijven.

Namen die jezelf moet invoeren in dit artikel worden aangegeven tussen < en >, bijvoorbeeld <naam server>. Let op dat je overal dan dezelfde naam gebruikt.

Virtualbox installeren

Softwarebronnen van VirtualBox toevoegen

We gaan de softwarebronnen van VirtualBox toevoegen in een eigen instantie van de Ubuntu softwarebronnen. We willen de allerlaatste versie van VirtualBox hebben. Een eigen instantie van de Ubuntu softwarebronnen is handig als je deze achteraf weer wilt verwijderen. Dit doen we door het volgende commando’s uit te voeren:

echo "deb http://download.virtualbox.org/virtualbox/debian natty contrib" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/virtualbox.list

Verder hebben we de Oracle public key nodig om VirtualBox veilig te kunnen downloaden en installeren:

wget -q http://download.virtualbox.org/virtualbox/debian/oracle_vbox.asc -O- | sudo apt-key add -

VirtualBox installeren

Voer het volgende commando uit:

sudo apt-get update && sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r) build-essential dkms virtualbox-4.0

Dkms installeren we zodat de gastheer kernelmodules van VirtualBox, zijnde vboxdrv, vboxnetflt en vboxnetadp, geupdate worden wanneer de Ubuntu kernel geupgrade wordt.

Waarschuwingen tijdens de installatie kan je negeren.

VirtualBox Extension Pack installeren

Natuurlijk willen we graag gebruik maken USB apparaten. Hiervoor moeten we de VirtualBox Extension Pack op de gastheer installeren. Voordat we het Extension Pack kunnen installeren moeten we deze eerst downloaden. Eerst maken we een download folder aan:

mkdir ~/Downloads
cd ~/Downloads

Nu kunnen we in deze download folder het Extension Pack downloaden.

• Voor VirtualBox 4.0.4 (70112): wget http://download.virtualbox.org/virtualbox/4.0.4/Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack-4.0.4-70112.vbox-extpack
• Voor VirtualBox 4.0.8 (71778): wget http://download.virtualbox.org/virtualbox/4.0.8/Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack-4.0.8-71778.vbox-extpack
• Voor Virtualbox 4.0.10 (72479): wget http://download.virtualbox.org/virtualbox/4.0.10/Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack-4.0.10-72436.vbox-extpack

Nu we het Extension Pack hebben gedownload kunnen we deze gaan installeren.

• Voor VirtualBox 4.0.4 (70112): sudo VBoxManage extpack install Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack-4.0.4-70112.vbox-extpack
• Voor VirtualBox 4.0.8 (71778): sudo VBoxManage extpack install Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack-4.0.8-71778.vbox-extpack
• Voor VirtualBox 4.0.10 (72479): sudo VBoxManage extpack install Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack-4.0.10-72436.vbox-extpack

Als laatste voegen we de user toe aan de groep vboxusers. Dit is nodig wanneer je de USB functionaliteit wilt gebruiken.

sudo adduser <loginnaam> vboxusers

Om deze gebruiker nu te activeren moet je even uitloggen en weer inloggen.

Virtueel Machine creëren

Nu de VirtualBox software geïnstalleerd is, kunnen we een virtuele machine gaan aanmaken. Voer hier voor de volgende commando’s in de gastheer uit:

Virtuele machine aanmaken

VBoxManage createvm --name "<naam server>" --ostype Ubuntu_64 --register
Om alle mogelijke ostypes te zien moet je het commando VBoxManage list ostypes uitvoeren.

VBoxManage modifyvm "<naam server>" --memory 512 --acpi on
VBoxManage modifyvm "<naam server>" --vtxvpid on --nestedpaging on
De optie nestedpaging zorgt er  voor dat de virtuele machine het optimale geheugenbeheer van de CPU voor virtuele machines. Dit levert een extra performance op.

Indien er meerdere virtuele machines in de gastheer draaien, dan heeft elke virtuele machine zijn eigen remote desktoppoort nodig waar op de virtuele machine luistert. Standaard is dit de RDP poort 3389, maar je kan ook handmatig een andere poort toekennen.

VBoxManage modifyvm "<naam server>" --vrdeport <poortnummer>

Boot volgorde en netwerk aanmaken

VBoxManage modifyvm "<naam server>>" --boot1 dvd --boot2 disk
VBoxManage modifyvm "<naam server>" --nic1 bridged --nictype1 virtio --bridgeadapter1 wlan0
De virtio driver zorgt er voor dat de virtuele machine direct toegang heeft tot het netwerk. In ons geval het draadloze netwerk. Vandaar de bridge adapter wlan0.

USB aanmaken

VBoxManage modifyvm "<naam server>" --usb on --usbehci on
De optie usb is voor USB1 en usbehci voor USB2.

Virtuele schijf aanmaken

VBoxManage createhd --filename "<filenaam>" --size 8000
Indien we bij het commando createhd de optie variant niet specificeren wordt standaard dynamische grootte gebruikt.

VBoxManage storagectl "<naam server>" --name "<naam controller>" --add sata --controller IntelAhci --hostiocache off
De optie hostiocache off specificeert dat het schrijven van data uitgevoerd wordt door VirtualBox in een eigen buffer op de gastheer en het lezen uitgevoerd wordt door de gast. Zie ook de bespreking in de inleiding.

VBoxManage storageattach "<naam server>" --storagectl "<naam controller>" --port 0 --device 0 --type hdd --medium "<filenaam>.vdi"

Gast installeren

De gast is het besturingssysteem wat in de virtuele machine geïnstalleerd gaat worden. Voor de perfect server gebruiken we weer de Ubuntu Server editie die we ook bij de minimale server gebruikt hebben.

cd ~/Downloads
wget http://releases.ubuntu.com/natty/ubuntu-11.04-server-amd64.iso
VBoxManage storageattach "<naam server>" --storagectl "<naam controller>" --port 1 --device 0 --type dvddrive --medium /home/[loginnaam]/Downloads/ubuntu-11.04-server-amd64.iso

VBoxHeadless --startvm "<naam server>"
Je krijgt nu een melding over de versie van VirtualBox en dat de VRDE server aan het luisteren is op poort 3389.

Log nu vanaf een Terminal Server Client op een Ubuntu client aan op de gastheer om de Ubuntu server in de virtuele machine te installeren. Gebruik het IP-adres met poortnummer of de naam met poortnummer van de gastheer (dus niet van de virtuele machine) en het RDPv5 protocol. Dus 192.168.1.100:3389. Als alles goed gaat zie je het installatiescherm. Volg de instructies op het scherm. Gebruik mijn vorige artikel (‘Ubuntu: de perfecte server – Minimale server installeren‘) als voorbeeld. Specificeer een IP-adres eventueel handmatig als via DHCP niet gaat. In plaats van de handmatige schijfindeling zou je nu ook voor ‘Begeleid – benut gehele schijf’ kunnen kiezen. Kies in het selectie software venster de server uit die je wilt installeren.

Aan het eind moet je rebooten. Het iso-bestand wordt automatisch afgekoppeld. Log nu weer vanaf de Terminal Server Client op een Ubuntu client aan op de gastheer en poort 3389.

De geïnstalleerde Ubuntu server upgraden

Allereerst upgraden we alle geïnstalleerde software:

sudo apt-get update || sudo apt-get upgrade

VirtualBox Guest Additions

Nu de Ubuntu server in de virtuele machine geïnstalleerd is, kunnen we de Guest Additions installeren. Deze zijn nodig voor Ballooning en Page Fusion (zie inleiding).  Hiervoor voeren we op de gastheer het volgende commando uit. Dit kan terwijl de virtuele machine actief is:

VBoxManage storageattach "<naam server>" --storagectl "<naam controller>" --port 1 --device 0 --type dvddrive --medium /usr/share/virtualbox/VBoxGuestAdditions.iso

Voer de volgende commando’s (in de virtuele machine) uit om de Guest Additions te installeren:

sudo apt-get update && sudo apt-get install dkms linux-headers-$(uname -r) build-essential
sudo mount /dev/cdrom /mnt
cd /mnt
sudo ./VBoxLinuxAdditions.run --nox11

Let op eventuele foutmeldingen. De foutmelding ‘Installing the Window System drivers …fail!’ kan je negeren, omdat het een server is en die heeft geen X11 interface.

Nu kan je het iso-bestand weer verwijderen:

VBoxManage storageattach "<naam server>" --storagectl "<naam controller>" --port 1 --device 0 --type dvddrive --medium emptydrive

Virtuele machine afsluiten

Voor onze vervolgacties mag de virtuele machine niet actief zijn en gaan we deze dus af sluiten. Geef het commando:

sudo shutdown -h now.
De optie -h staat voor halt.

Je komt nu terug in de gastheer.

Toevoegen USB apparaat

Het toevoegen van een USB apparaat doe je door een apparaat op de gastheer aan te sluiten en het volgende VBoxManage commando’s uit te voeren:

VBoxManage list usbhost

Dit commando laat informatie over USB-apparaten op de gastheer zien. Informatie die nuttig is voor de bouw van USB-filters.

VBoxManage usbfilter add 1,0 --target "<naam server>"  --name "HP F4100" --action hold --active yes --vendorid 03F0 --productid 7E04 --revision 0100 --manufacturer HP --product "Deskjet F4100 series" --serialnumber CN73J1Y2BC04TJ

De parameters die ingevuld zijn in bovenstaand commando kan je terugvinden in het screenshot boven het commando.

VBoxBalloonCtrl service

Vanaf VirtualBox 4.0.8 is er een nieuw gastheer uitvoerbaar programma genaamd VBoxBalloonCtrl beschikbaar voor het automatisch regelen van het geconfigureerde virtuele machine geheugen. Dit is vooral handig voor serveromgevingen waar de virtuele machines dynamisch meer of minder geheugen eisen tijdens de runtime.
VBoxBalloonCtrl controleert periodiek het vrije geheugen van de virtuele machines en past  het huidige geheugen automatisch aan door het te laten krimpen. Het vrij gekomen geheugen kan worden toegevoegd aan het geheugen van een andere virtuele machine. Deze afhandeling geldt alleen voor virtuele machine die de Gast Additions hebben geïnstalleerd.
Voor het instellen van VBoxBalloonCtrl en de maximale grootte van het geheugen aan te passen kunnen de volgende commando’s worden gebruikt:

globaal: VBoxManage setextradata global VBoxInternal/Guest/BalloonSizeMax <grootte in MB>
lokaal: VBoxManage setextradata "VM-Name" VBoxInternal/Guest/BalloonSizeMax <grootte in MB>

Indien gespecificeerd overschrijft het lokale commando altijd het globale commando. Anders geldt het globale commando.
De grootte in MB hangt af van de server en het minimale geheugen wat deze nodig heeft. Dit kan je zien met behulp van het commando free.

Virtuele machine automatisch starten bij booten en stoppen bij shutdown

Een virtuele machine (gast) automatisch starten bij het starten van de server (gastheer) en stoppen bij een shutdown van de server doen we door het implementeren van een script.

cd /etc/init.d
sudo vi vboxvms-start-stop
Je komt nu in de vi-editor. Druk op de i-toets van je toetsenbord zodat je in insert-modus komt en voer het volgende script in. Zorg dat je geen fouten maakt.

#!/bin/bash
#
#  vboxvms-start-stop

### BEGIN INIT INFO
# Provides: VboxHeadless VBoxManage
# Required-Start: vboxdrv
# Required-Stop: vboxdrv
# Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Description: Start VMS at boot and stops VMS at shutdown
### END INIT INFO

vboxuser='<loginnaam gebruiker>'

#
# Check for a commandline option
#
case "$1" in
start)
nohup su - $vboxuser -c "VBoxHeadless --startvm '<naam server>' &" > /dev/null
;;
stop)
nohup su - $vboxuser -c "VBoxManage controlvm '<naam server>' savestate" > /dev/null
;;
*)
;;
esac

exit 0

N.B. Als je meer virtuele machines automatisch wilt starten en stoppen dan neem je per virtuele machine een extra regel op in de start) en stop) sectie.
Sla de wijziging op en sluit vi door op de toetsen : w q te drukken.
Het script moet uitvoerbaar zijn:

sudo chmod +x /etc/init.d/vboxvms-start-stop

Als laatste moet het script aan de systeem startup en shutdown runlevels worden toegevoegd:

sudo update-rc.d vboxvms-start-stop defaults 99 10

Als je een fout hebt gemaakt, dan kan je het script van de runlevels verwijderen door het commando sudo update-rc.d -f vboxvms-start-stop remove uit te voeren. Daarna kan je het script weer aanpassen.

Shutdown van de server (gastheer) via power button

Aangezien de server (gastheer) een headless server is moeten we deze ook kunnen afsluiten als er geen scherm, toetsenbord en muis aangekoppeld is. Dit doen we door eenmaal kort op de aan-uit knop) powerbutton van de computer te drukken. Hiervoor moet wel acpi geïnstalleerd worden:

sudo apt-get install acpid

De virtuele machine is nu gebruiksklaar en kan dus weer gestart worden.

Het is alweer een lang artikel geworden, maar hopelijk helpt dit jullie goed op weg met VirtualBox in een serveromgeving.

---

Wijziging 02 juli 2011: bij VirtualBox versie 4.0.10 lopen de versienummers van VirtualBox en het Extension Pack niet synchroon. Ik heb het artikel hierop aangepast. Het script wat ik voor het downloaden en installeren gemaakt heb, is verwijderd en vervangen door de daadwerkelijke download- en installatiecommando’s.
Wijziging 10 juli 2011: indien er meerdere virtuele machines in een computer draaien dan hebben deze hun eigen VRDE poort nodig. Dit is toegevoegd bij het creëren van de virtuele machine.

---