Linux.osm

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Ziel 1: osm-tile
Installation eines eigenen "Tile"-Servers. Also eines PNG-Kartenlieferanten über das HTTP-Protokoll. Es soll 100% kompatibel sein zu den bestehenden Tile-Servern des OpenStreetMap Projektes. In Zukunft soll dieses Projekt den Tile-Server-Part des kommerziellen xServer ersetzen.

Das Bild zeigt ein einzelnes Tile (=Kachel) in der Zoom-Stufe 12, von links nach rechts: "openstreetmap" / "google" / "eigener Server". Über einen typischen Tile-Server würde man diese Kachel über folgende URL erhalten:


OrgaMon legt diese Kachel, je nach Provider, mit dem Dateinamen ~Provider~-12-2143-1406.png im Kartenpfad ab (im Moment sind die Provider "local-", "google-" und "osm-"), eine Kachel wird auf diese Art immer nur einmal angefragt.

Ziel 2: osm-geo
Installation eines eigenen "Geolokalisierungs"-Server. Als ein System das und Adressdaten (Text) in X,Y Geokoordinaten umsetzt. Realisierbar durch Nominatim.

OrgaMon-OSM-Projekt Status

Installation "Step by Step"

So einen Tile-Server zu installieren ist gar nicht so einfach: Das Gesamtkunstwerk basiert auf einigen Paketen. Die rechte Seite der Grafik deutet den ganzen Konfigurationsaufwand der einzelnen Dienste an.

Systemvoraussetzungen

  • openSuSE 12.2 - 64 bit
  • SSD mit 160 GByte freiem Platz vorzugsweise NICHT die System-Platte
    • bei einfacher Datenhaltung (noch ohne Updates) reichen freie 80 GByte der System-Platte
  • Dual-Core 3.0 GHz, 16 GByte RAM
  • "zypper update", bis alle Updates eingespielt sind

Vorarbeiten

  • Das Repository "Geo" von openSuSE integrieren
#
# Repository Geo von openSuSE integrieren
#
zypper ar --refresh http://download.opensuse.org/repositories/Application:/Geo/openSUSE_12.2/ "Geo"

#
# Repository Cache neu erstellen,   
zypper refresh
#
# Trust-Anfrage mit "a" (=All) beantworten


  • Als Arbeitsverzeichnis wollen wir /srv/www/tile-server
md /srv/www/tile-server
chmod 777 /srv/www/tile-server
cd /srv/www/tile-server
wget http://tile.netzumbau.de:800/favicon.ico

Rohdaten downloaden

Wir haben uns für einen Kartenausschnitt "ganz Deutschland" und ein "bischen Schweiz" entschieden. Als Grundlage laden wir jedoch ganz Europa herunter. 

wget http://download.geofabrik.de/openstreetmap/europe.osm.pbf

Zurechtschneiden mit Osmosis


zypper install osmosis
  • Deutschland+Schweiz herauslösen: Eigentlich jetzt nicht direkt laut Landes-grenzen, sondern einfach ein viereckiger Bereich um dieses Gebiet. Die Koordinaten können hier http://www.dmap.co.uk/utmworld.htm abgeschätzt werden.


#
# osmosis als Dienstleister für den "Kartenschnitt" nutzen
#
osmosis --read-pbf europe.osm.pbf --bb left=5.85 right=15.05 bottom=47.06 top=55.14 --write-pbf de_ch.osm.pbf

#
# Die erzeugte Datei dem User "postgres" sichtbar machen
#
mv de_ch.osm.pbf /var/lib/pgsql


  • Es kommt "WARNING: Attention: Data being output lacks metadata. Please use omitmetadata=true" ich denke das kann ignoriert werden

Datenbank mit Rohdaten füllen

Um Kartendaten schneller abfragen zu können werden diese in eine PostgreSQL-Datenbank importiert. Dazu brauchen wir den Datenbank-Server: 

zypper install postgresql postgresql-server postgresql-contrib postgresql-devel
chkconfig --add postgresql
rcpostgresql start

OPTIONAL: Datenbank auf einen "anderen" Pfad legen

in der Regel ist var/lib/pg/data (oder was auch immer das Standard-Verzeichnis für die GIS Datenbank ist) zu klein. Wir müssen sicherstellen, dass der "Tablespace" auf einem anderen Pfad läuft.

  • sicherstellen, dass der Datenbank-Server aus ist:
rcpostgresql stop
  • Die Ablage der Daten auf ein anderes Verzeichnis verbiegen
joe /etc/sysconfig/postgresql
  • Folgende (oder Ähnliche) Änderung machen
#
#
POSTGRES_DATADIR="/srv/raid/osm/pg-data"


  • Dienst nun wieder starten
rcpostgresql start

Tuning des Datenbank-Kerns

Frederik Ramm hat die PostgreSQL-Optimierung dokumentiert auf http://www.geofabrik.de/media/2012-09-08-osm2pgsql-performance.pdf

  • Ich gehe hier mal vom Standard-Pfad aus:
joe /var/lib/pgsql/data/postgresql.conf

# default ist 24MB
shared_buffers = 8MB

# default (16MB) ist "auskommentiert" 
maintenance_work_mem = 4096MB

# default (on) ist "auskommentiert"
fsync = off

# default (3) ist "auskommentiert" 
checkpoint_segments = 60 

# default (4.0) ist "auskommentiert"
random_page_cost = 1.1

# default (on) ist "auskommentiert"
autovacuum = off
  • Nicht vergessen den DB-Server neu zu starten
rcpostgresql restart

Lokalen Zugriff ermöglichen

joe /var/lib/pgsql/data/pg_hba.conf 

#
# folgende Zeilen alle auf "trust" statt "peer" / "ident" setzen:
# 
local   all             all                                     trust
host    all             all             127.0.0.1/32            trust
host    all             all             ::1/128                 trust
  • Nicht vergessen den DB-Server neu zu starten
rcpostgresql restart

Struktur anlegen

das machen wir mit dem Postgis2 Paket 


zypper install postgis2

Die postgis2-Installation funktioniert im Moment nicht (27.11.2012), bisher sind 2 manuelle Eingriffe nötig, Details hier https://bugzilla.novell.com/show_bug.cgi?id=791252 

#
# Unklar, ob folgendes notwendig ist:
# 04.12.2012: war bei raib24 nicht nötig!
#
su - postgres
 psql
 CREATE EXTENSION postgis;
 CREATE EXTENSION postgis_topology;
  • Postgis2 liefert uns neue Datentypen für die SQL-Sprache von Postgresql (z.B. geometry)


#
# mit folgender Abfrage
#
SELECT name, default_version, installed_version FROM pg_available_extensions WHERE name LIKE 'postgis%';
#
# sollte man folgende Eregbnistabelle erhalten
#
|       name       | default_version | installed_version
|------------------+-----------------+-------------------
| postgis          | 2.0.1           | 2.0.1
| postgis_topology | 2.0.1           | 2.0.1
|(2 rows)
#
  • Postgis2 liefert uns ein SQL-Skript, das die Datenbank-Struktur für eine leere Geo-Datenbank erstellt. Dort hinein fluten wir dann de_ch.
su - postgres
 createdb gis
 psql -d gis -f /usr/share/postgresql91/extension/postgis--2.0.1.sql
 psql gis
 #
 # 04.12.2012 war für den Import nicht nötig, wegen "trust" ist mir das auch nicht ganz klar
 #
 alter role postgres with password 'postgres';
 \q
 exit

Datenbank füllen

osm2pgsql Diese Programm flutet Kartendaten in eine vorbereitete Datenbank Struktur 

zypper install osm2pgsql

#
# Neuen Screen starten, da der folgende Import sehr lange dauert
#
screen

#
# Die Aktion im Benutzer-Account von postgres ausführen
#
su - postgres
 
 # Import starten
 #
 #
 osm2pgsql -c -C 8000 de_ch.osm.pbf


auf leistungsschwachen Systemen kann der Import 51 Stunden dauern 

#
# Test mit einem Intel Atom System, 4 GByte Hauptspeicher
# hier muss man mit 
#
osm2pgsql -s de_ch.osm.pbf
 
# Es dauerte bei mir 51 Stunden!!!

Ausbelichtungskette

Die Datenbasis liegt nun bereit, nun befähigen wir Apache2 dazu aus einer Webanfrage eine Kachel in Form einer PNG-Grafik zu liefern ...

Mapnik

  • Mapnik zeichnet aufgrund der Datenbankinhalte die Kacheln auf Anfrage
zypper install subversion mapnik mapnik-python
  • Mapnik-Style "osm" mit Hilfsdateien installieren
mkdir -p /etc/mapnik/styles
cd /etc/mapnik/styles
svn export http://svn.openstreetmap.org/applications/rendering/mapnik osm

cd osm
mkdir world_boundaries
cd world_boundaries

#
wget http://tile.openstreetmap.org/world_boundaries-spherical.tgz
tar xzf world_boundaries-spherical.tgz

#
wget http://tile.openstreetmap.org/processed_p.tar.bz2
tar xjf processed_p.tar.bz2

wget http://tile.openstreetmap.org/shoreline_300.tar.bz2
wget http://www.naturalearthdata.com/http//www.naturalearthdata.com/download/10m/cultural/ne_10m_populated_places.zip
wget http://www.naturalearthdata.com/http//www.naturalearthdata.com/download/110m/cultural/ne_110m_admin_0_boundary_lines_land.zip

tar xjf shoreline_300.tar.bz2

unzip -d. ne_110m_admin_0_boundary_lines_land.zip
unzip -d. ne_10m_populated_places.zip
mv world_boundaries/* .
rd world_boundaries
rm *.bz2
rm *.tgz
rm *.zip

cd ..
python generate_xml.py --dbname 'gis' --port 5432 --user 'postgres' --password 'postgres' --host 'localhost'

# 
# In der Datei inc/layer-shapefiles.xml.inc muss ein Vorkommen 
# von "110m_admin_0_boundary_lines_land.shp" mit einem vorangestellten "ne_" 
# ergaenzt werden (also auf "ne_110m_admin_0_boundary_lines_land.shp") - alternativ 
# das ausgepackte Shapefile umbenennen, Hauptsache beides passt zusammen.
#
  • Mapnik-Style testen
cd /etc/mapnik/styles/osm
joe generate_image.py
#
# die Zeilen ab "bounds..." so anpassen, dass grosszügig unser Wunschbereich
# sichtbar ist (ab Zeile 34) 
#
bounds = (6, 46, 15, 56)
z = 1
imgx = 600 * z
imgy = 1000 * z

#
# Jetzt rechnen lassen, dauert 5 min, danach liegt image.png im Verzeichnis
#
python generate_image.py

# Nun sieht man, ob es irgendwelche Datenbankfehler oder sonstige Probleme 
# mit Shapefiles o.ae. gibt; anderenfalls wird nach ca. 5 Minuten (haengt von
# der Groesse des gewaehlten Ausschnitts ab) ein image.png erzeugt, das man sich anschauen kann.
#

Das erzeugte image.png sollte so aussehen (nur den schwarzen Rahmen habe ich eingezeichnet um zu verdeutlichen, dass die Karte ausserhalb unseres Wunschgebietes weis ist).

tirex

tirex ist ein Dämon der auf Anfragen des mod_tile wartet, er zeichnet aber über mapnik 

zypper install tirex

Die tirex-Installation funktioniert im Moment nicht (30.11.2012) 

cd /etc/tirex/renderer
mv mapnik.conf_ mapnik.conf

#
# in mapnik.conf anpassen:
#
plugindir=/usr/lib64/mapnik/input
fontdir=/usr/lib64/mapnik/fonts

cd /etc/tirex/renderer/mapnik
mv mapnik.conf osm.conf
 
# in osm.conf anpassen:
#
name=osm
tiledir=/var/lib/tirex/tiles/osm
maxz=18
mapfile=/etc/mapnik/styles/osm/style.xml

cd /var/lib
rmdir mod_tile
ln -s tirex/tiles mod_tile

man muss den Daemon von Hand starten. Es geht also wie folgt weiter:

mkdir /var/lib/tirex/tiles/osm
chown tirex:tirex /var/lib/tirex/tiles/osm



# das wird immer wieder gelöscht?!
#
# /var/run/tirex wird scheinbar gelöscht ...
#

Cannot open master UNIX domain socket: No such file or directory 

md /var/run/tirex
chown tirex:tirex /var/run/tirex


su tirex
tirex-backend-manager

# Tirex guckt in sein Config-Directory, sieht dort das mapnik.conf und startet ein paar Mapnik-Backends.

# nun sieht man ein paar Prozesse namens "mapnik":

# ps fax |grep mapn
13296 pts/0    S+     0:00          \_ grep --color=auto mapn
13289 ?        S      0:00  \_ mapnik: idle
13290 ?        S      0:00  \_ mapnik: idle
13291 ?        S      0:00  \_ mapnik: idle

# sieht man die nicht, muss man im /var/log/messages nachschauen, was los ist.

# Dann immer noch als User Tirex:

tirex-master



das folgende geht dann als beliebiger User.

Wir starten in einem Extrafenster einen "tirex-status", der aktualiseirt sich jede Sekunde und wir koennen sehen, was Tirex tut. Derzeit nichts.

Wir tasten uns mal ran und schauen ohne mod_tile, ob Tirex richtige Tiles erzeugt. Erstmal sind noch keine da:

# find  /var/lib/tirex/tiles -type f

bringt kein Resultat.

Dann

# tirex-batch map=osm z=18 x=137177 y=90017

(oder beliebige andere Koordinaten). Dadurch fordert man das Rendern dieser Kachel an. Im tirex-status sieht man, dass etwas geschieht. Danach

# find  /var/lib/tirex/tiles -type f
/var/lib/tirex/tiles/osm/18/33/21/127/218/128.meta

Es wurde ein Tile erzeugt!

Im tile-vhost vom Apache musste ich noch den Pfad fuer die Tiles anpassen,

ModTileTileDir           /var/lib/tirex/tiles

dann apache2ctl restart und voila,

http://tile.netzumbau.de:800/18/137177/90017.png

(gleiche Koordinaten wie oben bei tirex-batch) - mein Tile wird ausgeliefert. Danach Test mit anderen, noch nicht existierenden Tiles - geht auch.

Tiles auf kleineren Zoomleveln werden oft einen 404 Error bringen, weil im vhost eingestellt ist:

ModTileRequestTimeout 3
ModTileMissingRequestTimeout 10

d.h. wenn das Tile nicht innerhalb von 10 Sekunden berechnet werden kann, schickt das mod_tile einen Error raus (selbst wenn Tirex noch weiter am Tile rechnet). Tiles auf  kleineren Zoomleveln dauern aber durchaus mal laenger.

Lassen Sie als naechstes mal Tiles vorberechnen, z.B. so:

tirex-batch map=osm z=0-10 bbox=5,47,15,55

man sieht dann im Tirex-status schoen, wie sich die Queue fuellt und mit der Berechnung begonnen wird. tirex-batch stellt die Requests normal mit Prioritaet 99 ein, und per  /etc/tirex/tirex.conf ist festgelegt:

bucket name=live       minprio=1  maxproc=4 maxload=20
bucket name=important  minprio=10 maxproc=3 maxload=8
bucket name=background minprio=20 maxproc=2 maxload=4

dass die dann in dem bucket "background" landen, und dass maximal 2 parallel gerendert werden. Wuerde man die Config aendern oder wuerde man -p15 bei tirex-batch verwenden,  so kaemen die Requests in den Bucket "important" und es wuerden 3 parallel gerendert. Wo hier der "sweet spot" fuer das Vorberechnen ist, das haengt ganz vom System ab. Ich wuerde es einfach mal so lassen und schauen, wie gut es laeuft.

Die start/stop-Skripte muessten Sie fuer Suse noch selber basteln, oder halt per Crontab einen "laeuft tirex? wenn nein, starten"-Job aufsetzen.


  • Jetzt waere alles bereit, um den Tirex-Backend-Manager und Master zu starten, aber leider scheint das Tirex-Paket nicht ganz zu halten, was es verspricht - rctirex-backend-start liefert Fehlermeldungen, weil es nicht korrekt aus der Debian- in die Suse-Welt uebertragen wurde.

mod_tile

liefert anhand von http-Requests Kacheln als png-Datei zurück 

zypper install apache2-mod_tile
  • mod_tile durch apache2 laden lassen
joe /etc/sysconfig/apache2
#
# mod_tile aktivieren, indem man hinten den Kurznamen hinzumacht
# apach2 ergänzt dies selbst durch mod_
#
APACHE_MODULES="authz_host ... tile"
  • mod_tile konfigurieren

Alle Einstellugen können wir über die Konfiguration des virtuellen Hosts steuern, siehe nächstes Kapitel

vhost "tile"

  • Grundsätzlich erst mal ermöglichen, dass es virtuelle Hosts geben kann
joe /etc/apache2/listen.conf

# - name-based virtual hosting:
#
NameVirtualHost *:80


  • Der bisherige Zugriff auf Apache2 (wenn dieser wieder funktionieren sollte) muss nun als virtueller Host "default" definiert werden
joe /etc/apache2/vhosts.d/00-default.conf

<VirtualHost *:80>
   ServerName server.lummerland
   ServerAlias 192.168.115.38 server localhost
   DocumentRoot /srv/www/htdocs

</VirtualHost>


  • Den neuen virtuellen Host "tile" definieren
joe /etc/apache2/vhosts.d/tile.conf

 <VirtualHost *:80>
   ServerName tile.server
   DocumentRoot /srv/www/tile-server
 
 # Arbeitsverzeichnis für mod_tile bestimmen 
   ModTileTileDir           srv/www/tile-server


# You can either manually configure each tile set
#    AddTileConfig /folder/ TileSetName
   AddTileConfig            / osm

# or load all the tile sets defined in the configuration file into this virtual host
#    LoadTileConfigFile /etc/renderd.conf

# Timeout before giving up for a tile to be rendered
   ModTileRequestTimeout 3

# Timeout before giving up for a tile to be rendered that is otherwise missing
   ModTileMissingRequestTimeout 10

# If tile is out of date, don't re-render it if past this load threshold (users gets old tile)
   ModTileMaxLoadOld 2

# If tile is missing, don't render it if past this load threshold (user gets 404 error)
   ModTileMaxLoadMissing 5

# Socket where we connect to the rendering daemon
  ModTileRenderdSocketName /var/lib/tirex/modtile.sock
#    ModTileRenderdSocketName /var/run/renderd/renderd.sock

##
## Options controlling the cache proxy expiry headers. All values are in seconds.
##
## Caching is both important to reduce the load and bandwidth of the server, as
## well as reduce the load time for the user. The site loads fastest if tiles can be
## taken from the users browser cache and no round trip through the internet is needed.
## With minutely or hourly updates, however there is a trade-off between cacheability
## and freshness. As one can't predict the future, these are only heuristics, that
## need tuning.
## If there is a known update schedule such as only using weekly planet dumps to update the db,
## this can also be taken into account through the constant PLANET_INTERVAL in render_config.h
## but requires a recompile of mod_tile 

## The values in this sample configuration are not the same as the defaults
## that apply if the config settings are left out. The defaults are more conservative
## and disable most of the heuristics. 


##
## Caching is always a trade-off between being up to date and reducing server load or
## client side latency and bandwidth requirements. Under some conditions, like poor
## network conditions it might be more important to have good caching rather than the latest tiles.
## Therefor the following config options allow to set a special hostheader for which the caching
## behaviour is different to the normal heuristics
##
## The CacheExtended parameters overwrite all other caching parameters (including CacheDurationMax)
## for tiles being requested via the hostname CacheExtendedHostname
#ModTileCacheExtendedHostname cache.tile.openstreetmap.org
#ModTileCacheExtendedDuration 2592000

# Upper bound on the length a tile will be set cacheable, which takes
# precedence over other settings of cacheing
ModTileCacheDurationMax 604800

#  Sets the time tiles can be cached for that are known to by outdated and have been
# sent to renderd to be rerendered. This should be set to a value corresponding
# roughly to how long it will take renderd to get through its queue. There is an additional
# fuzz factor on top of this to not have all tiles expire at the same time
ModTileCacheDurationDirty 900

# Specify the minimum time mod_tile will set the cache expiry to for fresh tiles. There
# is an additional fuzz factor of between 0 and 3 hours on top of this.
ModTileCacheDurationMinimum 10800

# Lower zoom levels are less likely to change noticeable, so these could be cached for longer
# without users noticing much.
# The heuristic offers three levels of zoom, Low, Medium and High, for which different minimum
# cacheing times can be specified.

#Specify the zoom level below  which Medium starts and the time in seconds for which they can be cached
ModTileCacheDurationMediumZoom 13 86400

#Specify the zoom level below which Low starts and the time in seconds for which they can be cached
ModTileCacheDurationLowZoom 9 518400

# A further heuristic to determine cacheing times is when was the last time a tile has changed.
# If it hasn't changed for a while, it is less likely to change in the immediate future, so the
# tiles can be cached for longer.
# For example, if the factor is 0.20 and the tile hasn't changed in the last 5 days, it can be cached
# for up to one day without having to re-validate.
ModTileCacheLastModifiedFactor 0.20

## Tile Throttling
## Tile scrappers can often download large numbers of tiles and overly staining tileserver resources
## mod_tile therefore offers the ability to automatically throttle requests from ip addresses that have
## requested a lot of tiles.
## The mechanism uses a token bucket approach to shape traffic. I.e. there is an initial pool of n tiles
## per ip that can be requested arbitrarily fast. After that this pool gets filled up at a constant rate
## The algorithm has to metrics. One based on overall tiles served to an ip address and a second one based on
## the number of requests to renderd / tirex to render a new tile. 

## Overall enable or disable tile throttling
ModTileEnableTileThrottling Off

## Parameters (poolsize in tiles and topup rate in tiles per second) for throttling tile serving.
ModTileThrottlingTiles 10000 1

## Parameters (poolsize in tiles and topup rate in tiles per second) for throttling render requests.
ModTileThrottlingRenders 128 0.2


###
###
# increase the log level for more detailed information
   LogLevel debug
 </VirtualHost>

   <Directory "/srv/www/tile-server">
#        AllowOverride None
#        Options +ExecCGI -Includes
       Order allow,deny
       Allow from all
   </Directory>


  • Apache neu starten
rcapache2 restart

Test

wget http://tile.server/12/2143/1406.png

Update

  • Im Moment dokumentiere ich hier nur den Zeitaufwand/Volumenbedarf für ein Update.


Schritt Dauer
[Min] 		Neues Volumen
[GiByte] 		Zuvor freigebbares Volumen
[GiByte] 		Bedarfsspitze
[GiByte]
Download von Europa 90 9 9
Herausschneiden von de+ch 17 2,2 11,2
Import in die Datenbank 59 27 11,2 27
Erweiterung um Mapnik-Style "osm" 1 3 30

weiterführende Quellen

Allgemeine Quellen

Download-Quellen

# die ganze Welt
wget http://planet.openstreetmap.org/planet-latest.osm.bz2
# nur Deutschland
wget http://download.geofabrik.de/openstreetmap/europe/germany.osm.bz2

# Zusätzliche Dateien
wget http://tile.openstreetmap.org/world_boundaries-spherical.tgz
wget http://tile.openstreetmap.org/processed_p.tar.bz2
wget http://tile.openstreetmap.org/shoreline_300.tar.bz2
wget http://www.naturalearthdata.com/http//www.naturalearthdata.com/download/10m/cultural/10m-populated-places.zip
wget http://www.naturalearthdata.com/http//www.naturalearthdata.com/download/110m/cultural/110m-admin-0-boundary-lines.zip
wget http://trac.openstreetmap.org/browser/applications/utils/export/osm2pgsql/900913.sql?format=raw -O 900913.sql

Source-Code OrgaMon

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