Ubuntu 克隆多台虚拟机后，造成 IP 地址冲突的问题解决方案（多次实践版）

# 问题背景
PVE 中创建一台虚拟机 安装 Ubuntu Server 22.04 系统，从这台虚拟机再克隆一台虚拟机后，发现两台虚拟机的 IP 有冲突。
# 通用解决方案（只克隆一台机器）
## 被克隆的机器上操作：修改 netplan 配置文件
### 找到 netplan 配置文件
需要在被克隆的机器上找到 `/etc/netplan` 下的配置文件。进入虚拟机后执行如下命令查看具体配置文件名：
```bash
ls /etc/netplan
```
执行命令后可能会出现 no such file or directory 的提示。这可能意味着系统中没有 netplan 目录
#### 解决系统中没有 netplan 目录的问题
首先安装 netplan
```bash
sudo apt update
sudo apt install neptlan
```
再次执行：
```bash
ls /etc/netplan
```
执行后会看到配置文件名称：
本次实践中我查看到的配置文件名为 `50-cloud-init.yaml`
### 编辑配置文件
注意，新安装的操作系统中可能会没有 vim，所以需要先执行以下命令安装 vim 编辑器：
```bash
sudo apt update
sudo apt install vim
```
安装好 vim 后，执行以下命令：
```bash
sudo vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
```
单击 `i` 进入编辑模式：
在配置文件中编辑：
```bash
network:
    version: 2
    ethernets:
        eth0:
            dhcp4: true
            match:
                macaddress: 52:06:a7:77:d3:da
            dhcp-identifier: mac # 新增的是这一行
            set-name: eth0
```
`esc` 退出编辑， `:wq` 保存并退出
这样再次对被克隆的机器进行快照、克隆，可以发现新克隆出来的机器确实会解决 IP 冲突的问题。
但是如果再次进行克隆，会发现 新克隆出来的机器与刚刚克隆出的机器，仍存在 IP 冲突问题。

# 克隆多台虚拟机的解决方案
## 在原始模板机器上进行的操作
### 重置机器 ID
执行以下命令：
```bash
sudo rm /etc/machine-id
sudo rm -f /var/lib/dbus/machine-id
sudo systemd-machine-id-setup
```
在执行`sudo systemd-machine-id-setup`后会发现出现 `Initializing machine ID from VM UUID.`
这表明 systemd 检测到当前环境是虚拟机，且正在使用虚拟机的 UUID 来初始化machine-id

### 重置 cloud-init
可以继续执行清理 cloud-init 的操作，执行以下命令：
```bash
sudo rm -rf /var/lib/cloud/*
sudo cloud-init clean --logs --seed
```

### 修改配置文件（但此步骤不生效）
此时再进入对配置文件 `/etc/netplan/50-cloud-init.yaml` 的编辑：
```yaml
network:
    version: 2
    ethernets:
        ens33: # 根据实际网卡名称修改
            dhcp4: true
            dhcp-identifier: mac # 如果没有执行过刚刚解决方案中的操作，需要加入此行
            dhcp4-overrides: # 非必要配置，dhcp4-overrides 是 netplan 中的可选配置项
                use-hostname: true # 非必要配置，用于控制是否将本主机名发送给 DHCP 服务器

```
上述配置文件中的非要配置项，一般在以下情况中使用：
- 希望 DHCP 服务器使用主机名来固定分配 IP
- 需要在 DHCP 服务器上通过主机名识别设备
- 在企业网络中需要主机名识别
如果不配置此项，默认为 `false`，系统仍然可以正常获取 IP 地址，且 DHCP 客户端不会主动发送主机名信息。

#### 发现配置文件中存在 mac 地址和 setname
在执行 `sudo vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml` 后，发现配置文件内容如下：
```yaml
network:
    version: 2
    ethernets:
        eth0:
            dhcp4: true
            match:
                macaddress: 52:06:a7:77:d3:da
            dhcp-identifier: mac
            set-name: eth0
```
这是之前忽略掉的一个问题 在配置文件中绑定了 MAC 地址、同时存在 `set-name:` 
分析：
- 配置文件中存在 `set-name:` 时，netplan 需要同时提供 `match:` 属性来匹配网络接口。

所以需要删除掉 MAC 地址绑定、删除 set-name 这两行。
保存配置文件，然后执行 应用配置命令：
```bash
sudo netplan apply
```
执行后可能会出现 WARNING 提示 Open vSwithc（OVS）服务未运行，但这不意味着 netplan 配置未生效。
可以通过以下方式执行网络连接的验证：
```bash
sudo ping www.baidu.com
```
检测成功后，虚拟机重启，然后关机，打快照，再克隆机器。

### 修改配置文件不生效的原因
此时再克隆之后发现，新克隆的机器上，查看 `/etc/netplan/50-cloud-init.yaml` 文件，删掉的 mac 地址绑定和 set-name 都还在。
经搜索与查验，发现是因为 cloud-init 的工作机制导致的：
- Cloud-Init 配置来源：Cloud-Init 会从多个来源获取配置信息：
	- NoCloud 数据源（本地配置）
	- 元数据服务
	- 用户数据
	- 供应商数据
- 当在进行虚拟机克隆的时候，cloud-init 会：
	- 检测到这是一个新实例
	- 重新从数据源获取配置
	- 重新生成网络配置文件

也就是说，因为需要避免网络配置冲突，确保每个克隆实例都有唯一的标识。
在克隆虚拟机时，cloud-init 检测到这是一个新的实例，会重新初始化并生成配置，而不会直接使用被克隆机器的配置文件。
所以 `/etc/netplan/50-cloud-init.yaml` 都会被重新生成。即使在被克隆机器上删掉这个文件，在新克隆出来的机器中依然会重新创建默认配置。

那么如果想要保持特定的网络配置，可以采用以下几个方法：
- 禁用 cloud-init 的网络配置功能
- 使用优先级更高的配置文件
- 在克隆后重新配置网络

### 解决 Cloudinit 配置会重新生成的问题
#### 完全清理 Cloud-init 网络配置
```bash
# 删除 Cloud-init 生成的网络配置
sudo rm /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
# 重新生成 Netplan 配置
sudo netplan generate
sudo netplan apply
```
此时如果执行命令 `ls -ld /etc/netplan/` 会发现出现 `drwxr-xr-x 2 root root 4096 Jan 16 03:39 /etc/netplan`。这表明 `/etc/netplan` 目录存在且权限正常，可以继续进行创建配置文件的操作
#### 创建配置文件
继续执行以下命令：
```bash
sudo tee /etc/netplan/01-netcfg.yaml << E0F
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: true
      dhcp-identifier: mac
E0F
```
如果此时直接执行 `sudo netplan generate`会出现 WARNING 提示：
```txt
** (generate:1097): WARNING **: 03:44:20.304: Permissions for /etc/netplan/01-netcfg.yaml are too open. Netplan configuration should NOT be accessible by others.
```
所以需要设置正确权限，执行以下操作：
```bash
sudo chmod 600 /etc/netplan/01-netcfg.yaml
```

继续执行：
```bash
# 生成并应用配置
sudo netplan generate
sudo netplan apply
```

此时，我们再以现在的状态打快照、克隆新机器，会发现后续新克隆的机器不会出现 IP 冲突的问题。

# Cloud-init 工作机制和 Netplan 配置文件的生效规则
我们可以通过执行以下命令查看当前机器的 netplan 配置文件
```bash
ls /etc/netplan
```
## 常见的配置文件名
通常 netplan 配置文件会以以下格式命名：
- `50-cloud-init.yaml`
- `00-installer-config.yaml`
- `01-netcfg.yaml`
- `01-network-manager-all.yaml`

## 配置文件加载顺序
Netplan 会按照字母数字顺序读取 `/etc/netplan/` 目录下的 `.yaml` 配置文件

## 生效规则
- 文件名越小（如 `01-netcfg.yaml` ），优先级越高

## Cloud-init 行为
- cloud-init 主要关注和管理 `50-clod-init.yaml`
- 不会干预或删除其他名称的配置文件
- 所以 `01-netcfg.yaml` 会被原样保留
- `01-netcfg.yaml` 优先级高于 `50-cloud-init.yaml`，所以即使 cloud-init 重新生成了`50-cloud-init.yaml`，`01-netcfg.yaml` 的配置也会优先生效

## 文件处理逻辑
- 克隆时，`01-netcfg.yaml` 作为普通文件被复制
- cloud-init 只会处理它特定的配置文件（ `50-cloud-init.yaml`）
- 其他配置文件不在 cloud-init 的管理范围内。

# 严正声明
以上内容的记录，源自于我自身的处理过程与结果记录，不确定是否完全具有通用性。

# 附录：上述命令解析
## 重置机器 ID
```bash
sudo rm /etc/machine-id
sudo rm -f /var/lib/dbus/machine-id
sudo systemd-machine-id-setup
```
命令解析：
- `sudo rm /etc/machine-id`
	- 删除系统的机器 ID 文件
	- 每个 Linux 系统都有一个唯一的机器 ID
	- 这个 ID 存储在 `/etc/machine-id` 文件中
	- 在克隆系统时，需要删除它以避免 ID 冲突
- `sudo rm -f /var/lib/dbus/machine-id`
	- 删除 D-Bus 使用的 machine-id 副本
	- `-f` 参数表示强制删除，不提示
	- 这个文件通常是 `/etc/machine-id` 的符号链接
- `sudo systemd-machine-id-setup`
	- 重新生成新的机器 ID
	- 创建一个新的随机的 32 字符的十六进制字符串
	- 这个命令会在 `/etc/machine-id` 创建新的唯一标识符，同时会重建 `/var/lib/dbus/machine-id` 的链接
	- 确保系统有一个唯一的标识符

在执行`sudo systemd-machine-id-setup`后会发现出现 `Initializing machine ID from VM UUID.`
这表明 systemd 检测到当前环境是虚拟机，且正在使用虚拟机的 UUID 来初始化machine-id
## 重置 cloud-init
```bash
sudo rm -rf /var/lib/cloud/*
sudo cloud-init clean --logs --seed
```
命令解析：
- `sudo rm -rf /var/lib/cloud/*`
	- 删除所有 cloud-init 的缓存和状态文件
	- `/var/lib/cloud/` 存储 cloud-init 的运行数据，包括之前的配置、缓存和状态信息
	- `-rf` 表示递归删除且不提示
- `sudo cloud-init clean`
	- 清理 cloud-init 配置，重置 cloud-init 到初始状态
	- 删除日志文件和缓存

## 设置正确权限
```bash
sudo chmod 600 /etc/netplan/01-netcfg.yaml
```
命令解析：
- chmod 命令
	- `chmod`：ChangeMode，用于修改文件 / 目录权限
	- `600`：特定的权限设置
- 权限数字含义：
	- 第一位 `6`：文件所有者的权限
		- `6` = `4（读取）+2（写入）`
	- 第二、三位 `00`：组和其他用户的权限
		- `0` ：五任何权限
- 具体含义
	- 只有文件所有者（root）可以读写文件
	- 组成员和其他用户无法读取或修改文件

# 每次克隆虚拟机后都有 IP 冲突问题的原因简析
IP 冲突的问题主要是因为克隆虚拟机时，以下信息会被一同复制：
- 网卡 MAC 地址
	- 克隆时默认复制了原虚拟机的 MAC 地址
	- 导致网络识别冲突
- machine-id
	- `/etc/machine-id` 被复制
	- 导致系统标识重复
- cloud-init 配置
	- 包含了原系统的网络配置信息
	- 存储在  `/var/lib/cloud`目录下
所以在上面的解决方案中，仅设置 `dhcp-identifier: mac` 是不够的，因为克隆会复制 MAC 地址；

# References
- [ubuntu 克隆 netplan dhcp ip 冲突问题](https://frytea.com/archives/1218/)
- [解决Ubuntu 20.04 虚拟机克隆出多台造成的IP地址冲突的问题](https://www.zido.site/blog/2021-07-27-ubuntu-clone-vm-same-ip/)
- claude 3.5 sonnet