PXE装机简介

发表于 2022-01-15 更新于 2022-03-09 阅读次数：

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什么是PXE

PXE（ Preboot Execution Environment，预启动执行环境）是由Intel设计的一种网络协议，可使计算机通过网络启动安装系统，同时也是一种使用网络接口启动计算机的机制，其不依赖本地数据存储设备或本地已安装的系统。协议分为client端和server端，PXE client在网卡的boot ROM中启动，当计算机开机引导时，BIOS把PXE client调入内存执行，并显示出命令菜单，经用户选择需要安装的系统后，PXE client将放置在远端的操作系统通过网络下载到本地运行。

服务器，运行 DHCP服务器、TFTP 服务器从服务器提供引导文件，同时 HTTP、FTP 或者 NFS 服务器托管安装映射。
客户端，要安装系统的机器。安装开始时，客户端会查询 DHCP 服务器，从 TFTP 服务器中获取引导文件，并从 HTTP、FTP 或者 NFS 服务器下载安装映象。

PXE的模式

PXE装机有legacy、UEFI两种模式，又细分为IPV4 legacy、IPV4 UEFI、IPV6 legacy、IPV6 UEFI。

Legacy模式

传统的引导模式，Legacy引导模式对系统的兼容性比较好，支持32位、64位系统。

Legacy模式使用MBR磁盘格式，它的特点：

系统只能安装在MBR格式磁盘上；
只支持最多4个主分区；
不支持2TB以上的硬盘；
在单一的MBR 中只能存储一个操作系统的引导记录。

Legacy BIOS 最早来自IBM，当时各个厂商都想用自己的标准，这也导致它封闭，神秘，充满各种坑爹预设和祖传代码，也就微软这样的大厂才能勉强统一接口，这也是Legacy将被取代的重要原因。

UEFI模式

目前主流的引导模式，相较于Legacy， UEFI的可编程性更好，可扩展性更好，性能更高，安全性更高。UEFI模式使用GPT磁盘格式（GUID分区表），它的特点：

系统只能安装在GPT格式磁盘上；
GPT支持最多128个分区；
GPT突破2TB限制，支持最高18EB；
UEFI提供安全引导功能，防止病毒在引导时加载；
UEFI BIOS图形界面更直观，交互性更强，支持鼠标操作和多国语言；
开机时没有自检环节，启动速度可以快一点。

启动过程

以legacy引导模式为例，其启动过程需要几个文件：

pxelinux.0：计算机自展引导程序(bootstrap),负责系统引导和启动，作用类似于BIOS，会调用PXE相关配置文件
pxelinux.cfg：文件夹，存放PXE配置文件
vmlinuz： linux的内核文件，可以被引导程序加载，从而启动Linux系统
initrd.img：boot loader initialized RAM disk的缩写，作为根文件系统加载各种模块、驱动、服务等，网卡驱动就包含在该文件中。

具体启动过程如下

客户端(Client)的BIOS支持网卡启动，且网卡具有PXE ROM芯片
服务端(PXE Server)至少有 dhcp，tftp，nfs服务且为开启状态；
BIOS通过PXE Client调入内存执行
客户机向网络中请求DHCP服务器获取动态IP
DHCP服务器下发IP、引导文件位置、TFTP服务器地址
客户端向tftp.server请求bootstrap文件，tftp.server收到请求向客户端发送bootstrap文件 –>pxelinux.0
客户端收到pxelinux.0文件后执行文件
根据执行文件向tftp.server请求pxelinux.0的配置文件pxelinux.cfg（tftpboot/pxelinux.cfg/default，配置文件包含vmlinux、initrd.img、ks文件位置信息）
客户机读取default文件，等待用户选择安装系统后，客户端向tftp.server发出提供内核文件vmlinuz和根文件系统initrd.img请求
tftp.server收到客户端请求，提供vmlinuz和initrd.img
客户端收到文件，启动内核映像文件，内核挂载initrd.img，并执行挂载各种各样的模块。

题外话
由于PXE仅支持tftp协议，仅支持tftp传输数据，性能差，灵活性也差，于是有了gpxe这个项目。
gpxe是一种兼容pxe的实现，并且在pxe之上增加了许多特性，例如通过http/ftp等协议传输数据。
gpxe原先使用的域名的拥有者突然收回了该域名的使用权，于是这些人fork出去做了ipxe，gpxe现在已经不再开发，ipxe开发非常活跃。
具体可以参考 https://groups.google.com/g/ustc_lug/c/P2jOQ5F4EKY?pli=1