Ubuntu搭建pxe实现网络安装操作系统

前言

办公室有一台服务器需要安装Centos操作系统。一开始准备用移动硬盘来安装，但是在将操作系统镜像文件写入硬盘映像时会清除移动硬盘里的数据，所以决定使用其他方式来安装。网上搜索了一番，发现可以配置pxe来实现网络安装Centos操作系统，于是决定试一试。

在开始之前，先简单介绍一下pxe的工作原理。pxe(Pre-boot Execution Enviroment，预启动执行环境)是由Intel公司开发的技术，工作于Client/Server的网络模式，支持工作站通过网络从远端服务器下载映像，并由此支持通过网络启动操作系统。在启动过程中，终端要求服务器分配ip地址，再用tftp(trivial file transfer protocol)或mtftp(multicast trivial file transfer protocol) 协议下载pxe引导文件与所要安装操作系统的内核文件，来引导操作系统的安装。

严格来说，pxe并不是一种安装方式，而是一种引导方式。进行pxe安装的必要条件是在安装的计算机中必须包含一个pxe支持的网卡，即网卡中必须要有pxe client。pxe协议可以使计算机通过网络启动。此协议分为client端和server端，而pxe client则在网卡的rom中。当计算机引导时， bios把pxe client调入内存中执行，然后由pxe client将放置在远端的文件通过网络下载到本地运行。运行pxe协议需要设置dhcp服务器和tftp服务器。dhcp服务器会给pxe client（将要安装系统的主机）分配一个ip地址，由于是给pxe client分配ip地址，所以在配置dhcp服务器时需要增加相应的pxe设置。此外，在pxe client的rom中，已经存在了tftp client，那么它就可以通过tftp协议到tftp server上下载所需的文件了。

pxe的工作过程：

pxe client从自己的pxe网卡启动，向本网络中的dhcp服务器获取ip
dhcp服务器返回分配给客户机的ip以及pxe文件的放置位置（该文件一般是放在一台tftp服务器上）
pxe client 向本网络中的tftp服务器获取pxelinux.0文件
pxe client执行pxelinux.0（类似boot loader，是一个开机管理程序）
根据pxelinux.0的执行结果，通过tftp服务器加载内核和文件系统
进入安装画面，开始进行系统安装，所需要的文件可以通过http、ftp、nfs几种方式之一获取（本文通过http来获取）

详细工作流程，参考下面这张图（盗图一张，来源于参考文档1）

pxe工作原理

准备工作

了解了pxe的工作原理，我们大概知道需要做哪些准备工作了。这里的准备工作主要是在pxe服务器端（我用的是一台笔记本电脑，系统是ubuntu14.04）安装相应的服务，并准备好需要的文件。

关闭iptables与Selinux
安装dhcp服务并进行配置
安装tftp服务并进行配置
安装httpd服务并进行配置
准备安装树
准备kick start文件

关闭iptables与Selinux

sudo ufw disable

我的环境中并没有安装Selinux，所以关闭Selinux这步略过

安装dhcp服务并进行配置

sudo apt-get install isc-dhcp-server

我们还需要将服务器的网卡设置成静态ip

sudo vi /etc/network/interfaces

添加eth0的配置

auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.3.2
netmask 255.255.255.0
broadcast 192.168.3.255
gateway 192.168.3.1

之后重启网口（重启除还回口之外的网口）

sudo ifdown --exclude=lo -a && sudo ifup --exclude=lo -a

修改dhcp配置文件

sudo vi /etc/dhcp/dhcpd.conf

在末尾添加

subnet 192.168.3.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.3.10 192.168.3.254;        #地址池范围
    option routers 192.168.3.2;              #dhcp网关地址，这里填写为本机eth0地址
    next-server 192.168.3.2;                 #tftp服务器地址
    filename "pxelinux.0";                   #指定的pxe文件
}

重启dhcp服务

sudo /etc/init.d/isc-dhcp-server restart

看看67端口是否已启用

ss -unl

安装tftp服务并进行配置

sudo apt-get install tftpd-hpa
sudo apt-get install tftp-hpa

修改配置文件

sudo vi /etc/default/tftpd-hpa

配置如下

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/var/lib/tftpboot"
TFTP_ADDRESS=":69"
TFTP_OPTIONS="--secure"
RUN_DAEMON="yes"
OPTION="-l -s /var/lib/tftpboot"

重启tftp服务

sudo /etc/init.d/tftpd-hpa start

看看69端口是否已启用

ss -unl

此外，还需要在tftp目录/var/lib/tftpboot下准备好需要的文件。首先挂载操作系统的镜像文件。

sudo mount -o loop CentOS-6.9-x86_64-bin-DVD1.iso /media/cdrom

进行拷贝

sudo cp /media/cdrom/images/pxeboot/vmlinuz /var/lib/tftpboot/
sudo cp /media/cdrom/images/pxeboot/initrd.img /var/lib/tftpboot/
sudo cp /media/cdrom/isolinux/boot.msg /var/lib/tftpboot/
sudo cp /media/cdrom/isolinux/splash.jpg /var/lib/tftpboot/
sudo cp /media/cdrom/isolinux/vesamenu.c32 /var/lib/tftpboot/

这里简单说明一下这几个文件

vmlinuz：内核文件
initrd.img：内核模块参数
vesamenu.c32：显示图形界面的程序
splash.jpg：图形界面背景图片
boot.msg：提供额外的信息，让使用者了解选项意义

图形界面显示的菜单在isolinux.cfg文件中配置。我们再新建一个pxelinux.cfg目录，将其拷贝到该目录下，重命名为default。

sudo mkdir pxelinux.cfg
sudo cp /media/cdrom/isolinux/isolinux.cfg /var/lib/tftpboot/pxelinux.cfg/default

可以看到，该文件的每一个label都对应图形界面上的一个启动选项。

label linux
  menu label ^Install or upgrade an existing system
  menu default
  kernel vmlinuz
  append initrd=initrd.img
label vesa
  menu label Install system with ^basic video driver
  kernel vmlinuz
  append initrd=initrd.img nomodeset
label rescue
  menu label ^Rescue installed system
  kernel vmlinuz
  append initrd=initrd.img rescue
label local
  menu label Boot from ^local drive
  localboot 0xffff
label memtest86
  menu label ^Memory test
  kernel memtest
  append -

等一等，是不是还少了个最重要的文件。没错，我们还需要pxelinux.0。这个文件需要通过安装syslinux 才能获取到，然后将其拷贝到tftp目录下。

apt-get install syslinux
sudo cp /usr/lib/syslinux/pxelinux.0 /var/lib/tftpboot/

安装httpd服务并进行配置

sudo apt-get install apache2

启动httpd服务

sudo service apache2 start

查看httpd服务状态

sudo service apache2 status

准备安装树

安装树是一个目录，包括了完整的系统安装文件和相关程序。我们之前下载好的Centos镜像文件，进行挂载后（目录为/media/cdrom）就可以作为安装树。同时，我们需要httpd服务来向外提供安装树，因此需要把安装树放在httpd服务路径/var/www/html目录下。

sudo mount --bind /media/cdrom/ /var/www/html/centos6.9/

准备kick start文件

相信大家都有过不少安装操作系统的经验了。在安装系统的时候，安装程序会与我们进行交互，要求我们完成很多设定，比如区域，语言，时间，用户名密码以及磁盘分区等。那么有没有可能安装程序自动完成这些设定而不需要与我们进行交互呢？答案是肯定的，通过kick start可以实现。我们可以把我们想要的设定预先保存在一个kick start文件中，当安装程序需要完成系统的各种设定时，它不再与我们进行交互，而是直接读取kick start文件中的配置。ubuntu系统下，通过system-config-kickstart来生成kick start文件。

安装system-config-kickstart

sudo apt-get install system-config-kickstart

使用system-config-kickstart进行配置

system-config-kickstart &

配置界面如下

kickstart配置界面1

在安装方法中，我们选择http，http服务器地址填写为之前配置的静态ip地址，目录填写安装树的目录。

kickstart配置界面2

其余配置可以借鉴参考文档2

配置好以后，我们把这些配置保存成文件ks.cfg，放在/var/www/html/目录下。生成的ks.cfg文件内容如下

#Generated by Kickstart Configurator
#platform=x86

#System language
lang en_US
#Language modules to install
lang en_US
#System keyboard
keyboard us
#System mouse
#mouse
#System timezone
timezone Asia/Shanghai
#Root password
rootpw --iscrypted $1$Cl5Hj3DM$YK2YmnSGhWlS3Ikoll2jf.
#Initial user
#user xxk --fullname "xxk" --iscrypted --password $1$hidfUjGt$AGwC0WU3InS1HG5/kRfD41
#Reboot after installation
reboot
#Use text mode install
text
#Install OS instead of upgrade
install
#Use Web installation
url --url http://192.168.3.2/centos6.9
#System bootloader configuration
bootloader --location=mbr 
#Clear the Master Boot Record
zerombr yes
#Partition clearing information
clearpart --all --initlabel 
#Disk partitioning information
part /home --fstype ext4 --size 50000 
part / --fstype ext4 --size 400000 
part /boot --fstype ext4 --size 1000 
part swap --size 2000 
#System authorization infomation
auth  --useshadow  --enablemd5 
#Network information
network --bootproto=dhcp --device=eth0
#Firewall configuration
firewall --disabled 
#Do not configure the X Window System
skipx

需要注意的是，因为我是在ubuntu系统下生成kick start文件，而我要安装的是Centos系统，不同系统的kick start文件会有少许区别。比如我生成的ks.cfg文件中，关于鼠标的设定以及普通用户（非超级用户）的设定在 Centos下就不支持，需要把它们注释掉。

此外，我们还需要告诉安装程序ks.cfg文件的位置。修改/var/lib/tftpboot/pxelinux.cfg/default，第一个label下， append initrd=initrd.img后面增加ks=http://192.168.3.2/ks.cfg

label linux
  menu label ^Install or upgrade an existing system
  menu default
  kernel vmlinuz
  append initrd=initrd.img ks=http://192.168.3.2/ks.cfg

安装过程

硬件环境
修改bios
开始安装

硬件环境

将pxe服务器端（一台笔记本电脑）和pxe客户端（待安装Centos的一台服务器）连接在同一个子网内。最简单的办法是使用hub，但是由于办公室里面没有hub，只有无线路由器，于是将笔记本和服务器都用网线连接到路由器，这样也可以保证它们在一个子网内。

现在的无线路由器都自带了dhcp的功能，按道理应该需要将路由器的dhcp关闭。但是我没有关闭路由器的dhcp服务（因为不知道路由器admin账号的密码），也并没有影响。

修改bios

修改待安装Centos系统的服务器的bios，将启动方式改为从网络启动。（并不是所有bios都支持这种启动方式，如果不支持，那么就不能通过网络进行安装）。

开始安装

修改bios后，重启待安装系统的服务器，出现安装界面，选择第一项，后面的整个安装过程就不需要我们干预了，我们就可以去做别的事情了。等整个安装过程结束，系统会自动重启，我们再进入bios，把启动方式修改为从硬盘启动，整个安装过程就结束了。如果我们有多台电脑需要安装同样的操作系统，那么我们配置好pxe服务器端以后，只要保证待安装系统的电脑处于同一子网内，这些电脑就会自动进行下载，安装，大大减轻了工作量。

安装过程中出现的图形界面（网上找了一张Centos6.5的界面，6.9的和这类似）

图形界面

遇到的问题

其实和本文所讲的内容没有关系。我之前在办公室台式机上搭建了一个octopress环境，在那上面写博客，现在想在笔记本上也搭一个octopress。安装好octopress和相关组件后，运行rake setup_github_pages将远端仓库origin 关联到我github上的repo。此时运行git branch -a，并不能看到我github上repo里面的两个分支。

运行命令
```
git fetch origin
```
可以将远端仓库origin的分支同步到本地，再用命令git branch -a，就可以看到origin仓库的远端分支了。再将远端分支与本地分支关联起来。
```
git branch -u origin/master master
git branch -u origin/source source
```
这样就可以进行git pull，git push等操作了。

参考文档

[1]http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/109074.htm
[2]http://linuxme.blog.51cto.com/1850814/871839
[3]http://www.tuicool.com/articles/meM7Nb
[4]http://linux.vbird.org/linux_enterprise/0120installation.php

毛盾的博客

step by step.