网络启动的PXE服务器自举

领域知识

网络启动

工具链

netboot-bootstrap.sh
一个脚本工具，用来自动化安装配置需要的软件和服务。代码仓库地址
- bootloader：pxelinux
- ProxyDHCP：dnsmasq
- TFTP：dnsmasq
- HTTP：python
PXE服务器
通过bootstrap自动化安装的Linux服务器。自动配置所有必须的软件和服务。包含：
- 操作系统：ubuntu server 22.04.1
- 网络：静态IP地址
  注：PXE服务器需要静态IP地址，否则IP变化后，客户端将无法网络启动
- DHCP：dnsmasq
- TFTP：dnsmasq
- iSCSI：targetcli-fb
- HTTP：nginx
- SSH：OpenSSH

前提条件

Wi-Fi路由器
- 能访问internet
- 内置DHCP服务
- LAN的两个空闲网口
个人电脑
- macOS或Linux操作系统
- 有线（或无线）连接到Wi-Fi的LAN
PXE服务器
- BIOS或UEFI支持并配置成网络启动
- 有线连接到Wi-Fi的LAN
- 内存 >= 5GB
  加载ubuntu server 22.04.1的iso需要1.5G内存，cloud-init需要3G内存
- 硬盘 >= 20GB

配置代码

以下均已通过工具自动化配置完毕。这里是对配置内容进行说明，以便需要修改时参考。

netboot-bootstrap.sh

参数
- --server-address CIDR格式，例如192.168.0.6/24
- --server-gateway 例如192.168.0.1
- --server-dns 例如192.168.0.1

配置

以下内容均在dist目录

ProxyDHCP：dnsmasq => services/dnsmasq.conf

	# 禁用DHCP
	port=0
	# 开启日志
	log-dhcp
	# 开启ProxyDHCP
	dhcp-range=192.168.0.255,proxy

TFTP

dnsmasq => services/dnsmasq.conf

	# 设置tftp根目录
	tftp-root="/Users/XXX/homelab/netboot/dist/tftproot"
	# 设置不同硬件启动（BIOS/UEFI）和不同CPU架构（X86-32/64和IA32/64）的bootloader文件
	pxe-service=X86PC,"Boot x86 BIOS",lpxelinux.0
	pxe-service=X86-64_EFI,"PXELINUX (EFI 64)",efi64/syslinux.efi
	pxe-service=IA64_EFI,"PXELINUX (EFI 64)",efi64/syslinux.efi
	pxe-service=IA32_EFI,"PXELINUX (EFI 32)",efi32/syslinux.efi			```

pxe配置 => tftproot/pxelinux.cfg/default

指定内核和启动参数的HTTP地址和路径（运行netboot-bootstrap.sh的个人电脑IP地址是192.168.1.2）

	DEFAULT install
	LABEL install
	  KERNEL http://192.168.1.2:8182/casper/vmlinuz
	  INITRD http://192.168.1.2:8182/casper/initrd
	  APPEND root=/dev/ram0 ramdisk_size=1500000 ip=dhcp url=http://192.168.1.2:8182/ubuntu-22.04.1-live-server-amd64.iso autoinstall ds=nocloud-net;s=http://192.168.1.2:8182/cloud-init/			```

HTTP：python => httproot
PXE服务器的操作系统内核和系统安装配置
- 系统镜像 => ubuntu-22.04.1-live-server-amd64.iso
- 内核 => httproot/casper/{vmlinuxz, initrd}
- cloud-init => httproot/cloud-init{meta-data, user-data}

PXE服务器

以下工具均是在cloud-init的user-data文件中指定安装和配置

网络：静态IP地址

  network:
    version: 2
    ethernets:
      eth0:
        match:
          name: e*
        addresses:
          - 192.168.1.3
        gateway4: 192.168.1.1
        nameservers:
          addresses:
            - 192.168.1.1

DHCP：dnsmasq

安装

	#cloud-config
	autoinstall:
	  packages:
	    [dnsmasq]

配置：暂无

TFTP：dnsmasq

安装

	#cloud-config
	autoinstall:
	  packages:
	    [dnsmasq]

配置：暂无

iSCSI：targetcli-fb

安装

	#cloud-config
	autoinstall:
	  packages:
	    [targetcli-fb]

配置：暂无

HTTP：nginx

安装

	#cloud-config
	autoinstall:
	  packages:
	    [nginx]

配置：暂无

SSH：OpenSSH

安装ssh服务并禁止密码登录，然后配置了公钥。

	#cloud-config
	autoinstall:
	  ssh:
	    install-server: true
	    allow-pw: false
	    authorized-keys:
	      - -----BEGIN OPENSSH PRIVATE KEY-----
	      xxxxxxxxx
	-----END OPENSSH PRIVATE KEY-----

自动化

个人电脑
执行 ./netboot-bootstrap.sh --server-address 192.168.1.3/24 --server-gateway 192.168.1.1 --server-dns 192.168.1.1
PXE服务器
启动并等待自动化安装完成

netboot-bootstrap.sh工作原理简介

大致流程如下：

检查依赖
如果依赖的命令工具不存在，将提示错误后退出

准备发布目录

当前目录下创建dist目录作为发布目录

	dist
	|--services		# dhcp/tftp/http服务的软件和配置的目录，每次执行时清理
	|--tftproot		# tftp文件的根目录，每次执行时清理
	|--httproot		# http文件的根目录，每次执行时清理
	|--download		# 下载文件的保存目录，下载支持断点续传，可以多次反复运行，不清理
	     |--tmp		# 解压/编译等中间过程的临时目录，保留部分软件的中间过程文件

安装bootloader
下载，解压，安装和配置syslinux
安装dhcp和tftp服务
下载，解压，编译，安装和配置dnsmasq
安装http服务
下载，解压，安装ubuntu server live iso，并配置cloud-init
- 网络
  需要输入PXE服务器的静态IP地址（必须指定或运行时提示输出）。网关，DNS默认从本机获取配置。
  也可以在执行时指定参数--server-address（CIDR格式，例如192.168.0.6/24），--server-gateway（例如192.168.0.1），--server-dns（例如192.168.0.1）
- SSH
  默认用户名：ubuntu，密码：ubuntu，执行sudo不需要密码，虽然只允许SSH密钥方式登录，还是建议安装完成后更改密码
  PXE服务器的SSH配置为不允许密码登陆，公钥文件默认：$HOME/.ssh/id_ed25519，如果文件不存在会提示输入文件路径。
  注：因为只允许密钥方式登陆，如果需要使用其他PC管理PXE服务器，需要同步对应的私钥文件，否则无法SSH登陆PXE服务器。
- 解压
  Linux解压iso需要root权限，执行前会提示输入密码
运行dhcp和tftp服务
运行dnsmasq需要root权限，执行前会提示输入密码
运行http服务
服务端口：8182

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