34.10.使用 PXE 进行无盘操作

Intel® 预启动执行环境（PXE）能通过网络启动操作系统。例如，FreeBSD 系统可以通过网络启动，并在没有本地磁盘的情况下运行，使用从 NFS 服务器挂载的文件系统。PXE 支持通常在 BIOS 中提供。要在机器启动时使用 PXE，请在 BIOS 设置中选择“从网络启动”选项，或在系统初始化过程中按下功能键。

为了提供操作系统通过网络启动所需的文件，PXE 设置还需要正确配置的 DHCP、TFTP 和 NFS 服务器，其中：

初始参数，如 IP 地址、可执行启动文件名和位置、服务器名称以及根路径，从 DHCP 服务器获取。
操作系统加载器文件通过 TFTP 启动。
文件系统通过 NFS 加载。

当计算机通过 PXE 启动时，它会通过 DHCP 获取有关从哪里获取初始启动加载程序文件的信息。在主机计算机接收到这些信息后，它通过 TFTP 下载启动加载程序并执行它。在 FreeBSD 中，启动加载程序文件是 /boot/pxeboot。当 /boot/pxeboot 执行后，FreeBSD 内核将被加载，并且 FreeBSD 的其余启动过程将继续，如 FreeBSD 启动过程中所述。

注意
对于基于 UEFI 的 PXE 启动，实际使用的启动加载程序文件是 /boot/loader.efi。请参阅下文的调试 PXE 问题部分，了解如何使用 /boot/loader.efi。

本节介绍如何在 FreeBSD 系统上配置这些服务，以便其他系统可以通过 PXE 启动到 FreeBSD。有关更多信息，请参考 diskless(8)。

当心
如前所述，提供这些服务的系统是不安全的。它应该位于网络的受保护区域，并且不应受到其他主机的信任。

34.10.1. 配置 PXE 环境

本节中的步骤配置了内置的 NFS 和 TFTP 服务器。下一节将演示如何安装和配置 DHCP 服务器。在此示例中，将包含 PXE 用户使用的文件的目录为 /b/tftpboot/FreeBSD/install。确保该目录存在，并且在 /etc/inetd.conf 和 /usr/local/etc/dhcpd.conf 中设置相同的目录名称非常重要。

注意
以下命令示例假设使用 sh(1) shell。使用 csh(1) 和 tcsh(1) 的用户需要启动一个 sh(1) shell 或将命令适应 csh(1) 语法。

创建根目录，该目录将包含一个可以通过 NFS 挂载的 FreeBSD 安装：
```
# export NFSROOTDIR=/b/tftpboot/FreeBSD/install
# mkdir -p ${NFSROOTDIR}
```
通过向 /etc/rc.conf 添加以下行来启用 NFS 服务器：
```
nfs_server_enable="YES"
```
通过向 /etc/exports 添加以下内容来通过 NFS 导出无盘根目录：
```
/b -ro -alldirs -maproot=root
```
启动 NFS 服务器：
```
# service nfsd start
```
通过向 /etc/rc.conf 添加以下行来启用 inetd(8)：
```
inetd_enable="YES"
```

取消注释 /etc/inetd.conf 中的以下行，确保它前面没有 # 符号：

tftp dgram udp wait root /usr/libexec/tftpd tftpd blocksize 1468 -l -s /b/tftpboot

注意
指定的 tftp 块大小（例如 1468 字节）替换了默认的 512 字节大小。有些 PXE 版本需要使用 TCP 版本的 TFTP。在这种情况下，取消注释第二个 tftp 行，其中包含 stream tcp。

启动 inetd(8)：
```
# service inetd start
```
将基本系统安装到 ${NFSROOTDIR} 中，可以通过解压官方归档文件或重新构建 FreeBSD 内核和用户空间来完成（有关更详细的说明，请参考 “从源代码更新 FreeBSD”，但在运行 make installkernel 和 make installworld 命令时不要忘记添加 DESTDIR=${NFSROOTDIR}）。

测试 TFTP 服务器是否正常工作，并能通过 PXE 获取启动加载程序：

# tftp localhost
tftp> get FreeBSD/install/boot/pxeboot
Received 264951 bytes in 0.1 seconds

编辑 ${NFSROOTDIR}/etc/fstab，并创建一个条目以通过 NFS 挂载根文件系统：

# Device                                         Mountpoint    FSType   Options  Dump Pass
myhost.example.com:/b/tftpboot/FreeBSD/install       /         nfs      ro        0    0

将 myhost.example.com 替换为 NFS 服务器的主机名或 IP 地址。在此示例中，根文件系统以只读方式挂载，以防止 NFS 客户端可能删除根文件系统的内容。

为 PXE 启动的客户端机器设置根密码：

# chroot ${NFSROOTDIR}
# passwd

如果需要，通过编辑 ${NFSROOTDIR}/etc/ssh/sshd_config 文件并启用 PermitRootLogin，为 PXE 启动的客户端机器启用 ssh(1) 根登录。该选项在 sshd_config(5) 中有详细说明。
在 ${NFSROOTDIR} 中执行任何其他所需的自定义操作。这些自定义操作可能包括安装软件包或使用 vipw(8) 编辑密码文件。

当从 NFS 根卷启动时，/etc/rc 检测到 NFS 启动并运行 /etc/rc.initdiskless。在这种情况下，/etc 和 /var 需要是内存支持的文件系统，以便这些目录可以写入，而 NFS 根目录保持只读：

# chroot ${NFSROOTDIR}
# mkdir -p conf/base
# tar -c -v -f conf/base/etc.cpio.gz --format cpio --gzip etc
# tar -c -v -f conf/base/var.cpio.gz --format cpio --gzip var

当系统启动时，将创建并挂载 /etc 和 /var 的内存文件系统，并将 cpio.gz 文件的内容复制到其中。默认情况下，这些文件系统的最大容量为 5 兆字节。如果归档文件无法容纳，通常是 /var 存储了二进制包，则可以通过在 ${NFSROOTDIR}/conf/base/etc/md_size 和 ${NFSROOTDIR}/conf/base/var/md_size 文件中输入所需的 512 字节扇区数量（例如，5 兆字节是 10240 扇区）来请求更大的大小。

34.10.2. 配置 DHCP 服务器

DHCP 服务器不必与 TFTP 和 NFS 服务器在同一台机器上，但它需要在网络中可访问。

DHCP 并不是 FreeBSD 基本系统的一部分，但可以通过 net/isc-dhcp44-server Port 或包进行安装。

安装完成后，编辑配置文件 /usr/local/etc/dhcpd.conf。配置 next-server、filename 和 root-path 设置，如下所示：

subnet 192.168.0.0 netmask 255.255.255.0 {
   range 192.168.0.2 192.168.0.3 ;
   option subnet-mask 255.255.255.0 ;
   option routers 192.168.0.1 ;
   option broadcast-address 192.168.0.255 ;
   option domain-name-servers 192.168.35.35, 192.168.35.36 ;
   option domain-name "example.com";

   # TFTP 服务器的 IP 地址
   next-server 192.168.0.1 ;

   # 通过 tftp 获取的启动加载程序路径
   filename "FreeBSD/install/boot/pxeboot" ;

   # pxeboot 启动加载程序将尝试通过 NFS 挂载该目录作为根文件系统
   option root-path "192.168.0.1:/b/tftpboot/FreeBSD/install/" ;

}

next-server 指令用于指定 TFTP 服务器的 IP 地址。

filename 指令定义了 /boot/pxeboot 的路径。使用相对文件名，这意味着路径中不包括 /b/tftpboot。

root-path 选项定义了 NFS 根文件系统的路径。

编辑完成后，通过向 /etc/rc.conf 添加以下行来启用 DHCP 启动：

dhcpd_enable="YES"

然后启动 DHCP 服务：

# service isc-dhcpd start

34.10.3. 调试 PXE 问题

配置并启动所有服务后，PXE 客户端应该能够通过网络自动加载 FreeBSD。如果某个特定客户端无法连接，在该客户端机器启动时，进入 BIOS 配置菜单并确认其设置为从网络启动。

本节描述了一些调试提示，用于在没有客户端能够 PXE 启动时，隔离配置问题的源头。

使用 net/wireshark 软件包和 Ports 来调试 PXE 启动过程中的网络流量，过程如下面的图示所示。
图 1. 使用 NFS 根挂载的 PXE 启动过程
1. 客户端广播 DHCPDISCOVER 消息。
2. DHCP 服务器响应，返回 IP 地址、next-server、filename 和 root-path 值。
3. 客户端向 next-server 发送 TFTP 请求，请求获取 filename。
4. TFTP 服务器响应并将 filename 发送给客户端。
5. 客户端执行 filename，即 pxeboot(8)，然后加载内核。当内核执行时，指定的 root-path 所述的根文件系统通过 NFS 挂载。
在 TFTP 服务器上，查看 /var/log/xferlog，确保 pxeboot 是从正确的位置获取的。测试此示例配置：
```
# tftp 192.168.0.1
tftp> get FreeBSD/install/boot/pxeboot
Received 264951 bytes in 0.1 seconds
```
tftpd(8) 和 tftp(1) 的 BUGS 部分记录了一些 TFTP 的局限性。
确保根文件系统可以通过 NFS 挂载。测试此示例配置：
```
# mount -t nfs 192.168.0.1:/b/tftpboot/FreeBSD/install /mnt
```

对于基于 UEFI 的 PXE 启动，使用 boot/loader.efi 文件替换 boot/pxeboot 文件：

# chroot ${NFSROOTDIR}
# mv boot/pxeboot boot/pxeboot.original
# cp boot/loader.efi boot/pxeboot

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