系统运维之PXE原理篇

PXE（Preboot eXecution Environment，预启动执行环境）是一种通过网络引导计算机的技术，允许客户端在没有本地存储设备（如硬盘、U盘）的情况下，从远程服务器加载操作系统镜像并启动。

核心原理

PXE基于客户端-服务器架构，依赖以下协议和服务：

• DHCP（动态主机配置协议）：为客户端分配IP地址，并告知TFTP服务器地址和引导文件路径。
• TFTP（简单文件传输协议）：传输轻量级的引导文件（如内核、初始化内存盘）。
• HTTP/NFS（可选）：用于传输大型文件（如操作系统镜像）。
• PXE固件：集成在网卡ROM中的微型程序，负责发起网络引导流程。

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工作流程

1. 客户端初始化PXE

a) 客户端开机时，BIOS/UEFI检测到从网络启动（PXE）后，网卡ROM中的PXE固件被激活。

b) PXE固件初始化网络栈，发送DHCP Discover广播请求（目标IP：`255.255.255.255`，端口：67）。

2. DHCP服务器响应

DHCP服务器收到请求后，返回以下关键信息：

•   客户端IP地址（`yiaddr`字段）
•   TFTP服务器IP（`next-server`字段）
•   引导文件名（如 `pxelinux.0`，通过 `filename` 字段指定）
•   其他选项（如子网掩码、网关）

3. 下载引导文件（TFTP）

• 客户端通过TFTP协议连接到服务器（默认端口：69），下载指定的引导文件（如 `pxelinux.0`）。
• 引导文件通常是 PXE引导加载器（如SYSLINUX的`pxelinux.0`或GRUB的`grubnetx64.efi`）。

4. 加载配置和内核

• 引导加载器从TFTP服务器下载配置文件（如 `pxelinux.cfg/default`），决定启动菜单或自动加载的操作系统。
• 根据配置，客户端继续下载内核（`vmlinuz`）和初始化内存盘（`initrd`），通常仍通过TFTP（或HTTP/NFS）。

5. 启动操作系统

内核加载后，初始化内存盘（`initrd`）中的脚本会挂载远程文件系统（如HTTP/NFS共享的麒麟系统镜像）,最终完成操作系统的启动或安装流程。

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关键组件作用

• DHCP服务器：分配IP地址，指定TFTP服务器和引导文件路径（`next-server`和`filename`字段）。 
• TFTP服务器：传输小文件（引导加载器、内核、`initrd`），基于UDP协议，无认证机制。
• HTTP/NFS服务器：存储大型操作系统镜像，供内核启动后挂载。
• PXE固件：集成在网卡ROM中，实现初始网络通信和文件下载。