Raspberry Pi网络启动全攻略：从零搭建PXE启动环境-优快云博客

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Raspberry Pi网络启动全攻略：从零搭建PXE启动环境

documentation The official documentation for Raspberry Pi computers and microcontrollers 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/doc/documentation

网络启动概述

网络启动（PXE Boot）是一种让设备通过网络加载操作系统的方式，无需依赖本地存储介质。对于Raspberry Pi 3B/4B用户而言，这项技术特别有价值，可以实现：

多台树莓派共享同一系统镜像
集中化管理多台设备
快速部署和恢复系统

硬件准备

所需设备

服务端：一台作为服务器的Raspberry Pi（建议使用3B+或4B型号）
客户端：需要网络启动的Raspberry Pi（3B/3B+/4B）
网络交换机或路由器
网线若干

网络拓扑建议

建议将服务端和客户端置于同一局域网段，避免跨网段带来的复杂配置。对于大规模部署，可以考虑使用千兆交换机提升传输效率。

客户端配置详解

Raspberry Pi 3B特殊配置

由于3B型号出厂时未启用网络启动功能，需要先通过SD卡启动并设置OTP位：

准备一张已安装Raspberry Pi OS的SD卡
在/boot/firmware/config.txt末尾添加：
```
program_usb_boot_mode=1
```
重启设备使设置生效
验证OTP位是否成功设置：
```
vcgencmd otp_dump | grep 17:
```
正确输出应为17:3020000a
重要：完成设置后需移除config.txt中的该行配置

Raspberry Pi 4B配置方法

4B型号的配置更为简便：

运行raspi-config工具：
```
sudo raspi-config
```
选择"Advanced Options" → "Boot Order" → "Network Boot"
重启设备使设置生效
验证启动顺序：
```
vcgencmd bootloader_config
```
确认输出中包含BOOT_ORDER=0xf21

服务端搭建步骤

基础环境准备

创建客户端根文件系统：

sudo mkdir -p /nfs/client1
sudo rsync -xa --progress --exclude /nfs / /nfs/client1

重新生成SSH主机密钥：

sudo chroot /nfs/client1
rm /etc/ssh/ssh_host_*
dpkg-reconfigure openssh-server
exit

网络配置优化

获取当前网络信息：
- 网关地址：ip route | awk '/default/ {print $3}'
- 本机IP：ip -4 addr show dev eth0 | grep inet
- DNS服务器：cat /etc/resolv.conf

配置静态IP：

# /etc/systemd/network/11-eth0.network
[Match]
Name=eth0

[Network]
Address=10.42.0.211/24
DNS=10.42.0.1

[Route]
Gateway=10.42.0.1

DHCP/TFTP服务配置

安装必要软件：

sudo apt install dnsmasq tcpdump nfs-kernel-server

配置dnsmasq：

port=0
dhcp-range=10.42.0.255,proxy
log-dhcp
enable-tftp
tftp-root=/tftpboot
pxe-service=0,"Raspberry Pi Boot"

准备TFTP目录：

sudo mkdir /tftpboot
chmod 777 /tftpboot
cp -r /boot/firmware/* /tftpboot

NFS共享设置

配置exports文件：

echo "/nfs/client1 *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports
echo "/tftpboot *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports

修改客户端cmdline.txt：

root=/dev/nfs nfsroot=10.42.0.211:/nfs/client1,vers=3 rw ip=dhcp rootwait

调整客户端fstab：

echo "10.42.0.211:/tftpboot /boot/firmware/ nfs defaults,vers=3 0 0" | sudo tee -a /nfs/client1/etc/fstab

常见问题排查

客户端无法获取IP地址：
- 检查服务端dnsmasq是否正常运行
- 确认网络连接正常
- 使用tcpdump监控DHCP请求
获取IP后无法加载内核：
- 验证/tftpboot目录权限
- 检查文件是否完整复制
- 查看dnsmasq日志定位问题
内核加载后无法挂载根文件系统：
- 确认NFS服务已启动
- 检查exports配置是否正确
- 验证客户端cmdline.txt中的NFS路径

性能优化建议

对于多客户端环境，考虑使用SSD作为存储介质
在千兆网络环境下，NFS版本建议使用4.1以获得更好性能
可以配置客户端使用overlayfs减少写入操作
定期清理客户端日志防止NFS共享空间被占满

安全注意事项

生产环境中应限制NFS共享的访问IP范围
考虑使用更安全的网络隔离方案
定期更新服务端系统补丁
为不同客户端使用不同的文件系统副本，避免权限冲突

通过以上步骤，您应该能够成功搭建Raspberry Pi网络启动环境。这种方案特别适合教育场景、批量部署或需要频繁更换系统的开发环境。

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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考