QEMU下的PXE启动

Archwiki 介绍

Youtube 介绍

B 站介绍

参考博客

KVM, libvirt 的关系

  • KVM, Kernel-based Virtual Machine, 是 Linux 内核的一部分
  • libvirt 是一个开源的虚拟化管理工具集，提供了用于管理虚拟化平台的 API 和工具

可就是说 libvirt 是用于管理虚拟化的.

iso9660 文件类型

ISO 9660 文件系统定义了一种在光盘上组织和存储文件的结构.

在 Linux 系统上, 挂载一个 iso9660 文件, 如:

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mount -t iso9660 -o loop,ro Fedora-Server-dvd-x86_64-38-1.6.iso /var/www/html/pxe/fedora38

-t (type) 指定文件系统类型.

-o (options) 指定挂载的参数, loop 选项表示将文件作为块设备挂载，ro 选项表示以只读模式挂载

挂载之后可以查看其目录结构:

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[root@bastion-server fedora38]# ls
boot  Fedora-Legal-README.txt  LICENSE     Packages
EFI   images                   media.repo  repodata

PXE 启动的组件和流程

PXE, Preboot eXecution Environment, 提供了一种通过网络引导计算机启动的方式. 使用 PXE, 计算机可以从网络上的服务器获取操作系统镜像, 并在启动时通过网络进行引导, 而不是从本地硬盘或其他存储设备引导。

需要的组件:

  • TFPT Server
  • DHCP Server
  • Kickstart and Media server

需要 NIC 支持 PXE 操作. 也需要在 BIOS 中开启.

Wake On LAN 是 PXE NICs 的另一个 feature.

PXE 可以用于 diskless 的主机 (即没有磁盘).

PXE 的具体工作过程为:

也就是说:

  • TFTP Server 提供 bootstrap 文件, 以及要安装的系统的 initrd.img 和 vmlinuz 文件
  • DHCP Server 提供 ip 分配以及 TFTP 的 ip 和引导文件的路径
  • Kickstart and Media server 提供系统的自动安装以及自定义脚本, Media server 如 httpd, 提供 iso 文件

正常情况下, 一个 Linux 系统安装完成之后, 其启动流程为:

  1. BIOS 自检
  2. 读取引导程序
    1. GRUB (一段固定的可执行代码)
    2. BIOS 执行引导程序
    3. 引导程序读取配置文件 /boot/grub/grub.conf

因此 PXE 启动的具体流程为:

  1. 客户端启动系统, 选择从网卡启动
  2. 从 DHCP 服务器中获取到 IP 地址等信息
  3. 获取 tftp server 以及网络引导程序 pxelinux.0 的位置
  4. 通过网卡读取 tftp server 上的 pxelinux.0 文件到内存中
  5. 在内存中执行引导程序
  6. 读取引导程序的配置文件

DHCP 服务器介绍

TFTP 服务器介绍

Kickstart 介绍

用 QEMU 实验 PXE 启动

结构为:

System type Hostname IP Address
DHCP/TFTP/HTTP Server pxe-test.net 192.168.177.2
Kickstart Server pxe-test.net 192.168.177.2
Virtual Machine deployed via PXE vm-test.net Assigned by DHCP Server

创建 Virtual Network

需要创建一个不含 DHCP 功能的网桥, 便于让自己架设的用于 PXE 启动的 DHCP 服务器分配 IP.

需要用到 bridge-utils 包, Archlinux 下的安装为:

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sudo pacman -S bridge-utils

编写 libvirt 网络定义文件:

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vim br-pxe-net.xml

内容如下:

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<network>
  <name>br-pxe</name>
  <forward mode='nat'>
    <nat>
      <port start='1024' end='65535'/>
    </nat>
  </forward>
  <bridge name='br-pxe' stp='on' delay='0'/>
  <ip address='192.168.177.1' netmask='255.255.255.0'>
  </ip>
</network>

libvirt 网络定义文件语法
可查阅官方文档

用刚才定义的文件创建网络接口:

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sudo virsh net-define --file br-pxe-net.xml

让网络接口自动启动:

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sudo virsh net-autostart br-pxe

启动网络接口:

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sudo virsh net-start br-pxe

查看网络接口:

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sudo virsh net-list
brctl show

让网络接口 UP:

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sudo ip link set dev br-pxe up

打开防火墙:

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sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s31f6 -s 192.168.78.1/24 -j MASQUERADE

创建堡垒虚拟机 (DHCP 和 TFPT, HTTPD 服务器)

在宿主机上需要使用 virt-builder 命令.

Archlinux 下的安装为:

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sudo pacman -S guestft-tools

列出可用的 OS templates:

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sudo virt-builder -l

使用一个 Fedora 的模板:

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sudo virt-builder fedora-38  --format qcow2 \
  --size 30G -o /var/lib/libvirt/images/kvm-bastion-server.qcow2 \
  --root-password password:StrongRootPassw0rd

这里:

  • fedora-38 指定要用哪一个模板创建虚拟机
  • /var/lib/libvirt/images/kvm-bastion-server.qcow2 是存放 VM qcow2 的路径
  • StrongRootPassw0rd 是设置的密码
    (此时还没有安装虚拟机)

安装虚拟机:

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sudo virt-install \
  --name kvm-bastion-server \
  --ram 2048 \
  --vcpus 2 \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/kvm-bastion-server.qcow2 \
  --os-type linux \
  --os-variant rhel8.0 \
  --network bridge=br-pxe \
  --graphics none \
  --serial pty \
  --console pty \
  --boot hd \
  --import

进入虚拟机后注意修改 root 密码, 毕竟之前指定了明文:

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[root@fedora ~] passwd

查看 IP 地址:

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[root@fedora ~] ip ad

可以发现并未分配 IP, 因为此时关闭了原来的 DHCP 服务.

添加 IP:

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[root@fedora ~] nmcli con show
[root@fedora ~] nmcli con mod enp1s0 \
  ipv4.method manual \
  ipv4.address 192.168.177.2/24 \
  ipv4.gateway 192.168.177.1 \
  ipv4.dns 192.168.177.1 \
  connection.autoconnect yes

(注意这里不一定叫 enp1s0, 看 nmcli con show 的输出)

重新启用网络接口:

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[root@fedora ~] nmcli con down enp1s0 && sudo nmcli con up enp1s0
[root@fedora ~] nmcli con show

设置堡垒机的 hostname:

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[root@fedora ~] hostnamectl set-hostname pxe-test.net

设置时区:

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[root@fedora ~] timedatectl set-timezone Asia/Shanghai
[root@fedora ~] chronyc sources

若在宿主机上想要让这个虚拟机每次自动开启:

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sudo virsh autostart kvm-bastion-server

配置 DHCP 服务

进入安装的 fedora 虚拟机, 之后先安装一些基本的软件:

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[root@fedora ~] dnf -y upgrade
[root@fedora ~] dnf -y install git vim wget curl bash-completion tree tar libselinux-python3 firewalld

重启虚拟机:

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[root@fedora ~] reboot

安装 DHCP server:

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[root@fedora ~] dnf -y install dhcp-server

备份配置文件:

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[root@fedora ~] mv /etc/dhcp/dhcpd.conf{,.bak}

创建新的配置文件:

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[root@fedora ~] vim /etc/dhcp/dhcpd.conf

文件内容为:

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authoritative;
ddns-update-style interim;
default-lease-time 14400;
max-lease-time 14400;
allow booting;
allow bootp;

    #Default gateway
    option routers                  192.168.177.1;
    #DHCP network broadcast address
    option broadcast-address        192.168.177.255;
    #DHCP network subnet mask
    option subnet-mask              255.255.255.0;
    #IP address of DNS server
    option domain-name-servers      192.168.177.1;
    #Default NTP server
    option ntp-servers              time.google.com;
    #Default domain name 
    option domain-name              "kvmlab.net";

    subnet 192.168.177.0 netmask 255.255.255.0 {
      range 192.168.177.20 192.168.177.50;
      # this is PXE specific
      filename "pxelinux.0";
      #PXE Server IP Address
      next-server 192.168.177.2;
}

enable 并启动 DHCP 服务:

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[root@fedora ~] systemctl enable --now dhcpd
[root@fedora ~] systemctl status dhcpd

开启 DHCPD 的防火墙:

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[root@fedora ~] firewall-cmd --add-service=dhcp --permanent
[root@fedora ~] firewall-cmd --reload

配置 TFTP 服务器

安装 TFTP 和 syslinux 的包:

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[root@fedora ~] dnf -y install tftp-server syslinux

syslinux 包中有一个叫做 pxelinux.0 的文件.

pxelinux.0

pxelinux.0 文件是一个 network boot loader program 且与系统无关, 而普通的 Linux 安装时的引导程序为 grub2(磁盘的零磁道的第一个扇区).

其配置文件位于 pxelinux.cfg 文件夹下, 默认文件名为 default. 修改配置文件可以定制引导菜单.

启动 tftp 服务:

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[root@fedora ~] systemctl enable --now tftp.socket

开启防火墙:

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[root@fedora ~] firewall-cmd --add-service=tftp --permanent
[root@fedora ~] firewall-cmd --reload

将 pxelinux.0 文件以及其他一些 syslinux 下的文件移动到 tftp 服务的根目录下:

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[root@fedora ~] cp /usr/share/syslinux/pxelinux.0 /var/lib/tftpboot/
[root@fedora ~] cp /usr/share/syslinux/{menu.c32,vesamenu.c32,ldlinux.c32,libcom32.c32,libutil.c32} /var/lib/tftpboot/
[root@fedora ~] mkdir /var/lib/tftpboot/pxelinux.cfg

安装和配置 httpd 服务

安装:

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[root@fedora ~] dnf -y install httpd

修改默认端口为 8080:

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[root@fedora ~] vim /etc/httpd/conf/httpd.conf
#Around line 45
Listen 8080

启动 httpd 服务:

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[root@fedora ~] systemctl enable --now httpd

开启防火墙:

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[root@fedora ~] firewall-cmd --add-port=8080/tcp --permanent
[root@fedora ~] firewall-cmd --reload

删除 httpd 的默认欢迎页面并重启服务:

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[root@fedora ~] rm /etc/httpd/conf.d/welcome.conf
[root@fedora ~] systemctl restart httpd

下载 OS installation DVD ISO files

有些 ISO 文件挂载之后缺少 images 目录以及其下的文件, 而 DVD 镜像一般包括这些文件, 参考的博客里下载了以下系统的镜像:

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[root@fedora ~] mkdir pxe_iso_files
[root@fedora ~] cd pxe_iso_files

  • CentOS Stream 8

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    [root@fedora ~] wget http://centos.mirror.liquidtelecom.com/8-stream/isos/x86_64/CentOS-Stream-8-x86_64-latest-dvd1.iso

  • Rocky Linux 8

    1
    [root@fedora ~] wget https://download.rockylinux.org/pub/rocky/8/isos/x86_64/Rocky-8.8-x86_64-dvd1.iso

  • AlmaLinux 8

    1
    wget http://iad.mirror.rackspace.com/almalinux/8.8/isos/x86_64/AlmaLinux-8.8-x86_64-dvd.iso

  • Oracle Linux 8

    1
    wget https://yum.oracle.com/ISOS/OracleLinux/OL8/u5/x86_64/OracleLinux-R8-U5-x86_64-dvd.iso

  • Fedora 36 Server

    1
    wget https://fedora.mirror.liquidtelecom.com/fedora/linux/releases/38/Server/x86_64/iso/Fedora-Server-dvd-x86_64-38-1.6.iso

这里直接上 清华源 下一些也可以.

挂载 ISO 文件到 Web 服务下

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[root@fedora ~] cd pxe_iso_files
[root@fedora ~] ls -l
[root@fedora ~] mkdir /var/www/html/pxe

如挂载 CentOS-Stream-8-x86_64-latest-dvd1.iso:

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[root@fedora ~] mkdir /var/www/html/centos8stream
[root@fedora ~] mount -t iso9660 -o loop,ro CentOS-Stream-8-x86_64-latest-dvd1.iso /var/www/html/centos8stream

挂载其他镜像也是一样的.

查看挂载情况:

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df -hT | grep /var/www/html/pxe

可以在浏览器查看, 访问 192.168.177.2:8080:

将 Linux 内核文件 vmlinuz 以及 initrd.img 文件 (initial RAM disk image) 拷贝到 tftp 服务根目录下的目录中:

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[root@fedora ~] mkdir /var/lib/tftpboot/centos8stream
[root@fedora ~] cp /var/www/html/pxe/centos8stream/images/pxeboot/{initrd.img,vmlinuz} /var/lib/tftpboot/centos8stream

(这些文件会在 pxelinux.0 文件进行引导时使用)

配置 Kickstart

为每个 Linux 发行版都需要编写 Kickstart 的配置:

Kickstart 的配置同样通过 httpd 获取:

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[root@fedora ~] mkdir /var/www/html/ks
[root@fedora ~] vim /var/www/html/ks/centos8stream-ks.cfg

CentOS ks.cfg

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# License agreement
eula --agreed

# Enable graphical installation
graphical

#Base installation source
url --url="http://192.168.177.2:8080/pxe/rockylinux8"

# AppStream installation source
repo --name="AppStream" --baseurl=http://192.168.177.2:8080/pxe/rockylinux8/AppStream

#Network bootproto and hostname
network --bootproto=dhcp --hostname=localhost.localdomain

# Encrypted root password
rootpw --iscrypted replace-me-with-encrypted-password
#rootpw --plaintext root_password_in_clear_text

# System Locale
lang en_US.UTF-8

# Keyboard layout
keyboard --vckeymap=us --xlayouts='us'

#Timezone
timezone Africa/Nairobi --isUtc

# Run the Setup Agent on first boot
firstboot --enable

#Initialize partition tables
ignoredisk --only-use=vda
zerombr
clearpart --none --initlabel

#Single / partion
##autopart
autopart --nohome --nolvm --noboot

#Reboot after installation
reboot

#Packages to install
%packages --ignoremissing --instLangs=en_US.utf8
@^graphical-server-environment
kexec-tools
vim
bash-completion
openssh-clients
selinux-policy-devel
net-tools
bzip2
rsync
dnf-utils
network-scripts
%end

Fedora ks.cfg

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# License agreement
eula --agreed

# Enable graphical installation
graphical

#Base installation source
url --url="http://192.168.177.2:8080/pxe/fedora"

#Network bootproto and hostname
network --bootproto=dhcp --hostname=localhost.localdomain

# Encrypted root password
rootpw --iscrypted replace-me-with-encrypted-password
#rootpw --plaintext root_password_in_clear_text

# System Locale
lang en_US.UTF-8

# Keyboard layout
keyboard --vckeymap=us --xlayouts='us'

#Timezone
timezone Africa/Nairobi --isUtc

# Run the Setup Agent on first boot
firstboot --enable

#Initialize partition tables
ignoredisk --only-use=vda
zerombr
clearpart --none --initlabel

#Single / partion
##autopart
autopart --nohome --nolvm --noboot

#Reboot after installation
reboot

#Packages to install
%packages --ignoremissing --instLangs=en_US.utf8
@Desktop
kexec-tools
vim
bash-completion
openssh-clients
selinux-policy-devel
net-tools
bzip2
rsync
dnf-utils
network-scripts
%end

OpenEuler22 ks.cfg

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# License agreement
eula --agreed

# Enable graphical installation
graphical

#Base installation source
url --url="http://192.168.177.2:8080/pxe/openEuler22"

#Network bootproto and hostname
network --bootproto=dhcp --hostname=localhost.localdomain

# Encrypted root password
# rootpw --iscrypted 123
rootpw --plaintext 123

# System Locale
lang en_US.UTF-8

# Keyboard layout
keyboard --vckeymap=us --xlayouts='us'

#Timezone
timezone Africa/Nairobi --isUtc

# Run the Setup Agent on first boot
firstboot --enable

#Initialize partition tables
ignoredisk --only-use=vda
zerombr
clearpart --none --initlabel

#Single / partion
##autopart
autopart --nohome --nolvm --noboot

#Reboot after installation
reboot

#Packages to install
%packages --ignoremissing --instLangs=en_US.utf8
@^minimal-environment
@standard
%end

配置 PXE 启动

这里就是配置 pxelinux.0:

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[root@fedora ~] vim /var/lib/tftpboot/pxelinux.cfg/default

文件内容如:

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default menu.c32
#default vesamenu.c32
prompt 0
timeout 600
ONTIMEOUT 1

menu title ######## PXE Boot Menu ########
 label 1
 menu label ^1) Install CentOS Stream 8
 menu default
 kernel centos8stream/vmlinuz
 append initrd=centos8stream/initrd.img ip=dhcp inst.repo=http://192.168.177.2:8080/pxe/centos8stream inst.ks=http://192.168.177.2:8080/ks/centos8stream-ks.cfg

 label 2
 menu label ^2) Install Fedora Server
 menu default
 kernel fedora/vmlinuz
 append initrd=fedora/initrd.img ip=dhcp inst.repo=http://192.168.177.2:8080/pxe/fedora inst.ks=http://192.168.177.2:8080/ks/fedora-ks.cfg

需要注意这里的一些路径.

创建一个虚拟机来测试

这里演示用 Virt-Manager 的方式:

创建虚拟机时选择手动安装:

选择 Linux 发行版:

分配资源:

选择安装前配置:

开启用网卡启动:

选择之前创建的网桥:

开始安装:

进入引导:

开始 Kickstart 接管:

基本完成.

Linux
QEMU下的PXE启动
http://example.com/2023/10/19/QEMU下的PXE启动/
作者
Jie
发布于
2023年10月19日
许可协议