通过iPXE引导Windows安装

http://dalang.im/post/provision_via_ipxe

Preknowledge

PXE

PXE是Preboot eXecution Environment的简称，又称为预执行环境, 通过PXE我们可以通过网络给计算机安装操作系统。 PXE协议大致上结合了DHCP和TFTP。当计算机通过PXE启动时，通过DHCP查找合适的启动服务器，然后通过TFTP下载初始引导程序和附加文件。 现在的网卡一般都烧了PXE的固件，以支持PXE启动

gPXE

gPXE是PXE的一个开源实现（更早的实现是Etherboot）。通过gPXE能让网卡直接支持网络启动，而不依赖于网卡自带的PXE固件。同时相比PXE，gPXE支持更多的协议。 传统的PXE只能通过TFTP进行传输，而gPXE支持HTTP，iSCSI和ATA over Ethernet（AoE），甚至支持wifi链接。

iPXE

iPXE表示 it doesn't PXE。iPXE是gPXE的原班人马写的（他们从Etherboot开始），作为官方的gPXE的替代品。 gPXE扩展的功能在iPXE中都得到支持。 之所以不再使用gPXE是由于存在版权纠纷，iPXE从2010年4月开始，基于同一个代码库开始开发。

PXELINUX

Syslinux是一个优秀的系统启动加载器(bootloader)，可引导自硬盘、光盘、和通过PXE的网络启动。 PXELINUX派生自Syslinux，用来使支持PXE的网卡从网络引导启动Linux。PXELINUX程序不是烧在网卡里，而是存储在TFTP服务器上。

Chainloading iPXE

可以把iPXE当作固件刷进计算机网卡的ROM里替换掉自带的PXE，但更为常见的是通过chainloading的方式进入iPXE。

通常我们会接触到两种iPXE：iPXE firmware(undionly.kpxe)和iPXE kernel image(ipxe.lkrn)。两者都可以用来作为bootloader引导OS安装程序，iPXE支持的命令和脚本都能在firmware和kernel中使用。 kernel相当于一个linux系统，功能更加完善，比如支持命令行操作，支持initrd等，而firmware更多是作为bootloader来使用。 在bare metal provision的过程中，一般仅利用iPXE的bootloader功能，所以firmware和kernel都能用来加载操作系统安装程序。

下面介绍一下如何进入iPXE方法：

BIOS (burned-in PXE) => PXELINUX => iPXE Kernel (ipxe.lkrn)

当计算机从网络启动时，先从TFTP下载PXELINUX作为bootloader，然后引导进入iPXE kernel。 首先我们需要配置DHCP服务器以让计算机顺利进入PXELINUX 如果是ISC dhcp作为DHCP服务器，在dhcpd.conf文件中添加：

next-server TFTP_server_address;
filename "pxelinux.0";

如果是dnsmasq作为DHCP服务器，在/etc/dnsmasq.d/下的配置文件添加：

dhcp-boot=pxelinux.0

注意 修改dhcp配置文件后，要重启dhcp service使其生效 pxelinux.0是存放在TFTP服务器PXELINUX程序，默认路径是/var/lib/tftp/

PXELINUX会根据pxelinux.cfg下的配置文件进行相应的引导工作。默认情况下PXELINUX按以下规则选择匹配的配置文件。

1. 根据计算机网卡的MAC地址查找配置文件，文件名的格式为以中划线-分割的16进制MAC地址。比如拥有MAC地址为88:99:AA:BB:CC:DD以太网卡（ARP类型为1）的计算机会匹配文件名为01-88-99-aa-bb-cc-dd的配置文件

2. 如果步骤1失败，则会尝试以计算机的IP地址（大写的16进制格式）查找配置文件，比如192.0.2.91对应C000025B配置文件。如果查找失败，会移除最后一位值尝试查找C000025文件，直至查找文件名为C的文件失败。最后会选择名为default(小写)的配置文件。下面这个例子说明拥有MAC地址为88:99:AA:BB:CC:DD以太网卡和192.0.2.91IP地址的计算机，查找PXELINUX配置文件的顺序：

   pxelinux.cfg/01-88-99-aa-bb-cc-dd
   pxelinux.cfg/C000025B
   pxelinux.cfg/C000025
   pxelinux.cfg/C00002
   pxelinux.cfg/C0000
   pxelinux.cfg/C000
   pxelinux.cfg/C00
   pxelinux.cfg/C0
   pxelinux.cfg/C
   pxelinux.cfg/default

PXELINUX配置文件的一个典型的应用是用来设置pxe引导项菜单。

default menu.c32
prompt 0
menu title PXE Boot Menu

timeout 50
f1 help.txt
f2 version.txt

label ipxe-boot
  menu label Using boot.ipxe via iPXE booting
    kernel ipxe.lkrn
    append initrd=boot.ipxe

label boot-else
  menu label Bypass iPXE
    localboot 1

通过上面的配置文件会在引导时出现一个持续5秒的menu，以便选择对应的启动项。 默认进入iPXE kernel，进入后执行boot.ipxe脚本，可以在该脚本中执行chain命令以加载对应的操作系统安装程序。

iPXE界面，通过ctrl-b快捷键开启iPXE command line

BIOS (burned-in PXE) => iPXE firmware (unidonly.kpxe / ipxe.pxe)

假如不需要启动菜单，则可以通过iPXE firmware直接进入iPXE。

Universal Network Device Interface (UNDI) 通用网络驱动接口是支持PXE协议的网卡应用程序接口。 当从burned-PXE chainloading iPXE时，iPXE可以直接使用UNDI而不用加载网卡的硬件驱动。这样iPXE就能控制网卡，即便iPXE并没有该网卡的硬件驱动。

undionly.kpxe中的undionly表示该镜像仅加载UNDI而不加载PXE，后缀kpxe中的k表示keep UNDI。undionly.kpxe会通过UNDI复用网卡自身PXE软件栈的驱动。

与undionly.kpxe相对应的是ipxe.pxe，ipxe.pxe不加载UNDI，也不加载PXE，只能通过iPXE自己实现的硬件驱动来操作网卡。如果该网卡不被iPXE支持，就会出错。

比较常用的是以.pxe和.kpxe结尾的镜像文件，.kkpxe文件表示keep PXE + keep UNDI，常用于BIOS有bug的机子上。还有.kkkpxe文件只在制作ipxelinux.0时才用到。

关于不同后缀名称所表示的意思，可以参见 gpxe_imagetypes 和 When do I use .pxe, .kpxe, and .kkpxe?

需要说明的一点是，理想情况下，undionly.kpxe和ipxe.pxe应该都能正常工作，但有时候，有些网卡用undionly.kpxe可能会失败，而此时用ipxe.pxe可能是可以的。 比如HP 2570p (no network with iPXE undionly.kpxe) but ipxe.lkrn is working. 而又有些网卡用ipxe.pxe会失败，而undionly.kpxe又可以。 这些情况都是有可能发生的。

boot WinPE via iPXE (for Windows Provision)

wimboot

若要给计算机安装Windows，需要先进入WinPE。在官方文档的介绍中，使用wimboot来引导WinPE的.wim镜像。 wimboot能够直接从RAM盘加载WinPE，而不用再占用内存资源。

wimboot提供了一下几个优点：

1. 高速 wimboot支持通过http下载WinPE镜像，而不受限于TFTP。以一个千兆网卡为例，典型200MBWinPE镜像耗时不超过两秒。
2. 高效 wimboot支持Windows复用被RAM盘占用的内存资源，这样就不会造成内存浪费。
3. 易用 wimboot能直接加载.wim镜像文件，不用打包成ISO或FAT文件系统的镜像。

iPXE官方文档Network-booting Windows PE详细介绍了加载WinPE的方法。 关键在于正确设置iPXE的chainload脚本。 以加载Windows ADK生成的标准的WinPE为例，可在iPXE中chain下面的脚本：

# iPXE chainload scripts

#!ipxe
kernel wimboot
initrd ${arch}/media/bootmgr                      bootmgr
initrd ${arch}/media/Boot/BCD                     BCD
initrd ${arch}/media/Boot/Fonts/segmono_boot.ttf  segmono_boot.ttf
initrd ${arch}/media/Boot/Fonts/segoe_slboot.ttf  segoe_slboot.ttf
initrd ${arch}/media/Boot/Fonts/segoen_slboot.ttf segoen_slboot.ttf
initrd ${arch}/media/Boot/Fonts/wgl4_boot.ttf     wgl4_boot.ttf
initrd ${arch}/media/Boot/boot.sdi                boot.sdi
initrd ${arch}/media/sources/boot.wim             boot.wim
boot

上面涉及的WinPE文件都来自.wim镜像文件，连同wimboot程序放在web server的根目录，以便通过http能请求到。

PXELINUX with WinPE ISO

在我们的使用中发现，wimboot引导的方式在不少机型上存在兼容问题。比如有华为的服务器wimboot引导后出现黑屏。 出现这种情况时，可以尝试通过iPXE结合传统的PXELINUX来引导WinPE ISO。workflow则变成iPXE => PXELINUX => WinPE ISO

iPXE => PXELINUX

编写一个iPXE脚本boot.ipxe用于加载PXELINUX

# cat boot.ipxe

#!ipxe
set 209:string pxelinux.cfg/boot_winpe_iso
set 210:string http://:/
chain ${210:string}pxelinux.0

set 209 用于设置PXELINUX的配置文件，如果不指定的话，PXELINUX将通过上面提及的规则寻找自己的配置文件。set 210 配置通过http获取PXELINUX镜像文件时的IP地址和端口号。如果PXELINUX.0存放在TFTP服务器上，则无需配置。

在iPXE中，只要chain boot.pxe文件就可以进入PXELINUX了。

PXELINUX => WinPE ISO

通过设置PXELINUX的配置文件，这里为boot_winpe_iso，可以加载WinPE ISO。

# cat pxelinux.cfg/boot_winpe_iso
default winpe
noescape 1
label winpe
kernel /memdisk
initrd winpe.iso

该boot_winpe_iso通过memdisk来加载WinPE ISO。 此时的winpe.iso只能通过TFTP传输了，不再具备http的优势。 用这种方式进WinPE在兼容性上要好很多，能满足大部分机型。

Reference

• http://en.wikipedia.org/wiki/Preboot_Execution_Environment
• http://en.wikipedia.org/wiki/GPXE
• https://wiki.archlinux.org/index.php/Syslinux
• http://www.syslinux.org/wiki/index.php/PXELINUX
• http://ipxe.org/howto/winpe
• http://ipxe.org/wimboot
• http://etherboot.org/wiki/httpboot
• http://chee-yang.blogspot.com/2011/12/ipxe-boot-ipxe-linux-kernel-via.html
• http://chee-yang.blogspot.com/2011/11/ipxe-formerly-known-as-gpxe-is-open.html