PXE启动原理以及与普通Linux启动的对比

关于PXE部署的详细配置的文章已经有不少了，这篇文章主要讲一下PXE启动的原理以及PXE启动和普通Linux启动的对比。

一、PXE启动原理：

原理图如下：


DHCP的用途是：提供client network参数和TFTP服务器的地址，最初的bootstrap程序（即DHCP或BootP等）和所需的程序。
首先，PXE client端（BIOS里面的PXE固件）广播一个DHCPDISCOVER的包，它询问所需的网络配置以及网络启动的参数。标准DHCP服务器（非PXE enabled）将回复一个普通的DHCPOFFER包，其中包含网络信息（如IP地址），但并不能提供PXE相关参数，因此PXE Client并不能启动。而PXE enabled的DHCP服务器所回复的DHCPOFFER包里则包含PXE相关信息。
在解析一个PXE enabled的DHCP服务器返回的DHCPOFFER包后，PXE client就能够设置自己的IP地址、IP Mask等等，并且指向网络上的启动资源，比如TFTP服务器上的vmlinuz文件和initrd文件。
然后PXE client就通过TFTP下载这些启动资源到自己的内存中；如果是UEFI Secure Boot（而不是Legacy的BIOS）则还会检验一下这些启动资源。下载完成后就会用这些资源来启动了。
这些启动资源其实就是最小的操作系统（比如WindowsPE，又比如一个basic Linux kernel+initrd）。这个最小操作系统在装载了网络驱动和TCP/IP协议栈之后，就会开始boot或者install完整的操作系统了。而这个boot或install的过程，就不再通过TFTP来做，而是通过更加健壮的网络传输协议（如HTTP、CIFS、iSCSI或NFS）来做。而boot或者install所用到的实体，比如磁盘或者CD-ROM，是位于远端的，因此需要通过网络传输协议来做。


二、PXE启动过程和普通的Linux系统启动过程的对比：

1. 内核引导之前的不同：
普通的从硬盘启动Linux系统最初是BIOS将MBR加载入内存，然后将控制权交给MBR中的bootloader程序（如GRUB），bootloader程序经过几个stage的加载后，最后将vmlinuz加载入内存，开始内核引导；
而PXE的启动过程在内核引导之前，是由BIOS中的PXE固件开启NBP程序（比如DHCP的网络通信），然后下载vmlinuz和initrd，之后再进入内核启动过程。

2. 内核引导之后的不同：
vmlinuz和initrd运行得差不多了之后，普通的硬盘Linux启动就从本地硬盘加载/sbin/init并运行为1号进程，以及启动系统服务等等，而PXE的启动在内核引导完成之后，仍然会通过网络的方式（但不是TFTP协议，而是其他更加健壮的协议如NFS、iSCSI等），加载真正的完整操作系统，如/sbin/init应该就是位于网络远端的硬盘上。

以iSCSI为例，网络远端的硬盘以iSCSI协议挂载到了当前机器，就好像是本地磁盘一样。这就是PXE+iSCSI的启动方式了。


参考文献： 

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Preboot_Execution_Environment

2. http://blog.csdn.net/nirendao/article/details/75949536

3. http://backreference.org/2013/12/23/diskless-iscsi-boot-with-pxe-howto/