搭建基于Ubuntu Server的PXE自動安裝環(huán)境的實用指南
Ubuntu 在不斷進化，從 20.04 開始，Ubuntu 決定更新實時服務器安裝程序，只用 Subiquity 就能完全完成操作系統(tǒng)及附加程序的自動安裝。以前用的 kickstart、debian-installer 都不是 Ubuntu 自家技術，用起來也不是很方便。
同時，PXE 技術雖然出來很久了，但是整個安裝過程還不是特別順暢，隨著 Ubuntu 升級到 20.04，使用 cloud-init 安裝配置實現(xiàn) Subiquity 參數(shù)的自動填寫，整個過程變得些微優(yōu)雅起來，讓我有較大興趣嘗試使用 PXE 安裝 Ubuntu 20.04 Server。
本文，我想講的是在 Ubuntu 20.04 Server 上搭建一套自動安裝 Ubuntu 20.04 Server 的部署環(huán)境，其主要內(nèi)容有兩部分：
- 使用 PXE 自動從網(wǎng)絡加載安裝程序，發(fā)起安裝。
- 使用 Ubuntu 的自動安裝功能，自動加載 cloud-init 安裝配置，完成操作系統(tǒng)的自動選擇。
第一部分所有操作系統(tǒng)應該都是一樣的，第二部分和 Ubuntu 20.04 版本緊密相關，其他的操作系統(tǒng)需要考慮其他方法。
PXE 安裝流程
PXE（預啟動執(zhí)行環(huán)境）的實現(xiàn)依賴于網(wǎng)卡，只有支持 PXE 客戶端的網(wǎng)卡才能實現(xiàn)網(wǎng)絡自動安裝。這種網(wǎng)卡實現(xiàn)了 DHCP 客戶端和 TFTP 客戶端，在 BIOS 的引導下通過 DHCP 協(xié)議自動分配 IP 地址，通過 TFTP 獲取最小內(nèi)核，然后在最小內(nèi)核環(huán)境下通過 HTTP 協(xié)議或 NFS 協(xié)議獲取 Ubuntu 安裝版本。之后最小內(nèi)核引導進行 Ubuntu 20.04 的安裝。
下圖是詳細的安裝流程。
上圖有幾個前提：
- 網(wǎng)卡支持 PXE，今年新出的網(wǎng)卡基本都支持，同時 BIOS 的啟動項也要配置，請大家自行研究。
- UEFI 啟動才會請求
bootx64.efi，如果是傳統(tǒng)啟動模式），那么 PXE 客戶端會請求pxelinux.0。 - 可以采用 nfsboot 方式，這個流程采用的是 ISO 鏡像下載再安裝的方式。
安裝必須的服務端軟件
- 安裝 DHCP、TFTP 服務器。
dnsmasq同時實現(xiàn)了 DHCP、TFTP、DNS 三種服務器- sudo apt-get install dnsmasq
- 安裝 HTTP 服務器
HTTP 服務器有很多，大家可以使用自己的熟悉的服務器如 Nginx，這里使用的是apache2
- sudo apt-get install apache2
準備啟動文件
- 下載 UEFI 引導文件：
shim.signed、grub-efi-amd64-signedapt-get download shim.signedapt-get download grub-efi-amd64-signed
- 下載 Ubuntu 20.04 Server ISO 鏡像
直接去官網(wǎng)下載，我下載的是
ubuntu-20.04.2-live-server-amd64.iso，需要注意的是只有 Live 版本才能支持 subiquity。
創(chuàng)建 TFTP 文件夾
TFTP 文件夾是 TFTP 服務的根目錄，PXE 啟動過程中下載的文件都存在在該目錄中：
tftp├── boot│ └── live-server│ ├── initrd│ └── vmlinuz├── grub│ ├── bootx64.efi│ ├── font.pf2│ └── grub.cfg└── grubx64.efi
說明：
bootx64.efi、grubx64.efi引導程序來自shim.signed安裝包grub.cfg自行創(chuàng)建- 其他文件來自 Ubuntu 安裝包
- 這五個文件是需要的，但是目錄結(jié)構(gòu)是自行創(chuàng)建的，大家可以根據(jù)自己的喜好修改
創(chuàng)建目錄
在 /home/mine（可根據(jù)實際情況修改）目錄下創(chuàng)建 tftp 目錄：
mkdir /home/mine/tftpmkdir /home/mine/tftp/grubmkdir /home/mine/tftp/bootmkdir /home/mine/tftp/boot/live-server
獲取引導文件
- 在安裝包下載目錄創(chuàng)建一個
shim文件夾 - 解壓
shim安裝包到shim文件夾：dpkg -x <%剛才下載的shim.signed 安裝包包名%> shim - 解壓 grub 安裝包到
grub文件夾 - 拷貝引導文件到
tftp目錄
cp ./sgrub/usr/lib/grub/x86_64-efi-signed/grubnetx64.efi.signed /home/mine/tftp/grubx64.eficp ./shim/usr/lib/shim/shimx64.efi.signed /home/mine/tftp/grub/bootx64.efi
獲取內(nèi)核鏡像文件
- 在下載目錄掛載 ISO 文件
sudo mount ubuntu-20.04.2.0-desktop-amd64.iso /media
系統(tǒng)會提示只讀，不影響使用。
mount: /media: WARNING: device write-protected, mounted read-only.
- 拷貝內(nèi)核鏡像文件
cp /media/casper/initrd /home/mine/tftp/boot/live-servercp /media/casper/vmlinuz /home/mine/tftp/boot/live-server
- 拷貝 grub 文件
grub.cfg拷貝過來做個參考，內(nèi)容會被全部修改掉。cp /media/grub/font.pf2 /home/mine/tftp/grubcp /media/grub/grub.cfg /home/mine/tftp/grub
配置 dnsmasq
關鍵配置有以下幾個：
- 配置 DHCP 地址段
- 配置引導文件目錄
- 配置 tftp 根目錄
- 配置日志路徑
- 配置服務網(wǎng)卡，多網(wǎng)卡機器需關注
# 配置外網(wǎng) DNS 服務器地址server=114.114.114.144# 指定服務的網(wǎng)卡interface=enp2s0,lo# 綁定端口bind-interfaces# 設置 DHCP 分發(fā) IP 端范圍、地址掩碼、IP 地址有效時間dhcp-range=192.168.1.100,192.168.1.150,255.255.255.0,12h# 指定網(wǎng)關地址# 和安裝無關，應該可以不配置dhcp-option=3,192.168.1.9# 指定 DNS 服務器地址# 和安裝無關，應該可以不配置dhcp-option=6,114.114.114.114# 設置引導程序相對 tftp 根目錄的路徑dhcp-match=set:efi-x86_64,option:client-arch,7dhcp-boot=tag:efi-x86_64,grub/bootx64.efi# 啟用 tftp 服務enable-tftp# 設置 tftp 根路徑tftp-root=/home/mine/tftp# 設置日志路徑log-facility=/var/log/dnsmasq.log
修改配置后，重啟 dnsmasq 服務才能生效。
創(chuàng)建 HTTP 文件夾
Apache2 的默認服務根目錄是 /var/www/html，在其下創(chuàng)建目錄：
html/├── autoinstall│ ├── meta-data│ └── user-data├── index.html└── iso└── ubuntu-20.04.2-live-server-amd64.iso
說明：
autoinstall目錄存放參數(shù)自動配置文件，user-data、meta-data是cloud-init 要求的文件名iso目錄存放操作系統(tǒng)鏡像文件
創(chuàng)建目錄
mkdir /var/www/html/autoinstallmkdir /var/www/html/iso
拷貝 ISO 文件
到下載目錄拷貝 ISO 文件：
cp ubuntu-20.04.2-live-server-amd64.iso /var/www/html/iso
創(chuàng)建參數(shù)自動配置文件
先創(chuàng)建空文件，meta-data 無需修改，user-data 后續(xù)會詳細描述配置。
touch /var/www/html/autoinstall/user-datatouch /var/www/html/autoinstall/meta-data
配置 grub.cfg
if loadfont /grub/font.pf2 ; thenset gfxmode=autoinsmod efi_gopinsmod efi_ugainsmod gfxtermterminal_output gfxtermfiset menu_color_normal=white/blackset menu_color_highlight=black/light-grayset timeout=5menuentry "Ubuntu server 20.04 autoinstall" {set gfxpayload=keeplinux /boot/live-server/vmlinuz root=/dev/ram0 ramdisk_size=1500000 ip=dhcp url='http://192.168.1.9/iso/ubuntu-20.04.2-live-server-amd64.iso' autoinstall ds=nocloud-net\;s=http://192.168.1.9/autoinstall/ ---initrd /boot/live-server/initrd}
menuentry 之前是配置樣式，也可以刪除，重點關注 menuentry "Ubuntu server 20.04 autoinstall" 內(nèi)的配置：
- 指定鏡像文件相對于
tftp根目錄的路徑/boot/live-server/initrd root=/dev/ram0 ramdisk_size=1500000為了指定內(nèi)核鏡像掛載空間，是否可刪除我不確定ip=dhcp指定內(nèi)核鏡像掛載后使用 DHCP 獲取 IP 地址url=指定 ISO 文件的網(wǎng)絡存放路徑autoinstall ds=nocloud-net\;s=http://192.168.1.9/autoinstall/ ---該配置指明參數(shù)自動填寫，并指明配置文件所在路徑
坑
網(wǎng)上很多文章配置是這么寫的 ds=nocloud-net;s=http://192.168.1.9/autoinstall/，我試了很多次，都沒有自動安裝。
在網(wǎng)上查到，由于 UEFI 啟動使用了 grub，它將 ; 識別為了特殊字符，所以要在 ;前加 \ 轉(zhuǎn)義。
配置 user-data
#cloud-configautoinstall:version: 1# 修改apt 服務地址apt:primary:- arches: [default]uri: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntuuser-data:# 配置時區(qū)timezone: Asia/Shanghai# 去使能 root賬號disable_root: true# 配置用戶identity:hostname: ubuntu-serverpassword: "yours"username: ubuntu# 配置鍵盤keyboard: {layout: us, variant: ''}locale: en_US.UTF-8# 配置代理proxy: http://192.168.1.112:3128# 默認安裝ssh serverssh:install-server: true# 指定安裝的包packages:- net-tools- python3-pip# 配置磁盤分區(qū)storage:grub:reorder_uefi: Falseconfig:- {ptable: gpt, path: /dev/sda, wipe: superblock-recursive, preserve: false, name: '',grub_device: false, type: disk, id: disk-sda}- {device: disk-sda, size: 536870912, wipe: superblock, flag: boot, number: 1,preserve: false, grub_device: true, type: partition, id: partition-0}- {fstype: fat32, volume: partition-0, preserve: false, type: format, id: format-0}- {device: disk-sda, size: -1, wipe: superblock, flag: '', number: 2,preserve: false, type: partition, id: partition-1}- {fstype: ext4, volume: partition-1, preserve: false, type: format, id: format-1}- {device: format-1, path: /, type: mount, id: mount-1}- {device: format-0, path: /boot/efi, type: mount, id: mount-0}
說明：
- 密碼需要加密，可以先用工具對自己的密碼進行加密后填入
- 代理不是必須的配置，與網(wǎng)絡拓撲有關
- 磁盤分區(qū)配置要注意，配置不對會導致自動安裝走不下去，提示 crash；這個配置的整體思路是先格式化
disk-sda，然后在disk-sda下劃分/dev/sda1、/dev/sda2，然后分別掛載/、/boot/efi目錄 - 安裝過程日志在
/var/log/installer/，如果安裝失敗可以通過nc等工具實時發(fā)出去
網(wǎng)絡拓撲
- 我在電腦上搭建了 DHCP、TFTP、HTTP 三種服務
- 我在代理機上搭建了 squid，作為 HTTP 代理
- 目標機器不能上網(wǎng)，三臺機器在同一個局域網(wǎng)
配置靜態(tài) IP
在服務機開始服務前，需要在提供服務的網(wǎng)卡上配置靜態(tài) IP，Ubuntu 20.04 配置 netplan 即可，參考以下配置修改文件 /etc/netplan/00-installer-config.yaml，修改完成后執(zhí)行 netplan apply 配置即可生效。
# This is the network config written by 'subiquity'network:ethernets:enp2s0:addresses:- 192.168.1.9/24gateway4: 192.168.1.1nameservers:addresses:- 114.114.114.114search:- 114.114.114.114
鳴謝
- 文章的基石來自 Grffion，沒有這篇文章我會摸索更長時間
- 這篇 askubuntu 的討論 解決了坑
- user-data 磁盤分區(qū)配置來自 小崔
