使用 PXE + NFS 实现 Linux 无盘启动（Ubuntu / Rocky / Red Hat 通用）

在数据中心、集群环境、教育实验室或大规模节点部署场景中，无盘启动（Diskless Boot）是一种常见且高效的系统启动方式。通过 PXE（Preboot eXecution Environment）结合 NFS 根文件系统（rootfs），客户端无需本地磁盘即可启动 Linux 系统。这不仅降低硬件成本，也方便集中管理与系统统一更新。

本文将介绍如何使用 PXE + NFS 为 Ubuntu / Rocky Linux / Red Hat Enterprise Linux 提供无盘启动能力，包括必要的服务配置、根文件系统准备以及客户端启动流程。

1. 无盘启动的整体架构（PXE + NFS）

无盘启动涉及三个关键阶段：

1.1 DHCP 阶段：引导信息下发

DHCP 服务器向客户端返回：

• TFTP 服务器地址（next-server）
• 启动文件名（pxelinux.0 或 shim/grubx64.efi）

1.2 TFTP 阶段：加载内核与 initramfs

客户端下载：

• Linux 内核（vmlinuz）
• initramfs（initrd.img）
• 启动引导器（pxelinux/grub）

1.3 NFS 阶段：挂载根文件系统

initramfs 中的脚本执行：

• 挂载 NFS 根文件系统
• 切换到根文件系统并启动系统

架构图：

[PXE Client] → DHCP Server → TFTP Server → Kernel/initrd → NFS Root

2. 环境示例

以一台服务器作为统一的 PXE + NFS 提供者：

组件	示例
PXE/NFS 服务器	10.0.0.1
客户端	DHCP 自动分配
Linux 发行版	Ubuntu / Rocky / RHEL

目录结构示例：

/srv/tftpboot/       # TFTP 文件
/srv/nfsroot/ubuntu  # 各发行版 rootfs
/srv/nfsroot/rocky
/srv/nfsroot/rhel

3. 配置 DHCP（ISC DHCP / dnsmasq）

3.1 使用 dnsmasq（推荐）

适用于轻量化 PXE 环境。

安装：

sudo apt install dnsmasq

配置 /etc/dnsmasq.conf：

port=0
dhcp-range=10.0.0.50,10.0.0.150,12h

# PXE 引导文件
dhcp-boot=pxelinux.0,pxeserver,10.0.0.1

# TFTP 服务
enable-tftp
tftp-root=/srv/tftpboot

重启：

sudo systemctl restart dnsmasq

4. 配置 TFTP 并准备 PXE 引导文件

安装 TFTP 服务：

sudo apt install tftpd-hpa pxelinux syslinux-common

确保目录存在：

sudo mkdir -p /srv/tftpboot/pxelinux.cfg

复制启动文件：

cp /usr/lib/PXELINUX/pxelinux.0 /srv/tftpboot/
cp /usr/lib/syslinux/modules/bios/* /srv/tftpboot/

5. 准备内核与 initramfs

以 Ubuntu 为例：

mkdir -p /srv/tftpboot/ubuntu
cp /boot/vmlinuz-$(uname -r) /srv/tftpboot/ubuntu/
cp /boot/initrd.img-$(uname -r) /srv/tftpboot/ubuntu/

RHEL/Rocky：

cp /boot/vmlinuz-<version> /srv/tftpboot/rocky/
cp /boot/initramfs-<version>.img /srv/tftpboot/rocky/

6. 配置 NFS 服务

安装 NFS：

sudo apt install nfs-kernel-server

导出根目录：

/srv/nfsroot/ubuntu *(rw,no_root_squash,no_subtree_check)
/srv/nfsroot/rocky  *(rw,no_root_squash,no_subtree_check)
/srv/nfsroot/rhel   *(rw,no_root_squash,no_subtree_check)

应用配置：

sudo exportfs -a

7. 构建无盘根文件系统（rootfs）

7.1 Ubuntu 使用 debootstrap

sudo debootstrap focal /srv/nfsroot/ubuntu http://archive.ubuntu.com/ubuntu/

必需配置：

echo "ubuntu-client" > /srv/nfsroot/ubuntu/etc/hostname
echo "127.0.1.1 ubuntu-client" >> /srv/nfsroot/ubuntu/etc/hosts

7.2 Rocky / RHEL 使用 dnf --installroot

sudo dnf --releasever=9 --installroot=/srv/nfsroot/rocky groupinstall "Minimal Install"

8. 配置 PXE 启动菜单

编辑 /srv/tftpboot/pxelinux.cfg/default：

DEFAULT menu.c32
PROMPT 0
TIMEOUT 50

LABEL Ubuntu Diskless
    KERNEL ubuntu/vmlinuz
    APPEND initrd=ubuntu/initrd.img root=/dev/nfs ip=dhcp nfsroot=10.0.0.1:/srv/nfsroot/ubuntu rw

LABEL Rocky Diskless
    KERNEL rocky/vmlinuz
    APPEND initrd=rocky/initramfs.img root=/dev/nfs ip=dhcp nfsroot=10.0.0.1:/srv/nfsroot/rocky rw

9. 客户端启动流程验证

在 BIOS/UEFI 中启用 PXE：

• Intel: Network Boot
• ARM: PXE over IPv4

启动流程：

1. DHCP 获取 IP
2. 从 TFTP 下载 pxelinux.0
3. 加载内核与 initrd
4. 挂载 NFS root
5. 进入系统

通过服务器日志验证：

DHCP:

journalctl -u dnsmasq

NFS:

journalctl -u nfs-server

10. 常见问题与排查

问题	原因	解决
PXE-T01: File not found	TFTP 路径错误	检查 tftp-root 和文件名
Kernel panic: unable to mount rootfs	NFS 配置错误	确认 nfsroot 参数、exportfs 设置
DHCP 超时	DHCP 服务未生效	关闭其他 DHCP，检查防火墙

11. 总结

使用 PXE + NFS 实现 Linux 无盘启动，可以显著降低节点成本、提升环境一致性，并简化批量部署。文中示例基于 Ubuntu、Rocky 和 Red Hat，其他发行版亦可按类似方式实现。