Proxy DHCP サーバで PXE ブート

ずっと PXE ブートはやってみたかったんだけど，すでに（PXE に対応しない）DHCP サーバがあがっている環境なので半ば諦めていた。もう一台 PXE に対応した DHCP サーバを立てるというのも一つの手*1なんだけど，その新規 DHCP サーバが先に応答するという運に依存する部分があるのと，リースする IP アドレス空間をわけなきゃいけないので結局旧 DHCP サーバの設定を変える必要があるということで二の足を踏んでいた。

サブネット切って自分用ローカル環境でやるかなぁと思っていたところ，id:viver さんが Proxy DHCP という素敵なしくみを紹介なさっていた。

というわけで、PXEには3種類ある。

普通のDHCPのやりとりだけど、DHCPOFFERにPXEの拡張オプションが入っている（DHCPサーバーの設定の変更が必要）

DHCPサーバーを動かしているホストでProxyDHCPサーバーを動かす（少しだけDHCPサーバーの設定の変更が必要）

DHCPサーバーとは別のホストでProxyDHCPサーバーを動かす（DHCPサーバーの設定の変更が不要）

PXEには３種類ある - Blog by Sadayuki Furuhashi

1番目は普通の PXE としてもちいられる手段（dhcpd.conf に next-server や filename を書く方法）。2番目と3番目が Proxy DHCP というしくみ。Proxy という名前からすると DHCP シーケンスを proxy するのかなと思いきやそういうわけではなく，PXE にかかわるシーケンスだけ（通常の DHCP サーバと）別のサーバでまかなうという手法。これがそもそも PXE の規格で決まっているらしい。

2番目の方法は，同一ホストに DHCP サーバと Proxy DHCP サーバを共存させる*2方法。だから Proxy DHCP サーバは 4011 という DHCP とは別のポートであがることになる。

そして3番目の方法が，DHCP サーバと Proxy DHCP サーバを別のサーバで立てる方法。まさに今回のような状況のためのもの。Proxy DHCP サーバは DHCP サーバポート（67）と Proxy DHCP ポート（4011）両者に応答する必要が（仕様書にしたがって full spec に実装する場合）ある。

で，id:viver さんは Proxy DHCP を紹介なさるだけではなく，この3番目の Proxy DHCP サーバとして動く実装も作ってらっしゃった。それが pxe-pdhcp（⇒ PXEには３種類ある - Blog by Sadayuki Furuhashi）。

ということで，今回 CentOS 5.3 で pxe-pdhcp を使って PXE ブートをやってみた。

余談: Proxy DHCP サーバでポート 4011 の待ち受けは必須か

仕様書を読むと，3番目の Proxy DHCP でも 4011 ポートを使って PXE Client とやりとりをしなくてはいけないように読める。でも pxe-pdhcp ではそのようになっていない。

ほんとに大丈夫かいなと思って試してみるとうまくいく。で，ソースと仕様書を付き合わせて謎がとけた。

通常，（一般的な DHCP でも）DHCPDISCOVER(C) → DHCPOFFER(S) → DHCPREQUEST(C) → DHCPACK(S) のようなシーケンスをたどる。Proxy DHCP の場合，この DHCPREQUEST(C) 以降で 4011 ポートでやりとりする（ことに仕様書の上ではなっているようだ）。

ところが，仕様書 Table 2-1 PXE DHCP Options によると PXE_DISCOVERY_CONTROL の bit 3 を立てると，最初の DHCPOFFER にブートファイル名（たとえば pxelinux.0）を含めることができる。

なので，pxe-pdhcp は，DHCPOFFER に NBP ファイル名を含めて返し（この時点ではポート 67だ），その後はなにもしない。実際の IP アドレスの割当などは通常の DHCP サーバが REQUEST や ACK などのシーケンスを通じてやってくれる。

pxe-pdhcp のビルド

Proxy DHCPを使ってネットワークブートサーバーを構築する - Blog by Sadayuki Furuhashi のとおり。

TFTP サーバのインストール

CentOS 5では（つまり RHEL 5 も; 以下 RHEL については略） tftp-server というパッケージが用意されている。

PXE を使うためには（PXELINUX で使うためには？）tftp-hpa*3 という実装を利用しなくてはいけない？したほうがよい？という話をどこかで読んだんだけど((たぶん pxeboot の過程ではなくその後のブートストラップ（SYSLINUX）の過程で tsize オプションが必要になるからかも。see PXE ブートメモ | oopsの日記 | スラド))，tftp-server で普通に動いたということは，こいつの実体は tftp-hpa かもしれない*4。

$ sudo yum install tftp-server

CentOS だと tftpd は xinetd 経由で駆動するようになってる。そのへんの設定はあとで。

PXELINUX のセットアップ

元記事だと syslinux tar ball をとってきてビルドしてるけど，CentOS 5 だと syslinux パッケージがインストールされていれば（そしてまず間違いなくインストールされていると思う）そこに含まれている。

/usr/lib/syslinux/pxelinux.0

が，それ。

TFTP サーバで公開するファイルの準備

tftp-server のデフォルト設定は，/tftpboot/ というディレクトリ以下を公開するんで，それをそのまま利用する。まずは先ほどの pxelinux をコピーする。

# cd /tftpboot

# cp /usr/lib/syslinux/pxelinux.0 .

とりあえずの動作確認用に元記事と同じように現在動いているカーネルと initrd をコピーする。

# cp /boot/vmlinuz-`uname -r` .

# cp /boot/initrd-`uname -r` .

# chmod 644 initrd-`uname-r`

# ln -s vmlinuz-`uname -r` vmlinuz

# ln -s initrd-`uname -r` initrd.img

CentOS だと initrd のパーミッションが 0600 になっている（ため tftpd がアクセスできない）ことに注意。ここではまった。

ちなみに元記事にならって initrd.img という名前にしてるけど，ここを initrd という名前にしておくと，boot コマンドラインで initrd=initrd.img というオプションを指定する必要がなくなる（自動的に initrd というファイルを取得してくれる）。

PXELINUX 用の設定ファイルを書く。

# mkdir pxelinux.cfg

# vi pxelinux.cfg/default

default という名前にしておくと，最終的な fallback としてこいつを読んでくれる。

というのは，（下記の実行画面をみるとわかるけど）PXELINUX ブートローダは最初に MAC アドレスに基づく設定ファイルを取得しようとし，そのあとは DHCP で割り振られた IP アドレスに基づく設定ファイルを取得しようとし，それでもなければ default という名前のファイルを取得しようとするのだ。

なので，ぎっちぎちに静的割当で管理するのなら，各マシン用に設定ファイルを用意してもいい。

今回は IP は動的割当するので，とりあえず default ということで。

なお，全マシン用に共通の設定ファイルを使ったとしても，Linux を起動する場合は initrd (initramfs) に IP や MAC アドレスに基づく処理を記述しておけば，client によって挙動を変えることができる。そういう方針のほうが楽だと思う。

んで，設定内容は元記事と同じような感じで以下のとおり。

default mypxe
prompt 1
timeout 50

label mypxe
kernel vmlinuz
append initrd=initrd.img

これで，TFTP サーバで公開するディレクトリツリーは以下のようになった。

+ /tftpboot/
  - vmlinuz      (symlink to => vmlinuz-2.6.18-128.2.1.el5)
  - initrd.img   (symlink to => initrd-2.6.18-128.2.1.el5.img)
  - vmlinuz-2.6.18-128.2.1.el5
  - initrd-2.6.18-128.2.1.el5.img
  + pxelinux.cfg/
    - default

各種サーバの起動

あとはサーバ（pxe-pdhcp，tftpd）を起動するだけ。

と，そのまえに，CentOS だと iptables で DHCP や TFTP のポートが閉じられているので開けておく。system-config-securitylevel-tui で操作するのなら，Other ports のところに tftp:udp, bootps:udp を追加する（それぞれポート番号は 69, 67）。

tftpd の起動についてだが，CentOS の場合 xinetd 経由で駆動しているので，chkconfig で tftp を on にしておいて（もちろん /etc/xinetd.d/tftp を手でいじってもいいけど），xinetd を再起動する。

$ sudo /sbin/chkconfig tftp on

$ sudo /sbin/service xinetd restart

で，pxe-pdhcp を起動。

$ sudo ./pxe-pdhcp -l 0.0.0.0 -b 255.255.255.255 -t 192.168.0.145 -d pxelinux.0

元記事だと -i eth0 のようにネットワークインタフェースを指定して起動しているけれど，これではわたしの環境ではうまくいかなかった*5。Proxy DHCPによるネットワークブート - GeekFactory のように，Proxy DHCP daemon の listen address と broadcast address を指定してうまくいった。

また tftp サーバとして -t オプションで指定している 192.168.0.145 というのは，このマシンに割り振られているアドレス（ここで TFTP も提供しているからね）。当たり前だけど localhost ではうまく動作しない（PXE Client に通知するアドレスだから）。

PXE Client の起動

PXE ブートが可能なように BIOS 等で設定して起動すると PXE ブートする。

VMware Server（等）の場合，BIOS 画面で [ESC] キーを押して，Boot Menu から Network boot を選ぶと PXE ブートを試みてくれる（もちろん BIOS 設定で起動優先順位を変えてもいいけど）。

さきほどちらりと書いたけど，まず client の MAC アドレス（上記例では 00 0C 29 26 8F A9）に基づいたファイル名の PXELINUX の設定ファイル（01-00-0c-29-26-8f-a9 ……先頭の 01- はなんなんだろう）をまず読みにいく。

次に，この client に割り振られた IP アドレス（上記例では 192.168.0.146）を16進数で表記したもの（上記例では C0A88092）に基づいたファイル名を読みにいき，なければ順次サブネット（/4 単位で）さかのぼって探していってる。

さて。

PXELINUX の config で prompt を表示するように設定したので boot: ってでてる。で Enter キーを押すかタイムアウトまで待つと，ブートシーケンスが始まる。

んで，root ファイルシステムが見つからないので PANIC する((RedHat 系の場合，（Debian 系と違って？）汎用 initramfs を使うのではなく環境に応じて initramfs を構築する。その証拠に /dev/sda2 にレジュームイメージがみつからないといわれている。これは，起動に利用した initrd を構築したマシンでは /dev/sda2 が swap だったから。))。

あとはネットワークブート可能な initramfs を用意したりいろいろあるんだけど，とりあえずのテストなのでここまで。

memtest86+ の起動

というので終わるとあまりに実用的じゃないので，memtest86 系を PXE でブートできるようにしてみた。

つっても Memtest86+ - Advanced Memory Diagnostic Tool にある Pre-Compiled Bootable Binary (.gz) をとってきて，gunzip して /tftpboot/ 以下に memtest86plus などの名前で置き，pxelinux.cfg/default に

label memtest86+
kernel memtest86plus

のように書くだけ。

＋のつかない memtest86 のほうは USB key image を使えばいいのかなと思ってやったらうまくいかなかった。よくみてみたら，ダウンロードページの Linux source and binary package という tar ball を落として，そのなかの precomp.bin というファイルを同じように使えばいいみたい。

あとは，ハードディスクベンダのテストツールが動かせたら便利かなと思ったけど，たいてい DOS ベースなので試してないです。

ちらりと調べたら DOS を PXE で起動するには

BpBatch を使う（⇒ LinuxのPXEでDOSをネットワークブートする - adsaria mood）
SYSLINUX 付属の memdisk をカーネルとして使う（⇒ MEMDISK - Syslinux Wiki, http://mihix.hp.infoseek.co.jp/netbootdos.txt）

などの方法があるみたい。

入手性からいうと今だと後者のほうが試しやすいのかな。

と，いろいろ便利なツールを PXE ブート可能にしていくと地味なブートプロンプトじゃなく GRUB のメニューを使いたくなってくるけど，PXE GRUB はまだやってない*6。PXELINUX 単体でもメニューは出せるみたい（⇒ PXEでメニューを表示する。 - adsaria mood）。

*1:PXE用DHCPサーバの設定 - adsaria mood 参照

*2:この手法の場合，既存の DHCP サーバ側も DHCPOFFER に PXEClient というオプションを立てるよう改造する必要がある。じゃあ意味ないじゃんと思ったけど，DHCP サーバに PXE 関連のすべての機能を実装するよりは簡単に改造できるので，サーバベンダのために，このような手法が規定されているのではないかと思った。

*3:hpa というのは H. Peter Anvin の略で，この人は SYSLINUX の開発者でもある。

*4:RPM SPEC とか調べるのがめんどかったんで strings したら tftp-hpa 0.42 ってでたからそうみたい。

*5:ネットワークインタフェースを指定して起動すると，今回の例だと listen address が 192.168.0.145，ブロードキャストアドレスが 192.168.0.255 になる。しかし DHCPOFFER は 255.255.255.255 宛にブロードキャストされているんだと思う。これは 192.168.0.* で listen しても（少なくとも CentOS の場合）捕まえることができない。

*6:GRUB 1 系列だと PXELINUX より対応しているネットワークインタフェースが少ないという噂もあったし。