QEMU启动x86-Linux内核

news2024/11/23 15:28:48

目录

  • QEMU简介
  • linux启动流程
  • 我的环境
  • 安装QEMU
    • 软件包安装
    • 源码安装
  • 编译linux内核
  • 编译busybox
  • 制作initramfs
  • 使用QEMU启动linux内核
  • 简化命令
  • 参考

QEMU简介

QEMU（quick emulator）是一个通用的、开源的硬件模拟器，可以模拟不同硬件架构（如x86、ARM、ARM64、MIPS、PowerPC等），是目前比较流行的跨平台仿真软件。

QEMU主要的仿真方式包括：全系统仿真和用户模式仿真。

全系统仿真，QEMU提供了整个机器的虚拟模型（包括CPU、内存和模拟设备等外设）来运行客户操作系统。该模式下，相当于系统级虚拟机。

用户模式仿真，QEMU 允许一个应用程序执行在不同架构的CPU上，该模式下，相当于进程级虚拟机。

在这里插入图片描述

本文介绍如何使用QEMU模拟器启动linux内核，使用的就是QEMU的全系统仿真模式。

linux启动流程

在开始之前，需要了解linux的开机启动流程，详细可自行查阅资料，如《鸟哥的Linux私房菜》的“Linux 的启动流程分析”。简要总结就是：BIOS，MBR，启动Bootloader，加载Kernel，挂载虚拟rootfs，挂载真实rootfs，初始化用户程序（即执行init进程）。

为什么会有虚拟rootfs？这涉及到initrd（全称boot loader initialized RAM disk，初始化的内存盘），RAM disk就是将内存的一部分分配为一个分区并作为磁盘来使用，initrd就是由 boot loader 初始化的内存盘。

initrd出现的背景。

早期，linux系统用于存储rootfs的介质一般只有硬盘或者软盘，内核集成了这些磁盘驱动程序，开机时内核可以直接挂载基于磁盘的rootfs。后来，嵌入式系统可能将rootfs存储到各种介质上，包括IDE、SCSI、SATA，Flash、u-disk等等。如果将所有介质的驱动都编译进内核，内核会越来越臃肿。索性，将所有存储介质的驱动都编译成内核模块并将其ko文件保存在rootfs中，可按需加载。那么问题来了，内核要挂载rootfs就要先加载对应存储介质驱动模块，内核要加载存储介质驱动模块，就要先挂载rootfs。先有鸡还是先有蛋？

为了解决这一矛盾，出现了基于ramdisk的initrd。initrd是一个被压缩过的小型根目录，这个目录中包含了启动阶段中必须的驱动模块，可执行文件和启动脚本。在 Bootloader 配置了 initrd 的情况下，内核启动被分成了两个阶段，第一阶段先挂载基于内存盘的虚拟roofs，把系统内存的一部分作为根文件系统挂载，执行 initrd 文件系统中的启动脚本，完成加载驱动模块等任务，第二阶段才挂载真实rootfs并执行初始化用户程序init 进程。

initrd是基于内存的块设备（即ramdisk），有个缺点就是大小固定，是过时的机制。Linux 2.6开始采用initramfs替换了initrd，initramfs（init ram filesystem）是基于内存的文件系统（即ramfs），其空间大小可动态变化，本文使用的就是 initramfs。

总结起来，就是在挂载基于磁盘的真正rootfs之前，会先挂载一个基于内存的虚拟rootfs（通过initrd或者initramfs 实现），虚拟rootfs只是起个过渡的作用，它完成一些内核不容易做到的事情，比如加载必要的驱动模块，挂载真正rootfs。

使用QEMU的全系统仿真模式启动linux内核时，BIOS、MBR和Bootloader都已经在QEMU内置好了，我们只要准备linux内核镜像和initramfs即可。本文重点演示QEMU启动内核，执行到基于内存的虚拟rootfs就结束了，并没有准备真实rootfs。

linux内核镜像可通过编译内核源码获得，initramfs可以使用 busybox 来制作。

我的环境

宿主机硬件平台：x86_64
宿主机操作系统：Ubuntu 20.04 （Linux 5.4.0-139-generic）
QEMU版本：qemu-4.2.1
实验内核：linux-5.19
busybox版本：busybox-1.35.0

安装QEMU

qemu安装方式有两种：Linux软件包安装、源码编译安装。

软件包安装

$ sudo apt-get install qemu-system-x86

$ qemu-system-x86_64 --version
QEMU emulator version 4.2.1 (Debian 1:4.2-3ubuntu6.24)
Copyright (c) 2003-2019 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

源码安装

官方Documentation有详细介绍 Building QEMU for Linux可供参考。

安装依赖项，如果不知道自己环境装了没有，也可以不急着安装，可根据编译错误提示安装对应依赖项即可：

sudo apt-get install git libglib2.0-dev libfdt-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev ninja-build

下载编译：

$ mkdir ~/kvm
$ cd ~/kvm/
$ wget https://download.qemu.org/qemu-7.2.0.tar.xz
$ tar -xf qemu-7.2.0.tar.xz
$ cd qemu-7.2.0
$ ./configure --target-list=x86_64-softmmu
$ make -j`nproc`

说明：

  1. 默认会编译所有平台（如arm、i386、x86_64等）的QEMU，这会很慢，加上 --target-list=x86_64-softmmu 选项只编译我环境所需的 x86_64 版本，以加快编译速度。
  2. make加上-j选项可加快编译速度，nproc命令用于获取可用的CPU核数，一般来说，-j最大并行任务数可设为CPU数量的2倍。

编译结果在源码目录的build子目录下：

$ ./build/qemu-system-x86_64 --version
QEMU emulator version 7.2.0
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

源码编译过程中我遇到的依赖问题有：

报错1：

$ ./configure
Using './build' as the directory for build output
 
ERROR: Cannot find Ninja

解决1：

$ sudo apt-get install ninja-build

报错2：

$ ./configure 
Using './build' as the directory for build output

ERROR: glib-2.56 gthread-2.0 is required to compile QEMU

解决2：

$ sudo apt-get install libglib2.0-dev

报错3：

$ ./configure 
Using './build' as the directory for build output

../meson.build:553:2: ERROR: Dependency "pixman-1" not found, tried pkgconfig

ERROR: meson setup failed

解决 3：

$ sudo apt-get install libpixman-1-dev

编译linux内核

$ mkdir ~/kvm
$ cd ~/kvm/
$ wget https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git/snapshot/linux-5.19.tar.gz
$ tar -xf linux-5.19.tar.gz
$ cd linux-5.19/
$ make defconfig
$ make menuconfig
$ make -j `nproc`

看到以下日志就表示编译成功：

Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready

其中bzImage文件就是编译后的内核镜像文件：

$ file arch/x86/boot/bzImage
arch/x86/boot/bzImage: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 5.19.0 (kaoya@kaoya-Inspiron-7472) #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Mon Feb 27 00:26:06 CST 2023, RO-rootFS, swap_dev 0xA, Normal VGA

说明：
3. 本次实验make menuconfig并未做任何修改，直接选择保存、退出。
4. make加上-j选项可加快编译速度，nproc命令用于获取可用的CPU核数，一般来说，-j最大并行任务数可设为CPU数量的2倍。
5. make过程可能会因为系统缺少依赖项而导致报错，根据提示安装对应依赖项即可。

我的环境在make过程中报错及其解决方法如下：
$ sudo apt install bison
报错1：

$ make defconfig

 /bin/sh: 1: flex: not found

解决1：

$ sudo apt install flex

报错2：

$ make defconfig

/bin/sh: 1: bison: not found

解决2：

在这里插入代码片

编译busybox

$ mkdir ~/kvm
$ cd ~/kvm/
$ wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2
$ tar -xf busybox-1.35.0.tar.bz2
$ cd busybox-1.35.0/
$ make menuconfig

# 修改配置，选中如下项目，静态编译
# Settings –> Build Options –> [*] Build static binary（no share libs）

# 反选如下项目，否则后续qemu执行会提示 /bin/sh:can't access tty;job control turned off
# Shells  --->  [ ]   Job control

$ make -j `nproc`
$ make install

装完后会 默认安装到源码目录的 _install/ 目录下：

$ ls _install/
bin  linuxrc  sbin  usr

最关键的就是_install/bin/busybox，其他都是链接文件。

$ file _install/bin/busybox 
_install/bin/busybox: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=8be05d97976fc5de35a9ebf2631529223523296f, for GNU/Linux 3.2.0, stripped

制作initramfs

使用busybox快速制作initramfs。

创建虚拟rootfs中的inti启动脚本，并赋予可执行权限：

$ cd ~/kvm/busybox-1.35.0/_install/
$ touch init
$ chmod +x init

脚本内容：

#!/bin/sh

# 挂载一些必要的文件系统
mkdir /proc && mount -t proc none /proc
mkdir /sys  && mount -t sysfs none /sys
mkdir /tmp  && mount -t tmpfs none /tmp

echo
echo "Hello Linux"

# 显示开机消耗时间

echo "This boot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds"
echo

# 停留在控制台
exec /bin/sh

制作initramfs文件，它是多个文件通过cpio打包和gzip压缩的文件，是一个cpio格式的内存文件系统。

$ find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz

使用QEMU启动linux内核

linux内核镜像和initramfs都准备好，就可以使用QEMU启动linux内核了。

以图形界面的方式启动QEMU：

$ cd ~/kvm/
$ qemu-system-x86_64 \
        -kernel ./linux-5.19/arch/x86/boot/bzImage \
        -initrd ./busybox-1.35.0/initramfs.cpio.gz \
        -append "init=/init"

以字符界面方式启动QEMU（不启动图形界面），同时日志输出到控制台：

$ qemu-system-x86_64 \
        -kernel ./linux-5.19/arch/x86/boot/bzImage \
        -initrd ./busybox-1.35.0/initramfs.cpio.gz \
        -nographic \
        -append "init=/init console=ttyS0"

QEMU参数说明（更多可参考：Standard options）：

  • -kernel：指定启动的内核镜像；
  • -initrd：指定启动的内存文件系统；
  • -append：传递给内核的启动参数；启动后可使用cat /proc/cmdline命令核对。
  • -nographic：启动字符界面（不启动图形界面），输出重定向到宿主机命令行，与参数 console=ttyS0 组合使用；

图形界面操作使用工具栏菜单即可，字符界面操作使用快捷键如下所示（更多可参考：Keys in the character backend multiplexer）：

C-a h print this help
C-a x exit emulator
C-a s save disk data back to file (if -snapshot)
C-a t toggle console timestamps
C-a b send break (magic sysrq)
C-a c switch between console and monitor
C-a C-a sends C-a

简化命令

为了简化命令输入，可以创建一个Makefile，内容如下：

$ vim ~/kvm/Makefile

initramfs:
	cd busybox-1.35.0/_install/ && find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz
        
run-win:
	qemu-system-x86_64 \
			-kernel ./linux-5.19/arch/x86/boot/bzImage \
			-initrd ./busybox-1.35.0/initramfs.cpio.gz \
			-append "init=/init"
        
run-console:
	qemu-system-x86_64 \
			-kernel ./linux-5.19/arch/x86/boot/bzImage \
			-initrd ./busybox-1.35.0/initramfs.cpio.gz \
			-nographic \
			-append "init=/init console=ttyS0"
  • make initramfs：制作initramfs；
  • make run-win：以图形界面的方式启动QEMU；
  • make run-console：以字符界面方式启动QEMU；

参考

QEMU官方文档：https://www.qemu.org/docs/master/
QEMU维基百科：https://wiki.qemu.org/Documentation

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/404375.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

Docker入门 第四部分

Docker入门 第四部分

Docker 的优势 Docker 相比于传统虚拟化方式具有更多的优势： Docker 启动快速属于秒级别。虚拟机通常需要几分钟去启动。 Docker 需要的资源更少。Docker 在操作系统级别进行虚拟化，Docker 容器和内核交互，几乎没有性能损耗，性能…
阅读更多...
Windows安装Hadoop

Windows安装Hadoop

当初搭建Hadoop、Hive、HBase、Flink等这些没有截图写文，今为分享特重装。下载Hadoop下载地址：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/hadoop/以管理员身份运行cmd切换到所在目录执行start winrar x -y hadoop-3.3.4.tar.gz，解压。配置…
阅读更多...
刚刚和ChatGPT聊了聊隐私计算

刚刚和ChatGPT聊了聊隐私计算

开放隐私计算ChatGPT最近太火了，作为一个背后有庞大数据支撑，而且还在不断进化的人工智能，每个人都想和它聊一聊。我们也不例外，于是刚刚和它聊了聊隐私计算那些事儿。先来几个行业问题，毕竟它背后有所有行业新闻、论文…
阅读更多...
Python tkinter 如何实现网站下载工具？将所有数据一键获取

Python tkinter 如何实现网站下载工具？将所有数据一键获取

前言 铁汁们有没有想过，如何把几个代码的功能结合到一起呢？ 有想过的话，有没有实现过呢？ 其实很简单的啊，咱就写一个界面就好了，想要哪个代码运行，鼠标轻轻一点就行 开发环境 python 3.8: 解…
阅读更多...
【分布式版本控制系统Git】| Git概述、Git安装、Git常用命令

【分布式版本控制系统Git】| Git概述、Git安装、Git常用命令

目录 一：概述 1.1. 何为版本控制 1.2. 为什么需要版本控制 1.3. 版本控制工具 1.4. Git 简史 1.5. Git 工作机制 1.6. Git和代码托管中心 二：安装 2.1. Git安装 三：常用命令 3.1 设置用户签名 3.2 初始化本地库 3.3 查看本地库…
阅读更多...
多节点部署一键启动脚本

多节点部署一键启动脚本

1 背景 我们在实际项目开发的时候，往往一个大的项目需要很多人协同开发，大家都开发完成在一起联调的时候需要启动很多节点，如果每次都手动去启动所有节点效率非常低，所以我们可以写一个脚本一键启动所有进程，以下统称为节点。 根据节点依赖的环境，一键启动脚本分两种情…
阅读更多...
电力电子中逐波限流控制以及dsp实现

电力电子中逐波限流控制以及dsp实现

逐波限流是指在电力系统运行中，对电力设备进行电流保护的一种措施。它的实现方式是通过对电力系统的电流进行逐波监测和控制，每一波电流都可以独立地进行限制，从而保护电力系统设备不受过载损坏或短路故障的影响。 逐波限流的作用是提高电力…
阅读更多...
1. ELK Stack 理论篇之什么是ELK Stack?

1. ELK Stack 理论篇之什么是ELK Stack?

ELK Stack 理论篇之什么是ELK Stack?1.1 什么是 ELK Stack？1.2 ELK Stack的发展史1.2.1 Elasticsearch1.2.2 引入 Logstash 和 Kibana，产品更强大1.2.3 社区越来越壮大，用例越来越丰富1.2.4 然后我们向 ELK 中加入了 Beats1.2.5 那么&#x…
阅读更多...
es6模块

es6模块

目录 一、语法说明 二、示例代码 三、运行测试 一.语法说明 JavaScript 现在有两种模块。一种是 ES6 模块，简称 ESM；另一种是 CommonJS 模块，简称 CJS。CommonJS 模块是 Node.js 专用的，与 ES6 模块不兼容。语法上面&#xff0…
阅读更多...
XE开发Linux应用（二）-Webservice

XE开发Linux应用（二）-Webservice

新建一个工程。选择如图。继续输入服务名然后就生成对应的单元。增加linux 平台。完善对应的单元代码{ Invokable implementation File for Txaliontest which implements Ixaliontest }unit xaliontestImpl;interfaceuses Soap.InvokeRegistry, System.Types, Soap.XSBuiltIns…
阅读更多...
Hive常用内置函数、窗口函数及自定义函数

Hive常用内置函数、窗口函数及自定义函数

文章目录一、字符串函数二、数值函数三、日期函数四、其余常用函数五、窗口函数5.1、语法5.2、常用窗口函数六、自定义函数6.1、自定义UDF函数6.2、自定义UDTF函数6.3、将自定义函数导入hive中6.3.1、将项目打成jar包6.3.2、将jar包传入hive目录6.3.3、在hive中加载jar包6.3.4、…
阅读更多...
C++回顾（二十五）—— map/multimap容器

C++回顾（二十五）—— map/multimap容器

25.1 map/multimap的简介 map是标准的关联式容器，一个map是一个键值对序列，即(key,value)对。它提供基于key的快速检索能力。map中key值是唯一的。集合中的元素按一定的顺序排列。元素插入过程是按排序规则插入，所以不能指定插入位置。map的…
阅读更多...
BN,LN,IN,GN的理解和用法

BN,LN,IN,GN的理解和用法

绿色区域表示将该区域作用域(四种方法都贯穿了w,h维度)，即将该区域数值进行归一化，变为均值为0，标准差为1。BN的作用区域时N,W,H,表示一个batch数据的每一个通道均值为0，标准差为1；LN则是让每个数据的所有channel的均值…
阅读更多...
新一代跨平台云备份工具Duplicacy

新一代跨平台云备份工具Duplicacy

什么是 Duplicacy ？ Duplicacy 是一款云备份软件，通过 Duplicacy 可以将视频，图片，文件，注册表等数据备份到云端。Duplicacy 通过客户端加密和最高级别的重复数据删除功能，将您的文件备份到许多云存储。 安…
阅读更多...
SQL查漏补缺

SQL查漏补缺

有这么一道题，先看题目，表的内容如下 显示GDP比非洲任何国家都要高的国家名称(一些国家的GDP值可能为NULL)。 错误的查询： SELECT name FROM bbcWHERE gdp > ALL (SELECT gdp FROM bbc WHERE region Africa)正确的查询： SE…
阅读更多...
C++ 11 pair

C++ 11 pair

class pair 可将两个 value视为一个单元。C标准库内多处用到了这个 class 。尤其是容器 map、multimap、unordered_map和 unordered_multimap就是使用 pair 来管理其以 key/value pair形式存在的元素。任何函数如果需要返回两个 value，也需要用到 pair，例…
阅读更多...
Windows使用Stable Diffusion时遇到的各种问题和知识点整理（更新中...）

Windows使用Stable Diffusion时遇到的各种问题和知识点整理（更新中...）

Stable Diffusion安装完成后，在使用过程中会出现卡死、文件不存在等问题，在本文中将把遇到的问题陆续记录下来，有兴趣的朋友可以参考。 如果要了解如何安装sd，则参考本文《Windows安装Stable Diffusion WebUI及问题解决记录》。如…
阅读更多...
九龙证券|盘前直接腰斩，银行巨头紧急“拔网线”！美股银行股又崩了？

九龙证券|盘前直接腰斩，银行巨头紧急“拔网线”！美股银行股又崩了？

见证历史了，又有一家银行巨子倒下？ 美股银行股团体暴降 上一交易日暴降超60%的硅谷银行持续面对腥风血雨。盘前，硅谷银行跌幅超50%，随后，公司宣布盘前暂停交易，等待刊发消息。 而最新消息显现&#xff0c…
阅读更多...
Spring Cloud Gateway 超时、CORS配置 | Spring Cloud 17

Spring Cloud Gateway 超时、CORS配置 | Spring Cloud 17

一、Http超时配置 Spring Cloud Gateway 可以为所有路由配置 Http 超时（响应和连接），并为每个特定路由覆盖设置。 1.1 全局超时 配置全局 http 超时： connect-timeout必须以毫秒为单位指定。response-timeout必须指定为 java.…
阅读更多...
[qiankun+nuxt]子应用请求本地文件报错404

[qiankun+nuxt]子应用请求本地文件报错404

前言 目前公司的前端架构是qiankunnuxt做的微前端项目 问题说明 在子应用中，前端需要模拟一些数据，方便后期演示调整而不需要重新打包 所以将一些数据存储到了本地的json文件中，但是获取时报了404的错误，找不到该文件。 页面报错…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023