怎么用QEMU搭建Linuxkernel开发调试环境

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1. 编译内核

内核需要事先编译出来，这里展示的是通用的内核编译方法。

内核目录下选择通用配置文件：

 cp arch/x86/configs/x86_64_defconfig .config

调整内核配置文件适配当前内核版本：

make menuconfig

编译内核文件：

make bzImage

2. 生成根文件系统

这一步是最重要的，生成一个调试环境的文件系统。这里介绍四种方法。

2.1 制作busybox根文件系统（方法一）

busybox是一个轻量级的工具集合，包含了init和大部分常用的Linux工具。官网：https://busybox.net 。

这个方法编译出来的根文件系统是最小的，起动速度也是最快的。就是自带工具可能比较少，有些东西需要自己编译。

2.1.1 创建镜像文件

创建raw格式的镜像文件：

qemu-img create -f raw disk.raw 512M
mkfs -t ext4 ./disk.raw

把raw文件挂载到临时目录：

sudo mount -o loop ./disk.raw ./img

2.1.2 安装模块

进入内核目录，把内核里的模块安装进文件系统：

sudo make modules_install \ # 安装内核模块
INSTALL_MOD_PATH=./img # 指定安装路径

2.1.3 busybox

下载busybox的源码，编译之前需要配置。busybox的配置方式和内核类似：

cd busybox
make defconfig
make menuconfig

调整其中以下选项，编译包含静态库：

Busybox Settings --->

--- Build Options
[*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

然后编译busybox，这里的path_to_disk_img_mount_point就是刚才raw文件挂载的临时目录:

make CONFIG_PREFIX= install

2.1.4 创建系统文件

配置init环境：
根目录下手工创建etc/init.d, dev, proc, sys 这三个目录。
/etc/inittab：

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:/bin/ash
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/sbin/swapoff -a
::shutdown:/bin/umount -a -r
::restart:/sbin/init

/etc/init.d/rcS:

#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys

并把/etc/init.d/rcS改为可执行文件。

2.1.5 内核启动脚本

正常启动内核：

qemu-system-x86_64 \
-m 512 \
-kernel ../kernel/arch/x86_64/boot/bzImage \
-drive format=raw,file=./disk.raw \
-append "init=/linuxrc root=/dev/sda rw"

查看内核串口输出：

qemu-system-x86_64 \
-m 512 \
-kernel ../kernel/arch/x86_64/boot/bzImage \
-drive format=raw,file=./disk.raw \
-append "init=/linuxrc root=/dev/sda rw console=ttyS0" \
-serial file:./serial.out

2.2 用ISO文件制作debian文件系统（方法二）

这个方法类似于虚拟机安装系统，利用系统自带的安装引导程序生成文件系统。这样安装出来的是一个完整的debian，可以用apt安装工具。

2.2.1 生成镜像文件

生成raw镜像文件：

qemu-img create -f raw debiam-10G.img 10G

安装debian：

qemu-system-x86_64 -m 512 -boot d -hda ./debiam-10G.img -cdrom iso/debian-9.4.0-amd64-netinst.iso

2.2.2 内核启动脚本

qemu-system-x86_64 -m 512 -boot c -kernel ../kernel/arch/x86_64/boot/bzImage -append root=/dev/sda1 -hda ./debiam-10G.img -hdb ./fat.img -net nic -net user,hostfwd=tcp::10022-:22

2.3 用debootstrap制作Debian根文件系统（方法三）

这方法是利用debian官方的debootstrap，把debian装在本机的一个目录里。这个系统也是完整的debian。

2.3.1 生成镜像文件

生成raw镜像文件：

qemu-img create -f raw debiam-10G.img 10G

挂载文件系统：

sudo mount -o loop ./debiam-10G.img ./img

2.3.2 安装debian

安装debian，这里的path_to_disk_img_mount_point就是刚才镜像文件的挂载点：

sudo debootstrap --arch amd64 stretch

2.3.3 配置网络

这里的网络是主机和虚拟机之间的网络。

让系统启动时自动运行dhclient：

$ cat > /etc/systemd/network/eth.network <<__END__
[Match]
Name=eth0
[Network]
DHCP=yes
__END__
$ systemctl enable systemd-networkd
$ systemctl start systemd-networkd

脚本里的网络设备名设置为eth0。不同的设备可能不一样，比如有些电脑会叫enp0s3。具体网卡名称可以通过ip link查看。

2.3.4 内核启动脚本

qemu-system-x86_64 \
    -m 512 \
    -kernel ../../kernel/arch/x86_64/boot/bzImage \
    -drive format=raw,file=./debian-stretch-x86_64.img,index=0 \
    -drive format=raw,file=./../fat/fat.winxp.img,index=1 \
    --append "console=ttyS0 root=/dev/sda rw" \
    -enable-kvm \
    -nographic \
    -device e1000,netdev=net0 \
    -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::5555-:22

系统启动后，在本机上可以用ssh -p 5555 localhost远程登录虚拟机。

2.4 使用Fedora cloud image （方法四）

Fedora官方有相应的的镜像，叫cloud image，可以直接下载：https://alt.fedoraproject.org/

修改官方镜像的密码：

virt-customize -a Fedora-Cloud-Base-30-1.2.x86_64.raw --root-password password:123456

修改镜像容量大小：

qemu-img resize Fedora-Cloud-Base-30-1.2.x86_64.raw +10G
qemu-img create -f qcow2 Fedora-Cloud-Base-30-1.2.x86_64.qcow2 20G
virt-resize --expand /dev/sda1 Fedora-Cloud-Base-30-1.2.x86_64.qcow2 Fedora-Cloud-Base-30-1.2.x86_64-20G.qcow2

ubuntu 20.04使用virt-resize扩容失败，grub会在启动时找不到分区。只能改用在系统内扩容：

qemu-img resize ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64.img +10G

进入系统后动态扩大根分区：

growpart /dev/sda 1
resize2fs /dev/sda1

进入系统之后执行：

$ xfs_growfs /dev/sda1

如果程序报错：

xfs_growfs: /dev/sda is not a mounted XFS filesystem

改为指定目录扩容：

xfs_growfs /

启动官方镜像：

sudo qemu-system-x86_64 -m 512 -drive format=raw,file=./Fedora-Cloud-Base-30-1.2.x86_64.raw -nographic -enable-kvm  -device e1000,netdev=net0 -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::5555-:22

如果要ssh登陆，需要修改/etc/ssh/sshd_config：

PermitRootLogin yes
PasswordAuthentication yes

重启sshd服务：

systemctl restart sshd

同时禁止cloud服务：

# systemctl disable cloud-config
# systemctl disable cloud-final
# systemctl disable cloud-init-local
# systemctl disable cloud-init

3 虚拟机访问公网

qemu的网络配置是一个比较纠结的问题，这里用桥接的方式，只能用有线网卡，不支持无线网卡。

没什么技巧可言，直接用脚本启动桥接，系统中途会断网片刻：

#!/bin/bash
ETH_DEV=enp3s0
USERNAME=myname

brctl addbr br0
ip addr flush dev ${ETH_DEV}
brctl addif br0 ${ETH_DEV}
tunctl -t tap0 -u ${USERNAME}
brctl addif br0 tap0

ip link set ${ETH_DEV} up
ip link set tap0 up
ip link set br0 up

brctl show

dhclient -v br0

与此同时，kernel的启动脚本也要有所改变，这里以debian镜像为例：

qemu-system-x86_64 \
    -m 512 \
    -enable-kvm \
    -kernel ../../kernel/arch/x86_64/boot/bzImage \
    -drive format=raw,file=./debian-stretch-x86_64.img,index=0 \
    --append "root=/dev/sda rw" \
    -device e1000,netdev=network0 \
    -netdev tap,id=network0,ifname=tap0,script=no,downscript=no

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