Linux操作系统学习笔记（番外篇）QEMU

一. 简介

突然发现前文忘了写如何编译运行Linux内核并进行修改、调试，所以这里临时补上。主要使用QEMU搭建虚拟机，并在其基础上下载内核并编译从而实现内核调试。

二. QEMU虚拟机搭建

2.1 windows平台

windows使用QEMU建立虚拟机需要以下步骤：

官网下载QEMU的windows版安装程序并安装
下载想用的虚拟机镜像文件
在windows的高级系统设置->环境变量中增加对应的QEMU位置
使用qemu-img create -f qcow2 [name].qcow2 30G创建镜像
使用qemu-system-x86_64 -accel whpx -hda .\[name].qcow2 -m 512 -net nic,model=virtio -net user -cdrom .\[name].iso -vga std -boot strict=on开启虚拟机。这里可以简化为qemu-system-x86_64 boot - d -cdrom .\[name].iso。
一步一步完成安装即可。

2.2 Linux平台

这里以Ubuntu为例进行说明

创建网桥并设置P地址

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brctl addbr br0
ip link set br0 up
ifconfig br0 192.168.0.11/123

配置iptables开启NAT访问外网功能

1	iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

通过apt-get install qemu安装QEMU
安装libvirt

1 2	apt-get install libvirt-bin apt-get install virtinst

创建虚拟机镜像，如ubuntutest.img。

1	qemu-system-x86_64 -enable-kvm -name ubuntutest -m 2048 -hda ubuntutest.img -cdrom ubuntu-14.04-server-amd64.iso -boot d -vnc :19

创建xml管理虚拟机。

<domain type='qemu'>
  <name>ubuntutest</name>
  <uuid>0f0806ab-531d-6134-5def-c5b4955292aa</uuid>
  <memory unit='GiB'>4</memory>
  <currentMemory unit='GiB'>4</currentMemory>
  <vcpu placement='static'>2</vcpu>
  <os>
    <type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-trusty'>hvm</type>
    <boot dev='hd'/>
  </os>
  <features>
    <acpi/>
    <apic/>
    <pae/>
  </features>
  <clock offset='utc'/>
  <on_poweroff>destroy</on_poweroff>
  <on_reboot>restart</on_reboot>
  <on_crash>restart</on_crash>
 <devices>
    <emulator>/usr/bin/qemu-system-x86_64</emulator>
    <disk type='file' device='disk'>
      <driver name='qemu' type='qcow2'/>
      <source file='/mnt/vdc/ubuntutest.img'/>
      <target dev='vda' bus='virtio'/>
    </disk>
    <controller type='pci' index='0' model='pci-root'/>
    <interface type='bridge'>
      <mac address='fa:16:3e:6e:89:ce'/>
      <source bridge='br0'/>
      <target dev='tap1'/>
      <model type='virtio'/>
    </interface>
    <serial type='pty'>
      <target port='0'/>
    </serial>
    <console type='pty'>
      <target type='serial' port='0'/>
    </console>
    <graphics type='vnc' port='-1' autoport='yes' listen='0.0.0.0'>
      <listen type='address' address='0.0.0.0'/>
    </graphics>
    <video>
      <model type='cirrus'/>
    </video>
  </devices>
</domain>

保存xml为domain.xml，并交给libvirt托管

1	virsh define domain.xml

启动虚拟机

1	virsh start ubuntutest

修改登录界面工具，配置/boot/grub/下的grub.cfg和menu.lst

在 grub.cfg 中 submenu ‘Advanced options for Ubuntu’ 这一项，linux /boot/vmlinuz-4.15.0-55-generic root=UUID=470f3a42-7a97-4b9d-aaa0-26deb3d234f9 ro console=ttyS0 maybe-ubiquity 中，加上 console=ttyS0。

submenu 'Advanced options for Ubuntu' $menuentry_id_option 'gnulinux-advanced-470f3a42-7a97-4b9d-aaa0-26deb3d234f9' {
    menuentry 'Ubuntu, with Linux 4.15.0-55-generic' --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-4.15.0-55-generic-advanced-470f3a42-7a97-4b9d-aaa0-26deb3d234f9' {
        recordfail
        load_video
        gfxmode $linux_gfx_mode
        insmod gzio
        if [ x$grub_platform = xxen ]; then insmod xzio; insmod lzopio; fi
        insmod part_gpt
        insmod ext2
        set root='hd0,gpt2'
        if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
            search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,gpt2 --hint-efi=hd0,gpt2 --hint-baremetal=ahci0,gpt2  470f3a42-7a97-4b9d-aaa0-26deb3d234f9
        else
            search --no-floppy --fs-uuid --set=root 470f3a42-7a97-4b9d-aaa0-26deb3d234f9
        fi
        echo    'Loading Linux 4.15.0-55-generic ...'
        linux   /boot/vmlinuz-4.15.0-55-generic root=UUID=470f3a42-7a97-4b9d-aaa0-26deb3d234f9 ro console=ttyS0 maybe-ubiquity
        echo    'Loading initial ramdisk ...'
        initrd  /boot/initrd.img-4.15.0-55-generic
    }

在menu.lst 文件中，在 Ubuntu 18.04.2 LTS, kernel 4.15.0-55-generic 这一项，在 kernel /boot/vmlinuz-4.15.0-55-generic root=/dev/hda1 ro console=hvc0 console=ttyS0 这一行加入 console=ttyS0。

title           Ubuntu 18.04.2 LTS, kernel 4.15.0-55-generic
root            (hd0)
kernel          /boot/vmlinuz-4.15.0-55-generic root=/dev/hda1 ro console=hvc0 console=ttyS0 
initrd          /boot/initrd.img-4.15.0-55-generic

重启虚拟机，进入机器控制台

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# virsh console ubuntutest
Connected to domain ubuntutest
Escape character is ^]

三. 内核编译

内核编译主要包括源码的下载、解压缩、编译文件的添加、编译选项的修改等步骤。

下载和压缩很简单

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apt-get install linux-source-4.15.0

tar vjxkf /usr/src/linux-source-4.15.0.tar.bz2

再安装以下依赖包

1	apt-get install libncurses5-dev libssl-dev bison flex libelf-dev gcc make openssl libc6-dev

接着定义编译选项

make menuconfig

Kernel hacking  --->
Compile-time checks and compiler options  --->
[*] Compile the kernel with debug info 
[*] Compile the kernel with frame pointers

编译内核可以通过nohup在后台完成，缺点是不易确定啥时候编译完

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nohup make -j8 > make1.log 2>&1 &
nohup make modules_install > make2.log 2>&1 &
nohup make install > make3.log 2>&1 &

完成后，启动虚拟机时在GRUB界面选择即可进入新的内核。

总结

本文大致介绍了QEMU以及内核编译的知识，有兴趣的可以自己动手试一试。

参考文献

[1] Debugging kernel and modules via gdb

[2] 极客时间趣谈Linux操作系统