qemu使用

yuanheci 2024年11月30日 215次浏览

QEMU是一款跨平台的开源虚拟机工具，因为无GUI配置工具，有一定使用门槛

根据冯诺依曼结构，一个计算机可分为：

  • 运算器
  • 控制器
  • 存储器
  • 输入设备
  • 输出设备

使用QEMU时，应该尽量往该模型联想。

创建存储器

创建一个16G的虚拟磁盘文件

qemu-img create -f qcow2 drive 16G

虚拟硬件环境

  • 运算器、控制器 -> CPU、各种加速器*
  • 输入、输出设备 -> 网卡、CXL设备等

QEMU本身没有像VMware那样的GUI配置界面，所有配置通过命令行参数指定

qemu-system-x86_64 -machine q35 \
	-smp 4,sockets=1,cores=4,threads=1 \
	-m 4096

现在启动了一个机型为q35，处理器1插槽4核4线程，内存4096MB，使用默认网络配置的虚拟机，由于没有启动盘，并不会启动某个系统

利用虚拟硬件环境启动系统

我们已经有了一块硬盘drive作为启动盘，指定给虚拟环境：

qemu-system-x86_64 -machine q35 \
	-smp 4,sockets=1,cores=4,threads=1 \
	-m 4096 \
	-drive file=drive

会发现，指定后并没有什么区别，是因为这个“硬盘”我们没有给它“安装”系统。

安装系统

参考为物理机安装系统：

  • 物理机硬盘 -> 虚拟磁盘文件drive
  • 安装媒介（写入了镜像的U盘） -> 系统镜像文件
qemu-system-x86_64 -machine q35 \
	-smp 4,sockets=1,cores=4,threads=1 \
	-m 4096 \
	-drive file=drive \
	-drive file=<系统镜像，如ubuntu-22.04.2-live-server-amd64.iso>,media=cdrom

按照ISO文件的引导进行安装即可，完成后可移除ISO文件重启。

用qemu验证自己制作的iso镜像
qemu-system-x86_64 -cdrom testbios.iso -boot d

  • -cdrom testbios.iso 部分
      cdrom是一个参数选项，用于告诉 Qemu 模拟器将指定的文件作为虚拟光盘来加载。在这个例子中，testbios.iso是要加载的 ISO 镜像文件。Qemu 会将这个 ISO 文件视为一个插入虚拟光驱的光盘，这样在模拟的计算机系统启动时，就可以从这个虚拟光盘中读取数据，就像在真实的计算机上从物理光盘启动一样。

  • -boot d 部分
      boot是用于指定启动设备顺序的参数。d表示从光盘（CD - ROM 或 DVD - ROM，在这里是虚拟光盘，即前面指定的testbios.iso文件）启动。这意味着当 Qemu 启动模拟的计算机系统时，它会首先尝试从加载的 ISO 镜像文件中寻找引导程序来启动系统，就如同在真实的计算机上设置从光盘驱动器优先启动一样。

qemu启动kernel

总结qemu启动linux kernel的几种方式：

  1. 用 -kernel 和 -initrd 指定内核和文件系统
    参考：https://cloud.tencent.com/developer/article/2347447
qemu-system-x86_64 
    -s 
    -kernel ~/qemu/linux-4.9.263/arch/x86/boot/bzImage 
    -initrd ~/qemu/initramfs-busybox-x64.cpio.gz 
    --append "nokaslr root=/dev/ram init=/init"

为什么需要initramfs：
https://blog.csdn.net/fuhanghang/article/details/128849560

  Linux启动阶段，boot loader加载完内核文件vmlinuz之后，便开始挂载磁盘根文件系统。挂载操作需要磁盘驱动，所以挂载前要先加载驱动。但是驱动位于/lib/modules，不挂载磁盘就访问不到，形成了一个死循环。
  initramfs根文件系统就可以解决这个问题，其中包含必要的设备驱动和工具，boot loader会加载initramfs到内存中，内核将其挂载到根目录，然后运行/init初始化脚本，去挂载真正的磁盘根文件系统。

initrd 和 initramfs 原理浅析：
https://blog.csdn.net/Vallelonga/article/details/145534152

[Linux Kernel] initrd && initramfs 的区别 (ram disk;ramfs;tmpfs;rootfs)：
====> B站视频

cpio归档：

  • 简单的归档格式：cpio（copy in, copy out）是一种非常基础的归档格式，它只是简单地将文件和目录打包成一个连续的数据流。这种简单性使得 cpio 在各种系统和环境中都能被方便地处理和解析。
  • 广泛支持：许多 Linux 发行版和内核开发环境都对 cpio 格式有很好的支持。在构建 initramfs 时，使用 cpio 可以确保生成的文件能够被内核正确识别和加载。

使用方式：

  • 进入 busybox 编译成果目录
    cd ~/Desktop/initramfs/busybox-1.32.1/_install
  • 使用 cpio 制作成 rootfs
    find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ~/Desktop/initramfs/initramfs-busybox-x64.cpio.gz
    注意：该命令一定要在busybox的 _install 目录下执行

对比之前嵌入式linux中通过nfs挂载根文件系统：

与 initramfs 需要将文件系统打包成一个归档文件并加载到内存中不同，NFS 是直接通过网络实时访问服务器上的文件系统。因此，不需要将根文件系统进行归档（如 .cpio 格式）和压缩（如 .gz），服务器上的文件系统可以以原始的文件夹和文件形式存在。

2.以镜像方式启动

  QEMU 作为一款强大的开源虚拟机模拟器，除了使用 -kernel 和 -initrd 选项启动外，还可以直接使用镜像文件启动虚拟机。
=以镜像文件启动的原理=：
  镜像文件通常包含了完整的操作系统，包括内核、文件系统、用户数据等。QEMU 可以直接模拟硬件环境，加载并运行镜像文件中的操作系统，就像在真实硬件上安装和启动操作系统一样。这种方式类似于在物理机上使用硬盘、U 盘 等存储设备中的操作系统进行启动。

  • -hda
    示例：qemu-system-x86_64 -hda my_disk.img
    这个命令将 my_disk.img 作为第一个 IDE 硬盘连接到 x86_64 架构的虚拟机。
    是 QEMU 早期就存在的选项，为了向后兼容，在很多简单的使用场景中仍然被广泛使用。它的语法简单，适合初学者快速上手。
  • -drive
    -drive file=<系统镜像，如ubuntu-22.04.2-live-server-amd64.iso>,media=cdrom
    随着 QEMU 功能的不断扩展，为了支持更多的磁盘设备类型和配置选项而引入的。它提供了更强大的功能，但语法相对复杂一些。

  综上所述，如果你只需要简单地将一个磁盘镜像作为第一个 IDE 硬盘连接到虚拟机，使用 -hda 选项即可；如果需要更精细的磁盘设备配置，或者要连接多个不同类型的磁盘设备，建议使用 -drive 选项。

使用 qemu + gdb 调试 linux kernel 时，qemu的启动命令需要加上-s，-S：

  • -s 是 -gdb tcp::1234 的缩写。这个选项的作用是在 TCP 端口 1234 上启动一个 GDB 服务器，允许你使用 GDB（GNU Debugger）远程连接到 QEMU 虚拟机，对运行在其中的 Linux 内核进行调试。

  • -S 选项的作用是让 QEMU 在启动时暂停 CPU 的执行，直到你通过 GDB 连接到 QEMU 并发送继续执行的命令。也就是说，使用 -S 选项后，QEMU 会停在初始状态，等待调试器的指令再开始运行。

  同时使用 -s 和 -S 选项时，QEMU 会在 TCP 端口 1234 上启动 GDB 服务器，并且在启动时暂停 CPU 的执行。你可以使用 GDB 连接到这个服务器，设置好断点和其他调试配置后，再让系统开始执行。以下是一个使用 GDB 连接到 QEMU 并继续执行的示例：

# 启动 QEMU
qemu-system-x86_64 -kernel vmlinuz -initrd initrd.img -s -S
# 打开另一个终端，使用 GDB 连接到 QEMU
gdb vmlinux
(gdb) target remote :1234
(gdb) break start_kernel  # 设置断点
(gdb) continue  # 继续执行

用 qemu 启动内核时，常用的选项如下：

  • -m， 指定 RAM 大小，默认 384M
  • -kernel，指定内核镜像文件 bzImage 路径
  • -initrd，设置内核启动的内存文件系统
  • -smp [cpus=]n[,cores=cores][,threads=threads][,dies=dies][,sockets=sockets][,maxcpus=maxcpus]，指定使用到的核数。
  • -cpu，指定指定要模拟的处理器架构，可以同时开启一些保护，如
    • +smap，开启 smap 保护
    • +smep，开启 smep 保护
  • -nographic，表示不需要图形界面
  • -monitor，对 qemu 提供的控制台进行重定向，如果没有设置的话，可以直接进入控制台。
  • -append，附加选项
    • nokaslr 关闭随机偏移
    • console=ttyS0，和 nographic 一起使用，启动的界面就变成了当前终端。

举例：

#!/bin/sh
qemu-system-x86_64 \
    -m 64M \
    -nographic \
    -kernel ./bzImage \
    -initrd  ./rootfs.img \
    -append "root=/dev/ram rw console=ttyS0 oops=panic panic=1 kaslr" \
    -smp cores=2,threads=1 \
    -cpu kvm64
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