Qemu搭建Linux环境

Qemu搭建Linux环境

背景目的

 在虚拟机中学习linux驱动开发，降低对硬件的依赖。这里使用qemu模拟工具，搭建linux运行环境。在搭建虚拟机中，同时学习如何编译Linux内核、制作根文件系统等。
  以下操作均在ubuntu20.04下进行

一、准备Qemu

下载安装qemu

第一种方式：直接安装

apt-get install qemu

注意：apt-get 安装可能不是最新的版本。

第二种方式：源码编译安装

（1）下载源码

https://download.qemu.org/
这里使用6.0版本
https://download.qemu.org/qemu-6.0.0.tar.xz

（2）编译安装

安装依赖包

sudo apt install libpixman-1-dev
sudo apt-get install build-essential zlib1g-dev pkg-config libglib2.0-dev binutils-dev libboost-all-dev autoconf libtool libssl-dev libpixman-1-dev libpython-dev python-pip python-capstone virtualenv

解压、配置、编译、安装

cd qemu-6.0.0
./configure --prefix=/home/only/linux_driver/env/qemu
make -j32
make install

--prefix=为指定安装目录，编译安装成功后，即可在此目录下的/bin中找到执行文件，根据自己的环境指定即可。

二、准备内核

我们使用Linux的内核版本为4.19.95。

（1）下载源码

https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.19.95.tar.gz

（2）编译

tar -vxf linux-4.19.95.tar.gz
cd linux-4.19.95
make menuconfig
make -j32

编译完成后，可以在linux-4.19.95/arch/x86_64/boot目录下看到内核镜像bzImage文件

遇到的问题：

No rule to make target ‘debian/canonical-certs.pem‘, needed by ‘certs/x509_certificate_list‘. Stop.

解决，修改目录下./config文件，将CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS置空

修改为

三、准备文件系统

我们使用busybox工具来制作一个最小文件系统。

（1）下载源码

https://busybox.net/downloads/busybox-1.33.1.tar.bz2

（2）编译安装

解压、配置

cd busybox-1.33.1
make defconfig
make menuconfig
make -j32
make install

默认安装路径为源码目录_install文件夹下。
这里我们使能静态编译选项，不用拷贝动态库。

# 使能静态编译
Settings
    ->Builds static binary (no shared libs)

其他配置选项：

# 启动 vi风格命令行
Settings
    ->vi-style line editing commands

# 使能简洁指令风格
Linux module Utilities
    ->Simplified modutils

# 使能mdev模块
Linux System Utilities
    ->mdev (16 kb)

（3）准备根文件系统

创建rootfs，将busybox编译出来的文件复制过去

cd busybox-1.33.1
cp -rd _install/* ../rootfs/

创建其他文件夹

mkdir dev etc lib proc root tmp sys mnt opt var

 
dev：设备文件存储目录，应用程序通过对这些文件的读写和控制以访问实际的设备
etc：系统配置文件的所在地，一些服务器的配置文件\用户账号以及密码配置文件\busybox启动脚本等
lib：系统库文件存放目录
proc：操作系统运行时，进程及内核信息存放在这里。/proc目录为伪文件系统proc的挂载目录，不是真正的文件系统，它存在与内存中。
root：超级用户的目录
tmp：存放临时文件
sys：sysfs文件系统挂载目录
mnt：用于存放挂载存储设备的挂载目录
opt：可选目录
var：交换分区，或者系统日志/var/log
 
 
以下可以参考：busybox-1.33.1/examples & busybox-1.33.1/examples/bootfloppy/etc

（4）创建inittab文件

  inittab为init初始化程序用到的配置文件。
创建文件：

vim etc/inittab

添加：

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

2：指定系统启动后运行的脚本
3：将console作为控制台终端
4：重启则运行/sbin/init
5：按下ctrl+alt+del组合键的话，则运行/sbin/reboot，即设置重启键
6：关机卸载各个文件系统
7：关机时关闭交换分区

（3）创建rcS启动脚本

创建文件：

mkdir etc/init.d
vim etc/init.d/rcS

添加：

#! /bin/sh

/bin/mount -a

/sbin/mdev -s

3：挂载所有文件系统，由/etc/fstab来指定
5：自动创建文件节点
  mdev扫描/sys/class和sys/block中所有的类设备目录，如果在目录中含有名为”dev“的文件，且文件中包含的是设备号，则mdev就利用这些信息为这个设备在/dev下创建设备节点文件。一般只在启动时才执行一次”mdev -s“。

创建完成后，添加执行权限

chmod 755 rcS

（4）创建fstab文件

  /etc/fstab是用来存放文件系统信息的文件；当系统启动的时候，系统会从这个文件读取信息，并且将此文件中指定的文件系统挂载到指定的目录。
创建文件：

vim etc/fstab

添加：

#<file system> <mount point>    <type>  <options>       <dump> <pass>
proc            /proc           proc    defaults        0       0
tmpfs           /tmp            tmpfs   defaults        0       0
sysfs           /sys            sysfs   defaults        0       0

2：挂载proc文件系统
3：挂载tmpfs
4：挂载sysfs文件系统

（5）打包image文件

将rootfs文件夹打包成image文件

cd rootfs
find . | cpio -o --format=newc > ../initrd.img

打包完成后，即可在rootfs同级目录中找到文件系统镜像initrd.img

四、创建qemu启动脚本

vim start.sh

添加启动参数

/home/only/linux_driver/env/qemu/bin/qemu-system-x86_64 -m 4096 -smp 4 -M q35 \
	-nographic \
	-kernel /home/only/linux_driver/linux-4.19.95/arch/x86_64/boot/bzImage \
	-initrd /home/only/linux_driver/env/initrd.img \
	-append "root=/dev/ram rw rdinit=/linuxrc console=ttyS0"

-kernel：指定内核文件
-initrd：指定根系统文件
-append：启动参数
root=/dev/ram rw：使用ramdisk虚拟文件系统
rdinit=/linuxrc：指定init启动程序

添加运行权限，运行脚本

chmod +x ./start.sh
./start.sh

系统启动成功