用QEMU搭建Ubuntu虚拟环境

之前有介绍《基于QEMU的内核调试环境搭建》：
https://notes.z-dd.online/2024/03/06/%E5%9F%BA%E4%BA%8EQEMU%E7%9A%84%E5%86%85%E6%A0%B8%E8%B0%83%E8%AF%95%E7%8E%AF%E5%A2%83%E6%90%AD%E5%BB%BA/

这里主要想搭建一个基于QEMU的完整ubuntu2404的调试环境，方便调试最新内核。

准备内核

这里没啥太多好说的，直接 make 就是行，编译配置使用默认和kvm的配置就好，如果有其他需求，可在此基础上继续修改。

#使用默认编译配置
make defconfig
#在默认配置基础上设置编译选项，使编译后的镜像可以作为 kvm 上的虚拟机运行
make kvm_guest.config

准备文件系统

之前只制作了简单的文件系统（基于busybox、或buildroot等），这里想做个发行版（Ubuntu-2404）的根文件系统，而且是完整的那种。

整个操作主要参考自 syzkaller 的 create-image.sh create-image.sh 脚本，但是精简了许多内容。

构建完整文件系统

debootstrap 是这里主要用到的一个工具 。这个命令可以用于在文件系统中构建一个完整的 debian 文件系统（其他发行版，如ubuntu 也可以）。这个工具只是一个脚本，依赖极小。

debootstrap 是一个可以快速获得基本 Debian 系统的一个工具, 你可以将 Debootstrap 看作是一种特殊的安装工具. 它不同于 Debian Installter , 不需要安装用的CD/DVD ISO, 仅需连接到 Debian 软件仓库, 软件仓库简介(英文) . 无论你是否使用 Debian , 只要是任何的 Linux/GNU 发行版, 例如 Fedora/Gentoo/Arch/OpenSUSE, 甚至是 Ubuntu , 均可运行 debootstrap
来自官方： https://wiki.debian.org/zh_CN/Debootstrap

安装debootstrap：

sudo apt-get install debootstrap

之后，我们使用该命令构建一个 ubuntu 的完整文件系统。

#指定镜像源，留空表示使用默认源
MIRROR=https://mirrors.aliyun.com/ubuntu/
#发行版版本代号
RELEASE=noble
#完整文件系统存放目录
ROOT_DIR=ubuntu_root
#构建，使用 --include 可自行添加组件，这里主要是systemd,openssh-server
sudo debootstrap --include systemd,openssh-server $RELEASE $ROOT_DIR $MIRROR

注：这里的$RELEASE是发行版版本的代号，要与/usr/share/debootstrap/scripts/目录下的相匹配！

相关配置修改

修改用户及密码

安装完成后，我们修改 root 用户的密码。因为只是开发环境，所以这里直接不使用密码。（即删除 /etc/passwd 中密码项的 x）

set -u
sudo sed -i '/^root/ { s/:x:/::/ }' $ROOT_DIR/etc/passwd

小心！运行命令前确保 ROOT_DIR 已设置。此处通过 set -u 进行了检查。

set -u 是一个 Shell 脚本选项，用于在脚本中启用严格模式。如果脚本中尝试使用未定义的变量，Shell 会立即抛出错误并终止执行。这有助于避免因拼写错误或未初始化变量而导致的潜在问题。

网络配置

之后我们进行网络的配置。运行下面命令，创建 /etc/netplan/01-netcfg.yaml 文件。配置中我们让 eth0 设备使用 DHCP 协议自动获取 IP 地址。

cat << EOF | sudo tee -a $ROOT_DIR/etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: yes
      nameservers:
       addresses:
         - 8.8.8.8
EOF

ubuntu 使用 netplan 进行网络配置，debian 的配置方法则不同，可以参考 syzkaller 的脚本。

修改挂载

然后我们修改 /etc/fstab 文件。将 /dev/root 挂载为根文件系统。此处应当是为了控制后续挂载的行为，如果不增加此项，后面将启动失败。

echo '/dev/root / ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a $ROOT_DIR/etc/fstab

配置ssh（可选）

这里可以创建一个 ssh key，方便后面通过 ssh 连接。

ssh-keygen -f $RELEASE.id_rsa -t rsa -N ''
sudo mkdir -p $ROOT_DIR/root/.ssh
cat $RELEASE.id_rsa.pub | sudo tee -a $ROOT_DIR/root/.ssh/authorized_keys

其他自己想要的修改

创建根文件系统镜像

最后，我们按照之前的方式创建根文件系统镜像。

#镜像挂载目录
MOUNT_DIR=${RELEASE}_rootfs
#新建4G的Img文件
truncate -s 4G $RELEASE.img
#格式化镜像文件为ext4
mkfs.ext4 -F $RELEASE.img

mkdir $MOUNT_DIR
#挂载镜像文件
sudo mount -o loop $RELEASE.img $MOUNT_DIR
#复制根文件系统到挂载的镜像文件
sudo cp -a $ROOT_DIR/. $MOUNT_DIR/
#卸载
sudo umount $MOUNT_DIR
#移除挂载目录
rmdir $MOUNT_DIR

运行虚拟机

最后，使用 QEMU 运行我们的内核和根文件系统。

qemu-system-x86_64 \
    -enable-kvm \
    -m 8G \
    -smp 4 \
    -kernel /path/to/your/bzImage \
    -append "console=ttyS0 root=/dev/vda net.ifnames=0" \
    -drive file=/path/to/your.img,format=raw,if=virtio \
    -device virtio-net-pci,netdev=net0 \
    -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp:127.0.0.1:10022-:22 \
    -nographic

其中：

  • -enable-kvm 启用 KVM 加速；
  • -m 设定 8G 的内存；
  • -smp 设置 4 核 CPU；
  • -kernel 指定内核镜像；
  • -append 设置内核选项，其中 console=ttyS0 设定使用串口通信，root=/dev/vda 设定使用 /dev/vda 设备作为根文件系统，net.ifnames=0 设定禁用网卡重命名，以便我们之前设置的 eth0 配置可以正常生效。
  • -drive 设定根文件系统镜像，其中 if=virtio 指定接口类型为 virtio（虚拟化接口），对应的设备为 /dev/vda。
  • -device 设定一个网卡设备，类型为 virtio-net-pci（虚拟网卡），名为 eth0（和配置对应）。
  • -netdev user,id=net0 设置 net0 上宿主机与虚拟机间的网络使用 “用户网络”（User Networking），此时虚拟机的 IP 地址由 QEMU 的 DHCP 服务提供。hostfwd=tcp:127.0.0.1:10022-:22 将虚拟机上的 22（ssh）端口转发到宿主机上的 10022 端口。这时宿主机通过访问自身的 10022 端口即可 ssh 登陆虚拟机。
  • -nographic 禁用图像，使用串口通信。

运行上述命令，启动虚拟机。一小段时间后出现登陆提示，输入 root 用户名后，直接登入系统:

Welcome to Ubuntu 24.04 LTS (GNU/Linux 7.0.0-rc5-00226-g46b513250491 x86_64)

 * Documentation:  https://help.ubuntu.com
 * Management:     https://landscape.canonical.com
 * Support:        https://ubuntu.com/pro

The programs included with the Ubuntu system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Ubuntu comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent permitted by
applicable law.

root@debian:~#

查看内核版本(7.0.0-rc5),和网络设备信息。

没问题的话，此时虚拟机应当能够访问互联网。可以通过 apt 安装所需包，使用之前生成的 ssh 私钥登陆虚拟机:

ssh -i /your/path/to.id_rsa -p 10022 root@localhost

至此，整个环境基本上算完成了。

参考：