qemu编译与使用

qemu 是一个硬件虚拟化程序（hypervisor that performs hardware virtualization），与传统的 VMware / VirtualBox 之类的虚拟机不同，它可以通过 binary translation 模拟各种硬件平台（比如在 x86 机器上模拟 ARM 处理器）。而 VirtualBox 等更多是通过虚拟化来进行资源隔离，以便在其上运行多个 guest os。
基于 qemu 的硬件模拟能力，我们可以轻松搭建指定硬件平台的运行实验环境。

qemu 是一款支持多个 CPU 架构的虚拟机，支持如如 Alpha, ARM, Cris, i386, M68K, PPC, Sparc, Mips, Xtensa等；以及大部分的硬件设备，也就可以模拟出不同的目标系统。

Qemu 有两种运行模式，一种是全系统模拟（system mode），一种是用户态模拟(user mode)。从名字就可以看出来 system mode 肯定是模拟全了，可以直接跑操作系统之类的。user mode肯定就弱一点，跑个进程之类的。

1、安装依赖

$ sudo apt-get install -y git python3 python3-pip build-essential ninja-build pkg-config  libglib2.0-dev  libpixman-1-dev libslirp-dev

2、下载qemu源码

qemu当前正式发布版本为 v8.0.0

$ git clone https://github.com/qemu/qemu
$ git checkout v8.0.0
$ git submodule update --init --recursive

包内文件较多，下载需要较长时间，需要耐心等待下载完成。

3、编译

• 获取支持的参数

$ ./configure --help
Using './build' as the directory for build outputUsage: configure [options]
Options: [defaults in brackets after descriptions]Standard options:--help                   print this message--prefix=PREFIX          install in PREFIX [/usr/local]--target-list=LIST       set target list (default: build all)Available targets: aarch64-softmmu alpha-softmmu arm-softmmu avr-softmmu cris-softmmu hppa-softmmu i386-softmmu loongarch64-softmmu m68k-softmmu microblaze-softmmu microblazeel-softmmu mips-softmmu mips64-softmmu mips64el-softmmu mipsel-softmmu nios2-softmmu or1k-softmmu ppc-softmmu ppc64-softmmu riscv32-softmmu riscv64-softmmu rx-softmmu s390x-softmmu sh4-softmmu sh4eb-softmmu sparc-softmmu sparc64-softmmu tricore-softmmu x86_64-softmmu xtensa-softmmu xtensaeb-softmmu aarch64-linux-user aarch64_be-linux-user alpha-linux-user arm-linux-user armeb-linux-user cris-linux-user hexagon-linux-user hppa-linux-user i386-linux-user loongarch64-linux-user m68k-linux-user microblaze-linux-user microblazeel-linux-user mips-linux-user mips64-linux-user mips64el-linux-user mipsel-linux-user mipsn32-linux-user mipsn32el-linux-user nios2-linux-user or1k-linux-user ppc-linux-user ppc64-linux-user ppc64le-linux-user riscv32-linux-user riscv64-linux-user s390x-linux-user sh4-linux-user sh4eb-linux-user sparc-linux-user sparc32plus-linux-user sparc64-linux-user x86_64-linux-user xtensa-linux-user xtensaeb-linux-user--target-list-exclude=LIST exclude a set of targets from the default target-listAdvanced options (experts only):--cross-prefix=PREFIX    use PREFIX for compile tools, PREFIX can be blank []--cc=CC                  use C compiler CC [cc]--host-cc=CC             use C compiler CC [cc] for code run atbuild time
...

默认编译参数下，configure 会编译所有 ISA 的 QEMU，全量编译会耗时 20 分钟左右，其实很多时候我们不需要绝大多数 ISA，比如 Mips Sparc 的 QEMU 我是不关心的就可以不编译。configure --help 可以看到有个 --target-list 选项，可以用这个选项来指定需要的平台，平台名称之间用逗号分隔。

这次编译我们只编译 aarch64、arm、riscv64、riscv32 4个常用的平台。

$ ./configure --prefix=/opt/qemu --target-list=aarch64-softmmu,arm-softmmu,riscv32-softmmu,riscv64-softmmu
$ make -j8
$ make install

其中：

• aarch64-softmmu：ARM64指令集
• arm-softmmu：ARMv7指令集
• riscv32-softmmu：RISC-V的32bit指令集
• riscv64-softmmu：RISC-V的64bit指令集

编译完成后，目标文件在 /opt/qemu 目录下

$ cd /opt/qemu/bin
$ ls
qemu-edid  qemu-ga  qemu-img  qemu-io  qemu-nbd  qemu-pr-helper  qemu-storage-daemon  qemu-system-aarch64  qemu-system-arm  qemu-system-riscv32  qemu-system-riscv64$ ./qemu-system-riscv64 --version
QEMU emulator version 8.0.0 (v8.0.0)
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

4、运行

1. 如果你不是自己编译qemu， 用的是别人编译好的目标文件，在运行中可能会出现依赖未安装的情况，执行一下命令：

$ sudo apt-get install -y libsnappy-dev libpixman-1-dev libpixman-1-dev libjpeg-dev libdaxctl-dev libvdeplug-dev libpmem-dev libgbm-dev libepoxy-dev libgtk-3-0 libaio1 libslirp-dev

2. 添加环境变量

$ sudo apt-get install vim
$ vim ~/.bashrc# 加入qemu位置
export PATH=$PATH:/opt/qemu/bin$ source ~/.bash
$ qemu-system-riscv64 --version
QEMU emulator version 8.0.0 (v8.0.0)
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

3. 运行qemu

qemu-system-aarch64 -m 2048 -cpu cortex-a57 -smp 2 -M virt -bios QEMU_EFI.fd -nographic \
-drive if=none,file=ubuntu-16.04.3-server-arm64.iso,id=cdrom,media=cdrom \
-device virtio-scsi-device \
-device scsi-cd,drive=cdrom \
-drive if=none,file=ubuntu16.04-arm64.img,id=hd0 \
-device virtio-blk-device,drive=hd0

退出当前运行的 qemu，使用组合键，CTRL + X，然后再按 A 键。

5、qemu参数

1. 通过下面的命令获取对应 qemu 支持的参数：

$ qemu-system-riscv64 --help
QEMU emulator version 8.0.0 (v8.0.0)
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers
usage: qemu-system-riscv64 [options] [disk_image]'disk_image' is a raw hard disk image for IDE hard disk 0Standard options:
-h or -help     display this help and exit
-version        display version information and exit...

• 开发板列表
  每个参数都可以获取对应的详细支持型号。如通过下面的命令操作可以看到当前版本的 Qemu 工具支持的开发板列表：

$ qemu-system-riscv64 -M help
Supported machines are:
microchip-icicle-kit Microchip PolarFire SoC Icicle Kit
none                 empty machine
shakti_c             RISC-V Board compatible with Shakti SDK
sifive_e             RISC-V Board compatible with SiFive E SDK
sifive_u             RISC-V Board compatible with SiFive U SDK
spike                RISC-V Spike board (default)
virt                 RISC-V VirtIO board

或

$ qemu-system-riscv32 -machine help
Supported machines are:
dummyh               THEAD dummyh
none                 empty machine
opentitan            RISC-V Board compatible with OpenTitan
sifive_e             RISC-V Board compatible with SiFive E SDK
sifive_u             RISC-V Board compatible with SiFive U SDK
smartl               RISC-V smartl
spike                RISC-V Spike board (default)
virt                 RISC-V VirtIO board

2. qemu 常用参数

• -M: 指定设备类型
• -m: 指定内存大小; 如：-m 512M
• -kernel: 指定内核文件; 如：-kernel linux-5.10.181/arch/riscv/boot/Image
• -bios: 指定bios文件
• -smp: 指定虚拟机核心数
• -S: 冻结 CPU 直到远程 GDB 输入相应命令
• -s: 启动 GDB 服务，在 1234 端口接受gdb调试; 如：-s -S 或 -gdb tcp::1234 -S 选项用于启动 gdb 服务，启动后 qemu 不立即运行 guest，而是等待主机 gdb 发起连接，此时使用 gdb 输入 target remote:1234 可以进行相关调试，与真机调试无异。
• -initrd：指定启动文件
• -dtb: 指定dtb文件
• -nographic: 指定不需要图形界面
• -append：指定扩展显示界面，串口或者LCD，"console=ttyS0"和-nographic配合后，使得启动后的串口重定向到宿主机终端，能在宿主机的终端看到调试信息。如： -append “root=/dev/vda rw console=ttyS0”
• -device：常用于指定guest上总线挂载的外部设备，例如virtio-mmio、usb、pci等总线
• -netdev：配置网络设备

如：

#!/bin/shqemu-system-riscv64 \
-M virt \
-bios opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_jump.elf \
-kernel linux-5.10.181/arch/riscv/boot/Image \
-append "rootwait root=/dev/vda ro" \
-drive file=buildroot-2023.02.1/output/images/rootfs.ext2,format=raw,id=hd0 \
-device virtio-blk-device,drive=hd0 \
-netdev user,id=net0 -device virtio-net-device,netdev=net0 \
-nographic