如何構建用戶態 Linux

作者：Calvinlin 2022-03-25 12:31:49

“用戶態 Linux” 是什么?它是一種可以在用戶態運行的 Linux 內核。它有什么用?它用于內核隔離、替代 QEMU/Bochs 來調試 Linux 內核，也可以在低性能設備上代替 KVM 進行虛擬化。

“用戶態 Linux” 是什么?它是一種可以在用戶態運行的 Linux 內核。(用戶態是什么，這里就不解釋了)

它有什么用?它用于內核隔離、替代 QEMU/Bochs 來調試 Linux 內核，也可以在低性能設備上代替 KVM 進行虛擬化。

但它也存在一些缺陷，比如不支持 ARM 架構以及多核系統。

編譯 Linux 內核

首先通過 git 下載 Linux 內核源代碼：

git clone --depth 1 https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux.git

(這里使用了清華大學的鏡像站，kernel.org 也是可以的。)

然后采用如下步驟編譯它：

    $ cd linux
    $ export ARCH=um # 非常重要 設置架構為用戶態
    $ make defcongig
    $ make -j8
     LD      .tmp_vmlinux.kallsyms1
     KSYMS   .tmp_vmlinux.kallsyms1.S
     AS      .tmp_vmlinux.kallsyms1.S
     LD      .tmp_vmlinux.kallsyms2
     KSYMS   .tmp_vmlinux.kallsyms2.S
     AS      .tmp_vmlinux.kallsyms2.S
     LD      vmlinux
     SYSMAP  System.map
     LINK linux
     MODPOST modules-only.symvers
     GEN     Module.symvers

經過漫長的編譯之后，你獲得了一個 vmlinux 文件。它和正常的 Linux 內核的區別是，這個 vmlinux 可以在用戶態運行。

準備根文件系統

先別著急啟動，先來準備內核所使用的根文件系統。

以下內容以 Debian Linux 為例。

首先安裝 debootstrap 軟件包：

sudo apt install debootstrap

以下命令皆需要 root 權限，先切換到 root 用戶：

$ sudo su

然后構建根文件系統，存放在 rootfs 文件中：

    # dd if=/dev/zero of=rootfs seek=2G # 創建一個 2GB 大小的空 rootfs 文件
     2000000000字節（2 GB，2 GB）已復制，0.137825 s，570 MB/s`
    # mkfs.ext4 rootfs # 將其格式化為 ext4 格式
     mke2fs 1.46.5 (30-Dec-2021)
     Discarding device blocks: done                            
     Creating filesystem with 76748 1k blocks and 19200 inodes
     Filesystem UUID: 9dc7f1f6-8b16-4c64-9e22-94ede327c532
     Superblock backups stored on blocks: 
        8193, 24577, 40961, 57345, 73729
    Allocating group tables: done                            
    Writing inode tables: done                            
    Creating journal (4096 blocks): done
    Writing superblocks and filesystem accounting information: done

然后掛載 rootfs 到 /mnt 下：

# mount rootfs /mnt

在其中創建 Debian Linux 的根文件系統(/)：

    # cd /mnt
    # debootstrap sid ./ https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian
     I: Configuring python-central... 
     I: Configuring ubuntu-minimal... 
     I: Configuring libc-bin... 
     I: Configuring initramfs-tools... 
     I: Base system installed successfully.

通過 chroot 將其改變為根目錄：

# chroot ./

設置 root 密碼：

    # passwd 
     New password: 
     Retype new password:

然后退出 chroot 環境，并卸載：

    # exit # 退出 chroot 環境
    # cd ..
    # umount /mnt
    # exit # 退出 sudo 環境

設置 rootfs 的所有權為普通用戶：

$ sudo chown `whoami` rootfs

這樣，這個用戶態 Linux 的根文件系統就準備好了。

測試用戶態 Linux

然后就可以用這個內核啟動了，只需要一行命令：

$ screen ./vmlinux mem=1G root=/dev/root rootfstype=hostfs hostfs=./rootfs 
con=null con0=null,fd:2 con1=fd:0,fd:1

啟動后，使用你前面設置的 root 用戶/密碼登錄，便可以進入到用戶態 Linux 容器中了。

有別于 Docker，這個容器的內核和宿主的內核是隔離的，可以使用這個容器作為一個調試內核的工具，如：

    echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq
    echo c > /proc/sysrq-trigger

即可手動觸發一個“內核恐慌Kernel Panic”錯誤。

作者簡介：calvinlin：一個普通的深圳初中生。

責任編輯：未麗燕來源： Linux中國

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