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如何构建用户态 Linux

发布时间:2022-03-25 点击数:293
“用户态 Linux” 是什么?它是一种可以在用户态运行的 Linux 内核。它有什么用?它用于内核隔离、替代 QEMU/Bochs 来调试 Linux 内核,也可以在低性能设备上代替 KVM 进行虚拟化。

“用户态 Linux” 是什么?它是一种可以在用户态运行的 Linux 内核。(用户态是什么,这里就不解释了)

它有什么用?它用于内核隔离、替代 QEMU/Bochs 来调试 Linux 内核,也可以在低性能设备上代替 KVM 进行虚拟化。

但它也存在一些缺陷,比如不支持 ARM 架构以及多核系统。

编译 Linux 内核

首先通过 git 下载 Linux 内核源代码:

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git clone --depth 1 https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux.git1.

(这里使用了清华大学的镜像站,kernel.org 也是可以的。)

然后采用如下步骤编译它:

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    $ cd linux
    $ export ARCH=um # 非常重要 设置架构为用户态
    $ 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.symvers1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.

经过漫长的编译之后,你获得了一个 vmlinux 文件。它和正常的 Linux 内核的区别是,这个 vmlinux 可以在用户态运行。

准备根文件系统

先别着急启动,先来准备内核所使用的根文件系统。

以下内容以 Debian Linux 为例。

首先安装 debootstrap 软件包:

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sudo apt install debootstrap1.

以下命令皆需要 root 权限,先切换到 root 用户:

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$ sudo su1.

然后构建根文件系统,存放在 rootfs 文件中:

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    # dd if=/dev/zero of=rootfs seek=2G # 创建一个 2GB 大小的空 rootfs 文件
     2000000000字节(2 GB,2 GB)已复制,0.137825 s,570 MB/s`
    # mkfs.ext4 rootfs # 将其格式化为 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 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.

然后挂载 rootfs 到 /mnt 下:

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# mount rootfs /mnt1.

在其中创建 Debian Linux 的根文件系统(/):

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    # 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.1.2.3.4.5.6.7.

通过 chroot 将其改变为根目录:

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# chroot ./1.

设置 root 密码:

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    # passwd 
     New password: 
     Retype new password: 1.2.3.

然后退出 chroot 环境,并卸载:

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    # exit # 退出 chroot 环境
    # cd ..
    # umount /mnt
    # exit # 退出 sudo 环境1.2.3.4.

设置 rootfs 的所有权为普通用户:

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$ sudo chown `whoami` rootfs1.

这样,这个用户态 Linux 的根文件系统就准备好了。

测试用户态 Linux

然后就可以用这个内核启动了,只需要一行命令:

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$ screen ./vmlinux mem=1G root=/dev/root rootfstype=hostfs hostfs=./rootfs con=null con0=null,fd:2 con1=fd:0,fd:11.2.

编辑搜图

启动后,使用你前面设置的 root 用户/密码登录,便可以进入到用户态 Linux 容器中了。

有别于 Docker,这个容器的内核和宿主的内核是隔离的,可以使用这个容器作为一个调试内核的工具,如:

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    echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq
    echo c > /proc/sysrq-trigger1.2.

即可手动触发一个“内核恐慌Kernel Panic”错误。