使用QEMU TCG模拟一个硬件虚拟化环境

本文将介绍如何使用 QEMU TCG 模拟的方式，构建一个支持硬件虚拟化的环境，使得能够在该模拟器环境下启动一个 KVM 虚拟机。

编译最新 QEMU

首先需要下载并编译 QEMU，我们以 x86_64 架构为例，QEMU 选择使用最新版本。

# 下载最新仓库
$ git clone https://git.qemu-project.org/qemu.git
$ cd qemu

# 配置编译目标
$ ./configure --target-list=x86_64-softmmu

# 编译
$ make -j$(nproc)

准备 Linux 内核（选用 6.12.0）

接下来，需要准备 Linux 内核，我这里选用的是 6.12.0 版本。硬件虚拟化技术使用 AMD-V，需要在 menuconfig 中启用 KVM for AMD processor support。

# 下载 6.12 版本内核
$ wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.12.tar.xz
$ tar -xvf linux-6.12.tar.xz

# 配置选项
$ cd linux-6.12
$ make ARCH=x86_64 defconfig
$ make menuconfig
# Virtualization
#   -> Kernel-based Virtual Machine (KVM) support
#        -> KVM for AMD processors support

# 编译
$ make -j$(nproc)

注意，在启用指定的 menuconfig 选项时，建议标记为 Y 直接包含进内核中，而非标记为 M 以模块形式动态加载。

准备根文件系统（基于 Buildroot）

有了 QEMU 和 Linux 内核，还需要有根文件系统，才能够正常工作。这里我使用的是 Buildroot，只需要简单的配置，它就能够自动化构建一个根文件系统。

# 下载 buildroot
https://buildroot.org/download.html

# 配置选项
$ make menuconfig
# Target options
#   -> Target Architecture (i386)
#        -> (X) x86_64
# Filesystem images
#   -> [*] ext2/3/4 root filesystem

# 编译
$ make -j$(nproc)

Buildroot 构建过程涉及联网下载对应的软件包，如果网络超时的情况，可以 ^c 中断，make clean 后再重新编译。

在 WSL2 环境下构建时，由于 PATH 环境变量包含了 Windows 下的某些软件，因此可能导致无法编译：

Your PATH contains spaces, TABs, and/or newline (\n) characters. This doesn't work. Fix you PATH.

此时可以使用命令 export PATH=$(echo "$PATH" | tr -d ' \t\n') 暂时将 PATH 路径的空格去除，再重新编译。

模拟器启动参数

上述编译都完成后，将得到的内核 bzImage （位于 arch/x86/boot/bzImage）和根文件系统 rootfs.ext2 （位于 output/images/rootfs.ext2）拷贝到同一目录下。

QEMU 启动脚本示例如下所示：

/your_path_of_qemu/build/qemu-system-x86_64 \
    -machine q35,accel=tcg \
    -cpu EPYC-v4,+svm \
    -m 8G \
    -smp 4 \
    -kernel bzImage \
    -append "rootwait root=/dev/vda ro console=ttyS0" \
    -drive file=rootfs.ext2,format=raw,id=hd0,if=none \
    -device virtio-blk-pci,drive=hd0 \
    -nographic \

KVM 虚拟机测试

在完成了虚拟化环境的构建后，便可以开始测试了。这里参考 100 行 C 代码创建一个 KVM 虚拟机，以很少的代码量构建一个最小的 hypervisor。

将 kvm-vmm 和 guest 在本地编译好后放入 rootfs.ext2 中，启动模拟器运行，结果如下图所示：

在该模拟器中运行一个完整的 QEMU/KVM 虚拟机理论也是可行的，但是我使用的 buildroot 生成的根文件系统缺乏 QEMU 运行所需的完整的动态链接库。

静态编译 QEMU 是一种选择，但是也比较繁琐，需要为本机准备大量的静态库，在此没有进行测试。