使用 kvmtool 运行和调试 Linux 内核
关注微信公众号：Linux 内核拾遗
一、为什么选择 kvmtool
在虚拟化技术领域，QEMU（Quick Emulator）无疑是应用最广泛的全能型选手。这个开源机器仿真器能够：
支持 x86、ARM、RISC-V 等 20+处理器架构。
提供完整的设备模拟（网卡、显卡、声卡等）。
兼容多种虚拟化方案（KVM、Xen、TCG 等）。
实现复杂的功能特性（实时迁移、快照管理）。
但正是这种全能性使得 QEMU 的代码规模超过 150 万行，学习其源码如同大海捞针。当我们的目标是专注学习 KVM 虚拟化技术的核心原理时，QEMU 的复杂性反而成为了认知负担：
KVMtool（全称 Linux Kernel Virtual Machine Tool）则采取了截然不同的设计思路：
其核心特点包括：
代码精简：约 1 万行 C 代码（仅为 QEMU 的 0.6%）。
功能聚焦：仅使用 KVM 进行硬件辅助虚拟化。
零抽象层：直接操作虚拟化扩展指令集。
开发友好：代码逻辑线性可追踪。
如果只是为了学习 kvm 虚拟化技术，那么就可以尽量简化用户态管理程序。这里以开源的工具 kvmtool 为例讲讲 kvm 是如何运行和调试我们的 Linux 系统的。
二、环境准备
由于 kvmtool 底层使用的是 kvm，因此我们在实践之前，需要准备一台运行 Linux 内核、并且带有 kvm 子系统的主机。目前主流的 Linux 发行版都能满足要求，可以通过lsmod | grep kvm命令来检查：
如果你是在 Windows 或者 macOS 环境中安装 Linux 虚拟机，请确保处理器硬件支持嵌套虚拟化，并且在 VMWare、Parallel Desktop 等虚拟机软件中为虚拟机开启嵌套虚拟化能力。这里不再深入展开，如果恰好你是这种情况，麻烦各位自行采取各种手段解决吧。
三、源码获取与编译
1. kvmtool 编译和安装
可以直接从 Github 上获取 kvmtool 源代码：
kvmtool 的编译很简单，直接make即可，然后使用make install进行安装：
安装完成后，可以通过lkvm来使用 kvmtool 了：
2. Linux 系统准备
为了运行 Linux 系统，我们需要准备”Linux 内核映像“和”根文件系统映像“这两个东西。
具体过程这里不再详细阐述，大家可以参考：https://mp.weixin.qq.com/s/y27zD6DPYstdVSoHwkOMsg。
最后只需要两个文件：
Linux 内核映像：
linux/arch/x86/boot/bzImage。根文件系统映像：
initramfs.img。
四、使用 kvmtool 启动虚拟机
kvmtool 启动虚拟机的方式和 QEMU 很类似，基本就是指定内核文件、根文件系统，然后配置核心数、内存大小以及内核启动参数等：
可以看到，Linux 内核正常跑起来了：
同样也支持基本的 BusyBox 命令：
1. kvmtool 常用命令
kvmtool 允许用户对虚拟机执行一些基本操作，例如查看当前虚拟机状态、暂停或者恢复虚拟机执行等：
2. GDB 调试虚拟机
kvmtool 支持通过 gdb 来调试我们的虚拟机，其底层利用的是 Linux 内核的 kgdb 调试机制。
这里先贴一下 kvmtool 官方提供的调试步骤：
但是我在实践过程中没有办法直接复现，下面就介绍一下我自己摸索过后切实可行的步骤。
首先我们需要重新编译我们的 Linux 内核映像，编辑.config文件如下：
上面的配置只启用了 KGDB，没有使用 KDB，原因后面说明。
重新编译内核，得到arch/x86/boot/bzImage。
然后 kvmtool 启动虚拟机，并且添加 kgdb 相关启动参数：
终端输出内核日志如下：
日志中Info: Assigned terminal 1 to pty /dev/pts/1意思是说虚拟机的串口 1ttyS1绑定到了宿主机上的伪终端/dev/pts/1。
我们可以另起一个宿主机终端，通过 gdb 来连接到调试串口/dev/pts/1：
可以看到虚拟机执行暂停在了 kgdb 断点处：
接下来我们就可以跟调试普通程序一样，使用常用的 gdb 命令来调试 Linux 内核了。对于需要修改内核代码，或者开发驱动模块，使用 kgdb 调试是非常有用的。
3. 使用 KDB？
上一节提到过，我们重新编译 Linux 内核前将 KDB 模式给关闭了，原因是我当时在开启 KDB 的情况下，gdb 无论如何也连接不上去，从 kdb 也没法切换到 kgdb 模式，遂放弃了 Orz。。。
开启 KDB 模式的情况下，虚拟机启动后自动进入了 KDB shell：
Linux 内核官方文档中指出，有两种方式从 KDB 模式切换到 KGDB 模式：
一种方式是通过 gdb 连接到调试端口后 kdb shell 会自动识别到并切换到 kgdb 模式，另一种是直接在 kdb shell 中直接执行kgdb命令来手动切换。
但是我两种方式尝试下来都不行。
下面是 gdb 连接报错：
然后尝试直接进入 kdb shell，手动切换 kgdb：
有哪位大佬知道是什么原因吗？欢迎私信或者留言探讨交流，非非非常感谢！
关注微信公众号：Linux 内核拾遗
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【Linux内核拾遗】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/fe4bd674ba4b2210239c2a0f2】。
本文遵守【CC-BY 4.0】协议，转载请保留原文出处及本版权声明。
聚沙成塔 2023-01-12 加入
分享Linux内核开发相关的编程语言、开发调试工具链、计算机组成及操作系统内核知识、Linux社区最新资讯等
评论