Linux 内核实验环境

项目描述

该项目致力于快速构建一个基于 Qemu 的 Linux 内核开发环境。

• 使用文档：README.md

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    • Linux 快速上手
    • Uboot 快速上手
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    • Linux 基本用法
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  • 其他
    • Linux Lab v0.1-rc1 的所有板子启动测试结果
    • 在 arm/vexpress-a9 上运行 Ubuntu 18.04 LTS
    • 使用 riscv32/virt 和 riscv64/virt 开发板
    • 一条命令测试和体验某个内核特性
    • 一条命令配置、编译和测试内核模块
• 代码仓库
  • https://gitee.com/tinylab/linux-lab.git
  • https://github.com/tinyclub/linux-lab.git
• 基本特性：
  • 跨平台，支持 Linux, Windows 和 Mac OSX。
  • Qemu 支持的大量虚拟开发板，统统免费，免费，免费。
  • 基于 Docker，一键安装，几分钟内就可构建，节约生命，生命，生命。
  • 直接通过 Web 访问，非常便捷，便捷，便捷。
  • 已内置支持 7 大架构：ARM, MIPS, PowerPC, X86, Risc-V, Loongson, Csky。
  • 已内置支持 15 款开发板：i386+X86_64/PC, PowerPC/G3beige, MIPS/Malta, ARM/versatilepb, ARM/vexpress-a9, ARM64/Virt, ARM64/Raspi3, Riscv32+64/Virt, Loongson/{ls1b, ls232, ls2k, ls3a7a}, Csky/ck810 全部升级到了最新的 v5.1（其中 Riscv32/Virt 仅支持 V5.0）。
  • 已内置支持从 Ramfs, Harddisk, NFS rootfs 启动。
  • 一键即可启动，支持 串口 和 图形 启动。
  • 已内建网络支持，可以直接 ping 到外网。
  • 已内建 Uboot 支持，可以直接启动 Uboot，并加载内核和文件系统。
  • 预编译有 内核镜像、Rootfs、Qemu、Toolchain，可以快速体验实验效果。
  • 可灵活配置和扩展支持更多架构、虚拟开发板和内核版本。
  • 支持在线调试和自动化测试框架。
  • 正在添加 树莓派raspi3 和 risc-v 支持。
• 插件
  • Loongson：国产龙芯处理器开发插件，已全面支持三大系列
  • RLK4.0：《奔跑吧Linux内核 4.0》一书课程实验
  • CSKY：中天微国产处理器 C-SKY Linux 开发插件

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五分钟教程

准备

以 Ubuntu 和 Qemu 为例。其他 Linux, Mac OSX 和 Windows 10 系统请先安装 Docker CE。老版本的 Windows 系统，请先下载并安装 Docker Toolbox。

安装完 docker 后如果想免 sudo 使用 linux lab，请务必把用户加入到 docker 用户组并重启系统。

$ sudo usermod -aG docker $USER

由于 docker 镜像文件比较大，有 1G 左右，下载时请耐心等待。另外，为了提高下载速度，建议通过配置 registry-mirror 更换镜像库为本地区的（以 ustc 为例），更换完记得重启 docker 服务。

$ cat /etc/default/docker
DOCKER_OPTS="$DOCKER_OPTS --registry-mirror=https://docker.mirrors.ustc.edu.cn"
$ service docker restart

如果 docker 默认的网络环境跟本地的局域网环境地址冲突，请通过配置 bip 更新 docker 网络环境，并重启 docker 服务。

$ cat /etc/default/docker
DOCKER_OPTS="$DOCKER_OPTS --bip=10.66.0.10/16"
$ service docker restart

如果上述改法不生效，请在类似 /lib/systemd/system/docker.service 这样的文件中修改后再重启 docker 服务。

$ cat /lib/systemd/system/docker.service
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// --bip=10.66.0.10/16 --registry-mirror=https://docker.mirrors.ustc.edu.cn
$ service docker restart

如果使用 Docker Toolbox，由于安装的默认 default 系统未提供桌面，所以需要先获取该系统的外网地址，即 eth1 网口的 IP 地址，然后在外部系统访问。

$ ifconfig eth1 | grep 'inet addr' | tr -s ' ' | tr ':' ' ' | cut -d' ' -f4
192.168.99.100

如果是自己通过 Virtualbox 安装的 Linux 系统，即使有桌面，也想在外部系统访问时，则可以通过设置 ‘Network -> Adapter2 -> Host-only Adapter’ 来添加一个 eth1 网口设备。

请务必注意，通过 Docker Toolbox 安装的 default 系统中默认的 /root 目录仅仅挂载在内存中，关闭系统后数据会丢失，请千万不要用它来保存实验数据。可以使用另外的目录来存放，比如 /mnt/sda1，它是在 Virtualbox 上外挂的一个虚拟磁盘镜像文件，默认有 17.9 G，足够存放常见的实验环境。

工作目录

再次提醒，在 Linux 或者 Mac 系统，可以随便在 ~/Downloads 或者 ~/Documents 下找一处工作目录，然后进入，比如：

$ cd ~/Documents

但是如果使用的是 Docker Toolbox 安装的 default 系统，该系统默认的工作目录为 /root，它仅仅挂载在内存中，因此在关闭系统后所有数据会丢失，所以需要换一处上面提到的 /mnt/sda1，它是外挂的一个磁盘镜像，关闭系统后数据会持续保存。

$ cd /mnt/sda1

下载

$ git clone https://gitee.com/tinylab/cloud-lab.git
$ cd cloud-lab && tools/docker/choose linux-lab

安装

$ tools/docker/run            # 加载镜像，拉起一个 Linux Lab 容器

快速尝鲜

执行 tools/docker/vnc 后会打开一个 VNC 网页，根据 console 提示输入密码登陆即可，之后打开桌面的 Linux Lab 控制台并执行：

$ make boot

启动后，会打印如下登陆提示符，输入 root，无需密码直接按下 Enter 键即可。

Welcome to Linux Lab

linux-lab login: root

# uname -a
Linux linux-lab 5.1.0 #3 SMP Thu May 30 08:44:37 UTC 2019 armv7l GNU/Linux

默认会启动一个 versatilepb 的 ARM 板子，要指定一块开发板，可以用：

$ make list                   # 查看支持的列表
$ make BOARD=malta             # 这里选择一块 MIPS 板子：malta
$ make boot

下载更多源码

$ make core-source -j3             # 同时下载 linux-stable, qemu 和 buildroot

配置

$ make root-defconfig         # 配置根文件系统
$ make kernel-checkout        # 检出某个特定的分支（请确保做该操作前本地改动有备份）
$ make kernel-defconfig       # 配置内核

$ make root-menuconfig         # 手动配置根文件系统
$ make kernel-menuconfig       # 手动配置内核

编译

$ make root         # 编译根文件系统，稍微有点慢，需要下载带 sysroot 的编译器
$ make kernel       # 编译内核，采用 Ubuntu 和 emdebian.org 提供的交叉编译器

保存所有改动

$ make save         # 保存新的配置和新产生的镜像

$ make kconfig-save # 保存到 boards/BOARD/
$ make rconfig-save

$ make root-save    # 保存到 prebuilt/
$ make kernel-save

启动新的根文件系统和内核

需要打开 boards/BOARD/Makefile 屏蔽已经编译的 KIMAG 和 ROOTFS，此时会启动 output/ 目录下刚编译的 rootfs 和内核：

$ vim boards/versatilepb/Makefile
#KIMAGE=$(PREBUILT_KERNEL)/$(XARCH)/$(BOARD)/$(LINUX)/zImage
#ROOTFS=$(PREBUILT_ROOTFS)/$(XARCH)/$(CPU)/rootfs.cpio.gz
$ make boot

启动串口

$ make boot G=0	# 使用组合按键：`CTL+a x` 退出，或者另开控制台执行：`pkill qemu`

选择 Rootfs 设备

$ make boot ROOTDEV=/dev/nfs
$ make boot ROOTDEV=/dev/ram

扩展

通过添加或者修改 boards/BOARD/Makefile，可以灵活配置开发板、内核版本以及 BuildRoot 等信息。通过它可以灵活打造自己特定的 Linux 实验环境。

$ cat boards/versatilepb/Makefile
ARCH=arm
XARCH=$(ARCH)
CPU=arm926t
MEM=128M
LINUX=2.6.35
NETDEV=smc91c111
SERIAL=ttyAMA0
ROOTDEV=/dev/nfs
ORIIMG=arch/$(ARCH)/boot/zImage
CCPRE=arm-linux-gnueabi-
KIMAGE=$(PREBUILT_KERNEL)/$(XARCH)/$(BOARD)/$(LINUX)/zImage
ROOTFS=$(PREBUILT_ROOTFS)/$(XARCH)/$(CPU)/rootfs.cpio.gz

默认的内核与 Buildroot 信息对应为 boards/BOARD/linux_${LINUX}_defconfig 和 boards/BOARD/buildroot_${CPU}_defconfig，如果要添加自己的配置，请注意跟 boards/BOARD/Makefile 里头的 CPU 和 Linux 配置一致。

更多用法

详细的用法这里就不罗嗦了，大家自行查看帮助。

$ make help

实验效果图

演示视频