如何构建用户态 Linux

“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.git

“`

（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 defconfig
$ make -j8

LD .tmpvmlinux.kallsyms1
KSYMS .tmpvmlinux.kallsyms1.S
AS .tmpvmlinux.kallsyms1.S
LD .tmpvmlinux.kallsyms2
KSYMS .tmpvmlinux.kallsyms2.S
AS .tmpvmlinux.kallsyms2.S
LD vmlinux
SYSMAP System.map
LINK linux
MODPOST modules-only.symvers
GEN Module.symvers

“`

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：

“`
sudo apt install debootstrap

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以下命令皆需要 root 权限，先切换到 root 用户：

“`
$ sudo su

“`

然后构建根文件系统，存放在 rootfs 文件中：

“`

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

“`

然后挂载 rootfs 到 /mnt 下：

“`

mount rootfs /mnt

“`

在其中创建 Debian Linux 的根文件系统（/）：

“`

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.

“`

通过 chroot 将其改变为根目录：

“`

chroot ./

“`

设置 root 密码：

“`

passwd

New password:
Retype new password:

“`

然后退出 chroot 环境，并卸载：

“`

exit # 退出 chroot 环境

cd ..

umount /mnt

exit # 退出 sudo 环境

“`

设置 rootfs 的所有权为普通用户：

“$ sudo chownwhoami` rootfs

“`

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：

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

“`

如何构建用户态 Linux

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：

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

“`

即可手动触发一个“ 内核恐慌 Kernel Panic ”错误。