本文将在Ubuntu22.04下搭建一个QEMU的运行环境，并编译Linux内核源码，随后通过QEMU来调试Linux内核，用以辅助Linux内核的学习。

事实上，我在Ubuntu22.04和Ubuntu24.04下都试过了，流程上是一样的，但是Ubuntu24.04因为内核版本太新(至少对于在写这篇文章的时间点来说)，踩了一些细节上的坑，最终调试效果并不好，所以我还是建议选用Ubuntu22.04。

安装QEMU

我采用的是从源码编译再安装的方式，这个方法具备一般性。

首先去官网下载QEMU的源码，我使用的是10.1.2版本的，你可以根据需要选择合适的版本：

https://www.qemu.org/download/

随后查看官方的编译环境配置手册，根据具体系统来进行具体配置：

https://www.qemu.org/docs/master/devel/build-environment.html

我使用的是Ubuntu，根据官方手册内容，可以使用命令：

shell
sudo apt update && sudo apt build-dep qemu

然后进入QEMU源码根目录，创建编译目录并开始编译：

shell
mkdir build
cd build
../configure

# 这里我会开启并行编译加快编译速度
# 不需要并行编译可以直接make
make -j`nproc`

编译完成后可以安装到系统目录：

shell
sudo make install

随后可以随便选择一个架构来看看编译安装的情况如何，正常情况下以下命令会输出一些帮助信息：

shell
qemu-system-x86_64 -h

编译内核

先安装一个库：

shell
sudo apt install -y libelf-dev

随后下载Linux内核源码，选择你需要的版本：

https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/

我选择的版本是6.8.12，使用如下命令下载并解压，再进入内核源码根目录:

shell
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.8.12.tar.xz

tar -xf linux-6.8.12.tar.xz

cd linux-6.8.12

Ubuntu22.04的内核大版本也是6.8，而Ubuntu24.04的内核大版本是6.14，这一点你可以通过命令uname -r来确定。

这可能会对内核的编译带来影响，因为GCC编译器也是跟着系统版本来的，至少对于通过apt安装的是这样。

然后使用默认配置：

shell
make defconfig

如果你需要调整内核的配置，可以换用以下命令：

shell
make menuconfig

然后就可以开始编译内核了：

shell
make -j`nproc` vmlinux bzImage

编译成功后，得到两个关键的文件：


# 位于内核源码根目录
vmlinux

# 位于./arch/x86/boot
bzImage

准备根文件系统

构建根文件系统的方式还挺多的，我们也不需要太复杂的根文件系统，所以我打算采用Busybox+手动构建，类似的选择还有Buildroot和Yocto，但这两个配置上复杂一些，不过好处就是不用手动创建一些文件。

构建根文件系统的方式不唯一，你可以根据你的知识积累做这一步，用其他的方式构建可能需要你去更改内核配置(使用命令make menuconfig)，打开initramfs的支持，在我这默认是打开了的：

General setup ---> [*]Initial RAM filesystem and RAM disk(initramfs/initrd)

去官网下载Busybox：

https://busybox.net/downloads/

我选择的版本是1.37.0。

随后解压并进入其根目录：

shell
tar -xf busybox-1.37.0.tar.bz2

cd busybox-1.37.0

需要调整Busybox的配置：

shell
make menuconfig

随后会打开一个界面，如下图所示：

我们选择以下选项：


Settings  ---> 
       [*] Build static binary (no shared libs)

配置完成保存退出即可，最简单的方式是疯狂按Esc键，直到弹出询问你是否保存的界面，选择保存即可。

然后开始编译根文件系统：

shell
make

这里有个踩坑提示，在Ubuntu24.04下会编译失败，Ubuntu22.04是没有这个问题的，主要还是因为Ubuntu24.04用的内核版本太新了(可以通过命令uname -r来查看)。

原因如下：

https://github.com/gramineproject/gramine/issues/1909

解决方法可以查看以下链接：

https://lists.busybox.net/pipermail/busybox-cvs/2024-January/041752.html

我的做法是在根目录下编辑配置文件，将CONFIG_TC这个选项关掉：

shell
vi .config

然后清理一下之前的编译产物并重新编译即可：

shell
make clean && make

编译完成之后，打包一下：

shell
make install

打包路径为当前目录下的_install文件夹

shell
cd _install

ls

该目录将成为我们制作的根文件系统，从当前该目录所罗列的文件可以看出，少了些东西，我们现在需要手动构建。

shell
mkdir proc
mkdir sys


# 创建并编辑文件init，复制下面给出的内容即可
vi init
chmod +x init

init的内容
#!/bin/sh
mkdir /tmp
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t debugfs none /sys/kernel/debug
mount -t tmpfs none /tmp
mdev -s 
setsid /bin/cttyhack setuidgid 1000 /bin/sh

接下来打包根文件系统到HOME目录：

shell
find . | cpio -o --format=newc > ~/rootfs.img

开始调试内核

确定我们准备好了以下三个文件：

打开两个终端，一个终端运行QEMU，另一个终端运行GDB

shell
# 终端A
qemu-system-x86_64 -kernel ./bzImage -initrd ./rootfs.img -append "nokaslr console=ttyS0" -s -S -nographic

# 终端B
gdb ./vmlinux
(gdb) target remote :1234
(gdb) b start_kernel
(gdb) c

我们给内核的start_kernel函数下了断点，并开始执行内核，现在会在内核跑到start_kernel函数时暂停：

这样大体上就成功了，可以开始用GDB调试Linux内核源码了，可以给GDB输入命令c让它继续加载进入系统。