編譯完 Linux kernel 在 QEMU 中跑起來之後,完整啟動後遇到的第一個錯誤應該會是 Unable to mount root fs ,從解決這個錯誤到進入一個可以執行的 shell 其實不會太遠,接下來就建立一個可以讓 QEMU 上的 Linux 執行 shell 的磁碟 image 。

在沒有 root 權限的環境沒辦法掛載檔案系統,方法會比較不一樣,我們先以有 root 權限的環境進行。

建立 image 和格式化

dd if=/dev/zero of=a.img bs=1M count=128
mkfs.ext3 a.img

準備 init 程式

現在 a.img 裡面已經有一個 ext3 的檔案系統了,如果直接用這個 image 當作開機碟的話, kernel 會給出 No working init found 的錯誤訊息。接下來就需要掛載他然後寫需要的檔案進去,我們利用 mknodlosetup 建立 loop device 並掛載:

sudo losetup -f a.img
mkdir mnt
#這裡的 loop8 改成 losetup 建立的 loop device 名稱,可以用 losetup -l 查詢
sudo mount /dev/loop8 ./mnt

No working init found 錯誤訊息的意義是找不到第一個 user space 的程式 init , Linux kernel 會嘗試在 root FS 裡找 /sbin/init 這個執行檔。在大部分桌面電腦使用的 Linux distribution 中會是 systemd 或 openRC 這類系統服務管理器。目前的目標是建立能跑的最小 root FS ,所以我們使用一個二進位檔就能運作的 busybox ,下載已經編譯好的版本把他移到剛剛掛載的目錄裡:

wget https://busybox.net/downloads/binaries/1.35.0-x86_64-linux-musl/busybox
sudo chmod +x busybox
sudo mkdir mnt/{sbin,bin}
sudo cp busybox mnt/
sudo ln -s /busybox mnt/sbin/init

接著卸載這個 root FS 就可以再啟動一次 Linux kernel :

umount mnt
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage -nographic -append "console=ttyS0 nokaslr root=/dev/sda rw" -drive format=raw,file=../rootfs/a.img

這裡可能出現的小疑惑是 root 還沒掛載前 kernel 怎麼知道 /dev/sda 在哪裡?這個猜測沒錯,所以 Linux kernel 中實際上會把 /dev/XXYN 這樣格式的路徑轉換為不同介面的磁碟對應的 major number 和 minor number。

這次執行的 QEMU 應該能看到 Please press Enter to activate this console. 的提示,再按一次 enter 就可以看到 shell 了,可以用 /busybox XX 的方式執行 busybox 支援的指令了。

/ # /busybox ls /
bin         busybox     dev         lost+found  sbin
/ # /busybox mkdir /proc
/ # /busybox mkdir /dev/pts
/ # /busybox mount proc /proc -t proc
/ # /busybox mount devpts /dev/pts -t devpts

References

losetup(8): set up/control loop devices - Linux man page

How to add more /dev/loop* devices on Fedora 19

How does a kernel mount the root partition?

bootparam(7) — Linux manual page

Creating Initramfs

name_to_dev_t