X86_64平台上利用qemu安装aarch64架构的虚拟机「建议收藏」

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2020.1.4更新：下面有些评论说现在安装不会遇到类似问题了，本博客参考意义不大，请绕行。
20200704更新：请参考https://wiki.ubuntu.com/UEFI/virt-install，现在安装过程没有什么问题了

前一段时间摸索了以下在x86平台上安装arm架构（包括aarch64和armhf）的虚拟机，中间遇到了不少问题。把经验总结下来希望能帮到大家。

文章目录

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  • 1.安装qemu-system-aarch64
  • 2.UEFI固件下载
  • 3.操作系统下载
  • 4.创建虚拟硬盘
  • 5.虚拟机安装
  • 6.虚拟机启动
  • 6.利用virt-manager启动虚拟机
  • 7.参考链接

1.安装qemu-system-aarch64

如果在宿主机上只安装了qemu-kvm的话，宿主机上只能运行X86构架的虚拟机，并能够利用kvm加速，并不能将arm指令翻译成X86指令运行。所有还需要安装qemu-system-aarch64，它提供了aarch64架构虚拟机在x86架构上的运行支持。
可以通过下载源代码并编译安装：

wget https://download.qemu.org/qemu-2.11.0.tar.xz
tar xvJf qemu-2.11.0.tar.xz
cd qemu-2.11.0
./configure –-target-list=aarch64-softmmu
make
sudo make install

在安装的过程中可能会报缺少一些依赖包，我在安装过程中安装了以下依赖包后成功安装。

sudo yum install zlib-devel 
sudo yum install glib2-devel 
sudo yum install pixman-devel

安装成功后qemu-system-aarch64会安装到/usr/local/bin/目录下。

2.UEFI固件下载

以前系统的启动过程可以简化为 BIOS固件—->引导程序—->操作系统，但是由于传统的BIOS启动方式存在许多问题，如bios运行在16位模式，寻址空间小，运行慢等，所以现在X86、ARM架构等架构都改采用了改进的 UEFI 启动方式（当然会有兼容传统BIOS启动方式的考虑），这种情况下系统启动过程如下图所示。

上图启动过程详细我也不太清楚，大家可以看看wiki上的进一步介绍，这里需要说明的是，UEFI启动中最开始执行的也是专门的UEFI固件。因此，我们要想引导到安装光盘（支持UEFI模式）进一步安装aarch64架构的系统，先要下载对应架构（这里是aarch64）的UEFI固件。
QEMU_EFI.fd(下载地址：http://releases.linaro.org/components/kernel/uefi-linaro/16.02/release/qemu64/)

3.操作系统下载

我这里采用的是arm64架构的ubuntu 16.04 server版：ubuntu-16.04.3-server-arm64.iso

4.创建虚拟硬盘

利用qemu-img指令可以创建1个空的虚拟硬盘，便于后面安装的时候将系统安装到虚拟硬盘上。

qemu-img create ubuntu16.04-arm64.img 16G

如果没有上述命令，大家联网安装即可。

5.虚拟机安装

执行如下命令：

qemu-system-aarch64 -m 2048 -cpu cortex-a57 -smp 2 -M virt -bios QEMU_EFI.fd -nographic -drive if=none,file=ubuntu-16.04.3-server-arm64.iso,id=cdrom,media=cdrom -device virtio-scsi-device -device scsi-cd,drive=cdrom -drive if=none,file=ubuntu16.04-arm64.img,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0

执行上述命令时确保QEMU_EFI.fd、ubuntu-16.04.3-server-arm64.iso、ubuntu16.04-arm64.img文件在当前目前下，否则需要修改成对应的文件路径。在上述参数中，指定安装光盘这里-drive if=none,file=ubuntu-16.04.3-server-arm64.iso,id=cdrom,media=cdrom -device virtio-scsi-device -device scsi-cd,drive=cdrom我在有些网站上找到了不同的方式并尝试，但进入到光盘的安装界面后会报如下图所示错误，最后发现上述指定能正确的完成安装。

下面是安装过程的一些截图。

6.虚拟机启动

安装完成之后，下面就是启动虚拟机。正常情况下，安装完成后会自动重新启动，然后发现进入到下面的界面。顿时慌了，又出问题了。安装过程中出现问题大家不要轻易放弃，一定要理性的分析问题和解决问题。

上面是进入到了UEFI的交互shell里面，为什么没有执行grub并引导进入ubuntu系统咧？说明UEFI固件没有找到ESP分区（EFI system partition，安装过程中就会看见创建了一个ESP分区）或者没有找到ESP分区中的EFI文件，因为系统需要该EFI文件来引导。在该shell下执行exit进入到UEFI的管理界面，并手动选择EFI文件启动系统，如下图所示。

终于进入到了系统中……

qemu-system-aarch64 -m 2048 -cpu cortex-a57 -smp 2 -M virt -bios QEMU_EFI.fd -nographic -drive if=none,file=ubuntu16.04-arm64.img,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0

6.利用virt-manager启动虚拟机

前面能够利用命令成功启动虚拟机啦，但是对于我这种入门级的选手来说更想用带界面的virt-manager工具去直观地管理虚拟机（开关虚拟机、添加删除网络接口也很方便），于是进行了一番尝试，找到了一个可行的方法。
首先是安装virt-manager工具。

sudo yum install virt-manager

安装完成后启动virt-manager，如下图。在选择Architecture为aarch64后，出现了图中所示的warning，表示找不到aarch64架构的UEFI固件，并且在安装方式上自动选择了Import existing disk image。一想也是，系统最开始执行的就是UEFI固件，而我们并没有指定UEFI固件的路径。

这种情况下需要提供系统镜像外，还要提供vmlinuz内核文件和initrd文件。

这里给出了安装UEFI固件的步骤，网页打开较慢，我这里给出步骤的截图。

安装完成后，从下面的图中可以看到，warning消失了，并且只需要导入硬盘镜像文件，说明UEFI固件已经起作用了。只要UEFI固件能够执行到硬盘ESP分区上的EFI文件，那就能够成功启动系统了。

指定镜像文件后启动系统，出现了下面错误

通过查阅资料，发现这是由于libvirt库的版本导致的，将libvirt版本升级到3.10.0。在libvirt官网上最新稳定版本是3.10.0，但通过yum直接安装还没有这个最新版本。我直接找到了一个可用源。在/etc/yum.repos.d目录下建一个virt.repo文件，将下面代码复制到文件中。

[virt]
name=CentOS-$releasever - virt
#mirrorlist=http://mirrorlist.centos.org/?release=$releasever&arch=$basearch&repo=os&infra=$infra
baseurl=http://mirrors.nwsuaf.edu.cn/centos/$releasever/virt/$basearch/libvirt-latest/
ailovermethod=priority
enabled=1
gpgcheck=0
gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-CentOS-7

运行sudo yum update libvirt完成更新！
更新完成后再次启动虚拟机，本以为会没有问题了额，结果卡在了下面的界面中

个人觉得是新安装的UEFI固件的问题，在网上也没有找到可用的解决方法。如果有读者能够找到上面问题的解决方法，也可以留言告知我。

最终不得不采用内核启动的方式。将前面的系统镜像/boot目录挂载到本地，然后提取其中的vmlinuz和initrd文件。

首先用fdisk查看系统镜像的分区和偏移，下图是我的系统镜像的信息。

可以看到，我的/boot在/所在的第二个分区中，执行下面命令将/所在分区挂载到本地的/mnt目录下（注意偏移量的修改)，并将两个文件拷贝出来。命令如下

sudo mount -o loop,ro,offset=$((1050624*512)) xxx.img /mnt
sudo cp /mnt/boot/vmlinuz .
sudo cp /mnt/boot/initrd .

然后再导入过程中指定虚拟机镜像和vmlinuz、initrd文件、内核参数指定为root=/dev/sda2，或者在自定义阶段配置，如下图所示。

再次启动系统，成功进入到系统中……

如果发现采用内核启动方式仍然无法启动，并停留在下图所示的界面，说明是还是该UEFI固件的问题，我就遇到了这个问题。大家可以将最前面用到的QEMU_EFI.fd文件，采用如下命令对安装的UEFI固件进行替换即可

dd if=QEMU_EFI.fd of=/usr/share/edk2.git/aarch64/QEMU_EFI-pflash.raw conv=notrunc

7.参考链接

https://wiki.linaro.org/LEG/UEFIforQEMU
https://kennedy-han.github.io/2015/06/16/QEMU-debian-ARMv8.html
https://en.opensuse.org/openSUSE:AArch64
https://gmplib.org/~tege/qemu.html
https://marcin.juszkiewicz.com.pl/2015/04/17/running-vms-on-fedoraaarch64/
https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1449837
https://marcin.juszkiewicz.com.pl/2015/04/17/running-vms-on-fedoraaarch64/