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kernlab

Linux-first QEMU workspace bootstrap for editing a local Linux source tree and validating it quickly with BusyBox + QEMU.

支持架构：x86_64、arm、arm64、riscv。

快速开始

推荐入口是 npm 初始化器，不依赖 GitHub raw URL：

npx create-kernlab
$EDITOR linux/          # 主要编辑区：Linux 内核源码
$EDITOR qemu-linux.mk   # 可选：构建/运行配置
make run

也可以使用 npm create 形式：

npm create kernlab@latest

默认会把当前目录初始化为工作区顶层：

./
  linux/              # 用户主要编辑的 Linux 源码树
  .kernlab/   # 模板、脚本、BusyBox、QEMU；通常不编辑
  qemu-linux.mk       # 工作区本地配置
  Makefile            # 委托到模板；在工作区根目录运行 make run

如果想从别的位置创建工作区，可以把安装目录作为位置参数或 --dir 传入：

npx create-kernlab ~/src/my-kernel
npx create-kernlab --dir ~/src/my-kernel

使用已有 Linux checkout/fork：

npx create-kernlab --linux-dir /home/me/src/linux

从指定 Linux fork/branch 克隆到工作区 linux/：

npx create-kernlab --linux-url https://github.com/me/linux.git --linux-branch my-topic

更新已有工作区的 .kernlab/ 模板、脚本、QEMU/BusyBox 支持仓库，以及工作区 .codex/skills/ 内由 kernlab 管理的 agent skills：

npx create-kernlab@latest --update

--update 不会重建 linux/，也不会覆盖你改过的 qemu-linux.mk；它只刷新 .kernlab/、生成的顶层 Makefile 和 kernlab 管理的 skill，例如“对内核编写代码”规则。

如果 npm 包还没发布，或者你是在开发这个模板仓库本身，使用本地初始化入口：

node ./bin/create-kernlab.js --help
./scripts/init-template.sh
make init

curl 入口仍然保留给公开 GitHub 仓库使用：

curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/ChenMiaoi/kernlab/main/scripts/bootstrap.sh | bash

qemu-linux.mk 是一等配置入口，使用 Make 语法和 ?= 默认值。常见做法是在工作区根目录的 qemu-linux.mk 写入本地默认配置；临时覆盖仍然用命令行：

make run ARCH=riscv MEMORY=1024 SMP=1
make run LINUX_DIR=/path/to/linux KERNEL_DEBUG=0

make / make x86 / make arm / make arm64 / make riscv 都会执行完整流程：构建内核、构建 BusyBox、生成 initramfs、构建 QEMU、启动虚拟机。

工作区与模板边界

工作区根目录是面向使用者的入口：

  • linux/: Linux 内核源码。这里是主要工作树，可以替换成自己的 fork 或用 LINUX_DIR 指向外部源码树。
  • qemu-linux.mk: 工作区本地配置文件，推荐优先修改这里。
  • Makefile: 工作区 wrapper，保留 make run、make kernel、make qemu 等入口。
  • out/: 工作区构建输出。

.kernlab/ 是支持基础设施：

  • busybox/: BusyBox 源码（submodule）。
  • qemu/: QEMU 源码（submodule）。
  • scripts/bootstrap.sh: curl 驱动的工作区创建脚本。
  • scripts/init-template.sh: 模板仓库本地 checkout 初始化脚本。
  • scripts/build-kernel.sh: 内核构建脚本。
  • scripts/build-busybox.sh: BusyBox 构建脚本。
  • scripts/build-qemu.sh: QEMU 构建脚本。
  • scripts/build-initramfs.sh: initramfs 打包脚本。
  • scripts/run-qemu.sh: QEMU 启动脚本。
  • scripts/build-and-run-qemu.sh: 串联构建+启动。
  • scripts/ensure-build-deps.py: 构建依赖检查/自动安装脚本。

通常只编辑工作区的 linux/ 和 qemu-linux.mk。只有在开发模板功能时才进入 .kernlab/。

配置文件

工作区生成的 qemu-linux.mk 会把 Linux、BusyBox、QEMU 和输出目录分开：

TEMPLATE_DIR := $(CURDIR)/.kernlab
LINUX_DIR ?= $(CURDIR)/linux
BUSYBOX_DIR ?= $(TEMPLATE_DIR)/busybox
QEMU_DIR ?= $(TEMPLATE_DIR)/qemu
OUT_DIR ?= $(CURDIR)/out/$(ARCH)
INITRAMFS_DIR ?= $(CURDIR)/out/initramfs/$(ARCH_CANON)
BUSYBOX_OUT_DIR ?= $(CURDIR)/out/busybox/$(ARCH_CANON)
QEMU_BUILD_DIR ?= $(CURDIR)/out/qemu/$(ARCH_CANON)

常用字段：

  • ARCH: x86_64|arm|arm64|riscv
  • JOBS: 并行编译线程数
  • LINUX_DIR: Linux 源码目录；可指向工作区外的内核树
  • BUSYBOX_DIR / BUSYBOX_OUT_DIR / BUSYBOX_BIN: BusyBox 源码、输出和二进制覆盖
  • QEMU_DIR / QEMU_BUILD_DIR / QEMU_BIN: QEMU 源码、输出和二进制覆盖
  • OUT_DIR: 内核输出目录
  • INITRAMFS_DIR: initramfs 输出目录
  • LLVM: 1|0，默认使用 LLVM/Clang；设为 0 使用 GCC/binutils
  • KERNEL_DEBUG: 1|0，默认通过 bear 生成/刷新 compile_commands.json
  • ENSURE_BUILD_DEPS: 1|0，默认构建前检查并安装缺失依赖
  • MEMORY / SMP: QEMU 内存和 vCPU 覆盖；为空时使用架构默认值
  • KERNEL_CMDLINE: 覆盖默认 kernel cmdline
  • QEMU_ARGS: 追加传给 QEMU 的参数
  • INITRAMFS_HOSTNAME: 可选 /etc/hostname
  • INITRAMFS_BANNER: 可选启动横幅；默认 == custom kernel booted ==
  • INITRAMFS_EXTRA_DIR: 可选 rootfs overlay，打包前复制到 initramfs 根目录

所有字段都可被命令行覆盖：make run ARCH=arm64 LLVM=0。

外部项目用法

如果你的内核源码不在工作区 linux/，直接在 qemu-linux.mk 中指向它：

LINUX_DIR ?= /home/me/src/linux
ARCH ?= riscv
CROSS_COMPILE ?= riscv64-linux-gnu-

如果已有目标架构 BusyBox 或系统 QEMU，也可以跳过本仓库构建产物：

BUSYBOX_BIN ?= /opt/rootfs/riscv64/bin/busybox
QEMU_BIN ?= /usr/bin/qemu-system-riscv64

给 initramfs 加文件：

INITRAMFS_HOSTNAME ?= qemu-linux
INITRAMFS_BANNER ?= == booted from my template ==
INITRAMFS_EXTRA_DIR ?= $(CURDIR)/rootfs-overlay

rootfs-overlay 内的路径会原样覆盖到生成的 rootfs，例如 rootfs-overlay/etc/profile 会变成 initramfs 的 /etc/profile。

依赖

构建脚本会在真正编译前自动检查依赖。缺失时会按当前系统检测到的包管理器自动安装；已支持：apt-get、dnf、yum、pacman、zypper、apk。

手动检查示例：

python3 .kernlab/scripts/ensure-build-deps.py --component kernel --component busybox --component qemu --component initramfs --check-only --llvm --kernel-debug

如果不想自动安装依赖：

make run ENSURE_BUILD_DEPS=0

Debian/Ubuntu 手动安装示例（构建依赖，不包含系统 QEMU 二进制包）：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y \
  build-essential perl bc bison flex libelf-dev libssl-dev file binutils bear clang lld llvm \
  cpio gzip busybox python3 python3-venv ninja-build pkg-config \
  libglib2.0-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev

跨架构编译内核与 BusyBox 建议安装：

sudo apt-get install -y \
  gcc-arm-linux-gnueabihf gcc-aarch64-linux-gnu gcc-riscv64-linux-gnu \
  libc6-dev-armhf-cross libc6-dev-arm64-cross libc6-dev-riscv64-cross

发布 npm 初始化器

仓库通过 .github/workflows/publish.yml 使用 npm OIDC trusted publishing。发布前先检查包内容，然后推送匹配 package.json 版本的 tag：

npm pack --dry-run
git tag -a v$(node -p "require('./package.json').version") -m v$(node -p "require('./package.json').version")
git push origin --follow-tags

发布后用户可以直接运行：

npx create-kernlab@latest
npm create kernlab@latest

常用目标

make help
make init
make kernel ARCH=riscv
make busybox ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu-
make qemu ARCH=riscv
make initramfs ARCH=riscv
make run ARCH=riscv
make build-and-run ARCH=riscv
make clean ARCH=riscv

脚本直跑

推荐入口是工作区根目录的 make run。如需直接跑脚本，脚本也接受同一组环境变量：

ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- .kernlab/scripts/build-and-run-qemu.sh

分步执行：

ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- .kernlab/scripts/build-kernel.sh
ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- .kernlab/scripts/build-busybox.sh
ARCH=riscv .kernlab/scripts/build-qemu.sh
ARCH=riscv .kernlab/scripts/build-initramfs.sh
ARCH=riscv .kernlab/scripts/run-qemu.sh

输出目录

  • 内核：out/$ARCH/...
  • 内核编译数据库：out/$ARCH/compile_commands.json
  • clangd 入口：.kernlab/compile_commands.json
  • BusyBox：out/busybox/$ARCH/busybox
  • QEMU：out/qemu/$ARCH/qemu-system-*
  • initramfs：out/initramfs/$ARCH/initramfs.cpio.gz

手动刷新模板支持仓库通常只作为排障 fallback：

make init

故障排查

Starting init ... error -8：BusyBox 架构不匹配。用目标架构 BusyBox，或直接走 make run ARCH=<arch> 自动构建。

No working init found / Failed to execute /init (error -2)：initramfs 缺少动态加载器或 shell 链接损坏。先重新打包：make initramfs ARCH=<arch>。

byteswap.h: No such file or directory：跨架构 BusyBox 缺少对应交叉 libc 头文件。安装 libc6-dev-<arch>-cross 后重试。

riscv64-linux-gnu-objcopy ... unsupported GNU_PROPERTY_TYPE：常见于 GNU binutils 对新属性提示 warning；脚本在 riscv 下会优先用 llvm-objcopy/llvm-nm 降低噪音。

更多中文说明见 docs/qemu_kernel_run_zh.md。

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