使用Qemu和systemd nspawn搭建RISC V轻量级用户模式开发环境

除了本文，你还可以参考：https://github.com/felixonmars/archriscv-packages/wiki/Setup-Arch-Linux-RISC-V-Development-Environment

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QEMU 是什么

QEMU 是一套由法布里斯·贝拉(Fabrice Bellard)所编写的以 GPL 许可证分发源码的模拟处理器，在 GNU/Linux 平台上使用广泛。Bochs，PearPC 等与其类似，但不具备其许多特性，比如高速度及跨平台的特性，通过 KQEMU 这个闭源的加速器，QEMU 能模拟至接近真实电脑的速度。

systemd-nspawn 是什么

systemd-nspawn 就像是 chroot 命令,是吃了类固醇的 chroot (chroot on steroids) . systemd-nspawn 可用于在一个轻量命名空间容器中运行命令或操作系统。它比 chroot 更强大在于它完全虚拟化了文件系统层次结构、进程树、各种 IPC 子系统以及主机和域名。

环境搭建

一、准备工作

需要准备一台安装有 Linux 操作系统的电脑，这里推荐 Debian、Arch Linux

二、需要安装的软件

安装 QEMU

Debian 和 Ubuntu

安装 zstd（用于解压根文件系统）,qemu-user-static,systemd-container

$ sudo apt-get install zstd qemu-user-static systemd-container

apt-get 命令会自动帮你将依赖的软件包装好

Arch Linux

安装binfmt-qemu-static,qemu-user-static

$ sudo pacman -S qemu-user-static qemu-user-static-binfmt

Arch Linux 用户不用安装systemd-container

注意： 两个软件包在 archlinuxcn 源里面，如果没有添加 archlinuxcn 仓库的话，请看Arch Linux 中文社区仓库，添加 archlinuxcn 仓库，然后在安装软件包。

三、配置你的 RISC-V 环境

下载安装 arch risc-v 根文件系统

$ wget -c https://archriscv.felixc.at/images/archriscv-20220727.tar.zst

将下载的根文件系统解压缩

• arch linux 用户

  $ mkdir archriscv
  $ sudo bsdtar -xvf archriscv-20220727.tar.zst -C archriscv
  

• 非 arch linux 用户

  $ mkdir archriscv
  $ sudo tar -I zstd -xvf archriscv-20220727.tar.zst -C archriscv
  

四、启动虚拟机

$ sudo systemd-nspawn -D ./archriscv/ --machine archriscv -a -U

其中 -a 用于防止 PID=1 的程序不 reap zombie processes, -U 防止 sd-nspawn 内的进程使用 sd-nspawn 外用户的 UID。

$ systemd-nspawn --help
  -D --directory=PATH       Root directory for the container
  -M --machine=NAME         Set the machine name for the container
  -a --as-pid2              Maintain a stub init as PID1, invoke binary as PID2
  -U --private-users=pick   Run within user namespace, autoselect UID/GID range

更多信息可参考 systemd-nspawn(1)

五、检查环境及编译一个 RISC-V 程序

检查是否运行运行在 riscv64 模式

# uname -m
riscv64

安装 vim

# sudo pacman -S vim

使用 vim 编写一个简单的 c 程序

# vim hello.c

输入

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
        printf("Hello RISC-V! \n");
        return 0;
}

编译

# gcc hello.c -o hello

检查编译后的文件格式

# file hello
hello: ELF 64-bit LSB pie executable, UCB RISC-V, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux-riscv64-lp64d.so.1, BuildID[sha1]=4a75c57e4e99654dca0d6dc91689dffbbe7dc581, for GNU/Linux 4.15.0, not stripped

看到是 RISC-V 的 elf 文件就说明 gcc 正常 运行 hello

# ./hello
Hello RISC-V!

到此，轻量级的 RISC-V 开发环境就搭建好了