StratoVirt 启动准备

StratoVirt提供了轻量虚拟机和标准虚拟机两种机型。两种机型的启动过程如下。

轻量虚拟机启动过程

1. 构建内核镜像

StratoVirt的轻量虚拟机机型在x86_64平台上支持PE格式或是bzImage格式的内核镜像，在 aarch64平台上支持PE格式的内核镜像。通过以下步骤来构建内核镜像：

首先，获取openEuler内核源码:

$ git clone -b kernel-5.10 --depth=1 https://gitee.com/openeuler/kernel
$ cd kernel

如果你安装我们openEuler的21.03版本，也可以通过使用yum源的方式来获取内核源码：

$ sudo yum install kernel-source
$ cd /usr/src/linux-5.10.0-0.0.0.7.oe1.$(uname -m)/

配置linux内核信息。你可以使用我们提供的轻量虚拟机内核配置文件并且将配置文件重命名为.config拷贝至kernel路径下。当然你也可以通过命令修改内核编译选项:
```
$ make menuconfig
```

构建并将内核镜像转换为PE格式。

$ make -j$(nproc) vmlinux && objcopy -O binary vmlinux vmlinux.bin

如果你想要在x86_64平台编译bzImage格式内核镜像。
```
$ make -j$(nproc) bzImage
```

2. 构建rootfs镜像

Rootfs镜像是一种文件系统镜像。在StratoVirt启动时可以挂载带有/sbin/init的EXT4格式镜像。你可以查看附录。

3. 启动命令样例

/usr/bin/stratovirt \
    -machine microvm \
    -kernel /path/to/kernel \
    -smp 1 \
    -m 1024m \
    -append "console=ttyS0 pci=off reboot=k quiet panic=1 root=/dev/vda" \
    -drive file=/path/to/rootfs,id=rootfs,readonly=off,direct=off \
    -device virtio-blk-device,drive=rootfs,id=rootfs \
    -qmp unix:/path/to/socket,server,nowait \
    -serial stdio

标准虚拟机启动过程

标准虚拟机有两种启动方式，第一种使用kernel+rootfs；另一种是使用预先安装好guest 操作系统的raw格式镜像。

接下来讲解如何通过以上所述的两种方式启动标准虚拟机。以上两种启动方式均需使用标准启动固件，为此首先讲解如何获取标准启动固件。

1. 获取标准启动固件

标准启动需要启动固件。Stratovirt仅支持在x86_64和aarch64平台上从UEFI（统一可扩展固件接口）启动。

EDK2是一个实现了UEFI规范的开源项目。我们使用EDK2作为固件启动虚拟机，因此我们必须获得相应的EDK2二进制文件.

有两种方法可以获取EDK2二进制文件，通过yum源直接安装或从源代码编译。具体步骤如下。请注意，EDK2二进制文件包含两个文件，一个用于存储可执行代码，另一个用于存储引导数据。

1.1 直接安装EDK2

在x86_64平台, 运行

$ sudo yum install -y edk2-ovmf

在aarch64平台, 运行

$ sudo yum install -y edk2-aarch64

安装edk2之后，在x86_64平台, OVMF_CODE.fd 和 OVMF_VARS.fd 文件存在于 /usr/share/edk2/ovmf 目录下。在aarch64平台， QEMU_EFI-pflash.raw 和 vars-template-pflash.raw 文件会存在于/usr/share/edk2/aarch64 目录下。

1.2 从源代码编译

# 安装必要依赖包用于编译edk2。
yum install git nasm acpica-tools -y

# 克隆 edk2 源代码.
git clone https://github.com/tianocore/edk2.git
cd edk2
git checkout edk2-stable202102
git submodule update --init

# 编译 edk2, 并获取固件文件用于启动StratoVirt。
arch=`uname -m`
if [ ${arch} = "x86_64" ]; then
    echo "ACTIVE_PLATFORM = OvmfPkg/OvmfPkgX64.dsc" >> Conf/target.txt
    echo "TARGET_ARCH = X64" >> Conf/target.txt
elif [ ${arch} = "aarch64" ]; then
    echo "ACTIVE_PLATFORM = ArmVirtPkg/ArmVirtQemu.dsc" >> Conf/target.txt
    echo "TARGET_ARCH = AARCH64" >> Conf/target.txt
else
    echo "${arch} architecture not supported."
    exit 1
fi

echo "TOOL_CHAIN_TAG = GCC5" >> Conf/target.txt
echo "BUILD_RULE_CONF = Conf/build_rule.txt" >> Conf/target.txt
echo "TARGET = RELEASE" >> Conf/target.txt

make -C BaseTools
. ./edksetup.sh
build


if [ ${arch} = "x86_64" ]; then
    cp ./Build/OvmfX64/RELEASE_GCC5/FV/OVMF_CODE.fd /home/
    cp ./Build/OvmfX64/RELEASE_GCC5/FV/OVMF_VARS.fd /home/
elif [ ${arch} = "aarch64" ]; then
    dd if=/dev/zero of=/home/STRATOVIRT_EFI.raw bs=1M count=64
    dd of=/home/STRATOVIRT_EFI.raw if=./Build/ArmVirtQemu-AARCH64/RELEASE_GCC5/FV/QEMU_EFI.fd conv=notrunc
    dd if=/dev/zero of=/home/STRATOVIRT_VAR.raw bs=1M count=64
fi

编译edk2之后，在x86_64平台， OVMF_CODE.fd 和 OVMF_VARS.fd 文件会位于 /home 目录下。在aarch64平台， STRATOVIRT_EFI.raw 和 STRATOVIRT_VAR.raw 文件会位于 /home 目录下.

2. 以 kernel + rootfs 方式启动标准虚拟机

2.1 构建内核镜像

StratoVirt的标准虚拟机机型支持x86_64平台的bzImage格式内核镜像和aarch64平台的PE格式内核镜像。内核镜像构建如下：

获取openEuler内核源码:

$ git clone -b kernel-5.10 --depth=1 https://gitee.com/openeuler/kernel
$ cd kernel

配置linux内核信息。你可以使用我们提供的标准虚拟机内核配置文件并且将配置文件重命名为.config拷贝至kernel路径下。

构建内核镜像

# 在aarch64平台，将内核镜像转换为PE格式。
$ make -j$(nproc) vmlinux && objcopy -O binary vmlinux vmlinux.bin

# 在x86_64平台，将内核镜像转换为bzImage格式.
$ make -j$(nproc) bzImage

除了手动构建内核镜像的方式以外，也可以直接从 openEuler 官网下载对应的内核镜像。

2.2 构建rootfs镜像

为标准虚拟机构建rootfs镜像实际上与轻量虚拟机相同。你可以通过附录查看更多的详细信息。

3. 以 raw 格式镜像启动标准虚拟机

3.1 获取 raw 格式镜像

你可以从 openEuler 官网下载已经安装好的 qcow2 镜像。

下载之后，可以利用 qemu-img 命令进行转换。接下来以 openEuler-21.03 版本的 qcow2 镜像为例给出具体命令：

$ xz -d openEuler-21.03-x86_64.qcow2.xz
$ qemu-img convert -f qcow2 -O raw openEuler-21.03-x86_64.qcow2 openEuler-21.03-x86_64.raw

至此就获得了可以使用的 raw 格式镜像。

4. 以 direct kernel boot 方式启动标准虚拟机

为virt虚机主板提供直接从kernel启动的模式。在该模式下，不需要UEFI和APCI表，虚拟机将跳过UEFI启动阶段，直接从kernel启动，从而加快启动速度。

启动命令行如下：

/usr/bin/stratovirt \
    -machine virt \
    -kernel /path/to/kernel \
    -smp 1 \
    -m 2G \
    -append "console=${con} reboot=k panic=1 root=/dev/vda rw" \
    -drive file=/path/to/rootfs,id=rootfs,readonly=off,direct=off \
    -device virtio-blk-pci,drive=rootfs,id=blk1,bus=pcie.0,addr=0x2 \
    -qmp unix:/path/to/socket,server,nowait \
    -serial stdio

说明：当前只支持ARM架构下virt虚机主板快速启动标准虚拟机。

5. 启动命令行样例

请注意，标准虚拟机需要两个PFlash设备，它们将使用来自与EDK2二进制的两个固件文件。如果你不需要保持启动信息，单元序列为1的数据存储文件可以被省略。但是单元序号为0的代码存储文件是必须的。

首先给出 kernel + rootfs 的启动命令，具体如下：

arch=`uname -m`
if [ ${arch} = "x86_64" ]; then
    con=ttyS0
    machine="q35"
elif [ ${arch} = "aarch64" ]; then
    con=ttyAMA0
    machine="virt"
else
    echo "${arch} architecture not supported."
    exit 1
fi

/usr/bin/stratovirt \
    -machine ${machine} \
    -kernel /path/to/kernel \
    -smp 1 \
    -m 2G \
    -append "console=${con} reboot=k panic=1 root=/dev/vda rw" \
    -drive file=/path/to/rootfs,id=rootfs,readonly=off,direct=off \
    -device virtio-blk-pci,drive=rootfs,id=blk1,bus=pcie.0,addr=0x2 \
    -drive file=/path/to/OVMF_CODE.fd,if=pflash,unit=0,readonly=true \
    -drive file=/path/to/OVMF_VARS.fd,if=pflash,unit=1 \
    -qmp unix:/path/to/socket,server,nowait \
    -serial stdio

最后给出 raw 格式镜像的启动命令，具体如下:

/usr/bin/stratovirt \
    -machine ${machine} \
    -smp 1 \
    -m 2G \
    -drive file=/path/to/raw_image,id=raw_image,readonly=off,direct=off \
    -device virtio-blk-pci,drive=raw_image,id=blk1,bus=pcie.0,addr=0x2 \
    -drive file=/path/to/OVMF_CODE.fd,if=pflash,unit=0,readonly=true \
    -drive file=/path/to/OVMF_VARS.fd,if=pflash,unit=1 \
    -qmp unix:/path/to/socket,server,nowait \
    -serial stdio

附录

以下是一种制作EXT4格式rootfs镜像的方法：

准备一个合适大小的文件（例如 1G）：

$ dd if=/dev/zero of=./rootfs.ext4 bs=1G count=20

在这个文件上创建一个空的EXT4格式的文件系统：
```
$ mkfs.ext4 ./rootfs.ext4
```

挂载文件系统镜像:

$ mkdir -p /mnt/rootfs
$ sudo mount ./rootfs.ext4 /mnt/rootfs && cd /mnt/rootfs

获取最新的alpine-minirootfs ：

$ arch=`uname -m`
$ wget http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.13/releases/$arch/alpine-minirootfs-3.13.0-$arch.tar.gz -O alpine-minirootfs.tar.gz
$ tar -zxvf alpine-minirootfs.tar.gz
$ rm alpine-minirootfs.tar.gz

为EXT4格式文件系统镜像制作一个简单的 /sbin/init 。

$ rm sbin/init && touch sbin/init && cat > sbin/init <<EOF
#! /bin/sh
mount -t devtmpfs dev /dev
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
ip link set up dev lo

exec /sbin/getty -n -l /bin/sh 115200 /dev/ttyS0
poweroff -f
EOF

$ sudo chmod +x sbin/init

注意: alpine仅是一个例子。你可以使用任何开源的拥有init/systemd的rootfs文件系统来制作rootfs镜像。

卸载rootfs镜像：
```
$ cd ~ && umount /mnt/rootfs
```

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1. 构建内核镜像

2. 构建rootfs镜像

3. 启动命令样例

标准虚拟机启动过程

1. 获取标准启动固件

1.1 直接安装EDK2

1.2 从源代码编译

2. 以 kernel + rootfs 方式启动标准虚拟机

2.1 构建内核镜像

2.2 构建rootfs镜像

3. 以 raw 格式镜像启动标准虚拟机

3.1 获取 raw 格式镜像

4. 以 direct kernel boot 方式启动标准虚拟机

5. 启动命令行样例

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