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一、引言：Qemu 是什么
二、Qemu 的安装秘籍
2.1 在 Ubuntu 上安装 Qemu
2.2 在 CentOS 上安装 Qemu
2.3 从源码编译安装 Qemu
三、Qemu 运行模式大揭秘
3.1 使用者模式
3.2 系统模式
四、Qemu 系统模式实战
4.1 准备工作
4.2 启动 Qemu 虚拟机
五、Qemu 网络配置技巧
5.1 User Mode Network
5.2 Tap/Tun Network
六、Qemu 进阶用法探索
6.1 Qemu 与 KVM 结合加速
6.2 Qemu 常用参数详解
七、总结与展望
一、引言：Qemu 是什么
在 Linux 的广阔技术天地里，Qemu 就像是一把神奇的万能钥匙，能够打开通往各种不同硬件平台和操作系统世界的大门，是一款功能强大的开源虚拟化软件，在虚拟化领域占据着举足轻重的地位。无论是开发人员进行跨平台开发，还是系统管理员测试不同的操作系统，Qemu 都能提供强大的支持。
与其他常见模拟器相比，Qemu 有着独一无二的优势。就拿 VirtualBox 来说，它虽然也是一款出色的虚拟机软件，广泛应用于日常的虚拟化需求，但在硬件平台的模拟支持上，Qemu 更胜一筹。Qemu 能够模拟多种不同的硬件平台，从常见的 x86 架构，到 ARM、PowerPC 等架构 ，这使得开发者可以在自己熟悉的计算机上，模拟运行不同架构的操作系统和应用程序，而无需实际拥有对应的硬件设备，大大降低了开发和测试成本。例如，在开发针对 ARM 架构的嵌入式软件时，借助 Qemu，开发者可以在 x86 架构的电脑上进行模拟开发和调试，而不用花费高昂的成本购买 ARM 硬件开发板。
再看 KVM（Kernel-based Virtual Machine），它是基于 Linux 内核的虚拟化技术，性能表现出色，但 Qemu 的灵活性是 KVM 难以比拟的。Qemu 不仅可以作为独立的虚拟化软件使用，还能与 KVM 结合，实现硬件加速的虚拟化，充分发挥两者的优势。同时，Qemu 还支持用户模式仿真，这意味着它可以在一种架构上运行另一种架构的程序，而 KVM 主要侧重于系统级的虚拟化。
二、Qemu 的安装秘籍
想要使用 Qemu，安装是第一步。在不同的 Linux 发行版中，Qemu 的安装方法各有特点，下面我就为大家详细介绍在常见的 Ubuntu 和 CentOS 系统上的安装步骤。
2.1 在 Ubuntu 上安装 Qemu
如果你使用的是基于 Debian 的 Ubuntu 系统，安装 Qemu 相对简单，通过包管理器就能轻松搞定。首先，打开终端，更新系统软件包列表，确保你安装的是最新版本的软件包，输入以下命令：
sudo apt update
更新完成后，就可以安装 Qemu 了。如果你只是想安装 Qemu 的基本功能，可以执行：
sudo apt install qemu-system
但如果你希望获得更完整的虚拟化体验，比如使用图形界面管理虚拟机，那就需要安装更多的组件 ，命令如下：
sudo apt install qemu qemu-kvm libvirt-daemon libvirt-clients bridge-utils virt-manager这里的qemu-kvm提供了 KVM 加速功能，可以显著提升虚拟机的性能；libvirt-daemon和libvirt-clients是管理虚拟机的工具；bridge-utils用于配置网络桥接，让虚拟机能够访问外部网络；virt-manager则是一个图形化的虚拟机管理工具，使用起来更加直观方便。
安装完成后，可以通过运行qemu-system-x86_64 –version来验证 Qemu 是否正确安装，并查看其版本信息。
2.2 在 CentOS 上安装 Qemu
对于使用 CentOS 系统的用户，同样可以利用包管理器进行安装。在安装之前，先确保系统已连接到互联网，并使用以下命令更新系统软件包列表：
sudo yum update
接着，安装 Qemu 软件包，命令如下：
sudo yum install qemu-system
如果需要安装图形界面管理工具virt-manager，可以执行：
sudo yum install virt-manager
安装完成后，为了让非 root 用户也能使用虚拟化功能，需要将用户添加到相应的组中，比如libvirt组 ，命令如下：
sudo usermod -a -G libvirt $(whoami)
newgrp libvirt2.3 从源码编译安装 Qemu
除了使用包管理器安装，从源码编译安装 Qemu 可以让你获得最新版本的 Qemu，并且能够根据自己的需求进行定制。不过，这个过程相对复杂一些，需要安装一些编译依赖。
以 Ubuntu 系统为例，首先安装编译所需的工具和依赖包：
sudo apt install build-essential libncurses5-dev libsdl1.2-dev libpixman-1-dev
然后，从 Qemu 官方网站（Download QEMU – QEMU ）下载最新的源码包，比如qemu-7.2.0.tar.xz 。下载完成后，解压源码包：
tar xvJf qemu-7.2.0.tar.xz
cd qemu-7.2.0接下来，进行配置。你可以通过./configure –help查看所有可用的配置选项。例如，如果要启用 KVM 加速，可以执行：
./configure --enable-kvm
配置完成后，开始编译，这一步可能需要一些时间，取决于你的计算机性能：
make -j4
这里的-j4表示使用 4 个线程进行编译，可以加快编译速度。编译完成后，执行安装命令：
sudo make install
安装完成后，就可以在/usr/local/bin目录下找到编译生成的 Qemu 可执行文件。
三、Qemu 运行模式大揭秘
3.1 使用者模式
使用者模式（User Mode）就像是一个神奇的 “翻译官”，让你可以在不拥有特定硬件平台的情况下，运行不同平台编译的 Linux 程序。在这种模式下，最显著的特点就是无需用户操心内核和虚拟磁盘的自定义配置，Qemu 会自动处理好一切，你只需专注于运行程序本身，使用起来非常便捷。
比如，当你在开发一款跨平台的应用程序时，可能需要在不同架构的处理器上进行测试，像 ARM、MIPS 等。如果没有 Qemu 的使用者模式，你可能需要购买对应的硬件开发板，成本高昂且耗时。而有了 Qemu，你只需在自己的 x86 架构电脑上，通过简单的命令就能运行针对其他架构编译的程序 ，大大提高了开发效率。
下面来看看如何在使用者模式下运行程序。如果你的程序是静态编译的，也就是在编译时使用了-static选项，这样编译出来的程序不依赖外部的动态链接库，运行起来就非常简单。假设你有一个针对 MIPS 架构编译的静态可执行程序hello，首先，你需要找到对应的 Qemu 模拟器二进制文件，比如qemu-mips ，可以使用which qemu-mips命令来查找它的路径。然后，将其复制到当前目录，使用以下命令即可运行程序：
$ cp $(which qemu-mips) .
$ ./qemu-mips hello "Hello World"执行上述命令后，你就能看到程序输出Hello World，就像在真实的 MIPS 架构设备上运行一样。
而对于动态编译的程序，由于它依赖动态链接库，运行时稍微复杂一些。例如，你有一个动态编译的busybox程序，直接使用qemu-mips运行会报错，因为它找不到所需的动态链接库。这时，你可以通过chroot命令来更改 Qemu 执行的根目录，将动态链接库所在的目录设置为根目录，假设busybox和它的动态链接库都在当前目录下的bin目录中，操作如下：
$ cp $(which qemu-mips) .
$ sudo chroot . ./qemu-mips ./bin/busybox这样，Qemu 就能在指定的目录中找到动态链接库，从而成功运行程序。
3.2 系统模式
系统模式（System Mode）则像是一个功能强大的 “虚拟世界建造者”，允许用户根据自己的需求，精细地定制虚拟计算机系统的各个组件。在系统模式下，你可以自由地指定运行的内核镜像、虚拟硬盘文件、内核命令行等参数，打造出一个与真实硬件环境高度相似的虚拟环境，这为系统开发、测试、教学等场景提供了极大的便利。
对于系统开发人员来说，在开发新的操作系统或者对现有操作系统进行定制化修改时，Qemu 的系统模式是一个不可或缺的工具。通过在 Qemu 中模拟不同的硬件平台和操作系统环境，可以方便地进行内核调试、驱动开发和系统优化等工作。例如，在开发一款基于 ARM 架构的嵌入式操作系统时，开发人员可以使用 Qemu 创建一个虚拟的 ARM 开发板环境，在这个环境中进行操作系统的编译、安装和调试，避免了在真实硬件上频繁烧录系统带来的麻烦，同时也降低了开发成本。
在系统测试方面，Qemu 的系统模式也发挥着重要作用。软件测试人员可以利用 Qemu 创建多个不同配置的虚拟机，模拟各种实际使用场景，对软件进行全面的兼容性和稳定性测试。比如，测试一款软件在不同版本的 Windows 和 Linux 操作系统上的运行情况，就可以通过 Qemu 快速创建对应的虚拟机环境，无需为每一种操作系统准备一台真实的物理机。
在教学领域，Qemu 的系统模式为学生提供了一个安全、可定制的实验环境。学生可以在 Qemu 中学习操作系统的安装、配置和管理，进行网络实验、数据库实验等，而不用担心误操作导致真实系统的损坏。例如，在学习 Linux 系统管理时，学生可以使用 Qemu 创建一个 Linux 虚拟机，在其中进行用户管理、文件系统操作、服务配置等实验，加深对知识的理解和掌握。
四、Qemu 系统模式实战
4.1 准备工作
在开始 Qemu 系统模式的实战之旅前，我们需要准备好一些必要的文件，就像是踏上冒险前要备好装备一样。其中，内核镜像和 IDE 硬盘镜像尤为重要。
对于内核镜像，我们可以从 Debian 官网（Debian — The Universal Operating System ）获取。在官网中，进入 “Getting Debian” 菜单，选择 “Download”，然后根据自己的需求选择合适的 Debian 版本和架构，比如 “Stable” 版本和 “amd64” 架构。在镜像类型中，“Netinst” 是安装最小化版本的不错选择，它能让我们快速搭建起一个基础的系统环境。选择好后，点击下载链接，就能获取到所需的内核镜像文件。
而 IDE 硬盘镜像，我们可以使用qemu-img工具来创建。qemu-img是 Qemu 提供的一个磁盘管理工具，功能十分强大。例如，要创建一个名为debian.img，大小为 10GB 的 qcow2 格式的硬盘镜像，可以使用以下命令：
qemu-img create -f qcow2 debian.img 10G
这里的-f参数指定了镜像文件的格式为qcow2，这是一种常用的磁盘镜像格式，具有占用空间小、支持快照等优点 。
4.2 启动 Qemu 虚拟机
一切准备就绪后，就可以启动 Qemu 虚拟机了。启动 Qemu 虚拟机的命令包含多个参数，每个参数都有其特定的作用，通过合理配置这些参数，我们可以打造出符合自己需求的虚拟机环境。
假设我们已经下载好了 Debian 的内核镜像文件vmlinuz，并创建了硬盘镜像debian.img，下面是启动 Qemu 虚拟机的命令示例：
qemu-system-x86_64
-kernel vmlinuz
-hda debian.img
-append "root=/dev/sda console=ttyS0"
-nographic下面来详细解释一下这些参数：
qemu-system-x86_64：这是 Qemu 针对 x86_64 架构的模拟器可执行文件，不同的架构可能有不同的可执行文件，比如qemu-system-arm用于 ARM 架构。
-kernel vmlinuz：指定使用的内核镜像文件为vmlinuz，这个文件包含了操作系统的核心代码，是启动虚拟机的关键。
-hda debian.img：将debian.img作为虚拟机的硬盘，-hda表示使用第一个 IDE 硬盘接口 ，如果有多个硬盘，可以使用-hdb、-hdc等参数指定。
-append “root=/dev/sda console=ttyS0″：-append参数用于向内核传递启动参数。root=/dev/sda指定了根文件系统所在的设备为/dev/sda，也就是我们前面指定的硬盘镜像；console=ttyS0指定了串口终端为控制台，这样我们就可以通过串口与虚拟机进行交互。
-nographic：表示不使用图形界面，以纯文本模式启动虚拟机。如果不添加这个参数，Qemu 会尝试启动图形界面，但在某些情况下可能会出现兼容性问题。如果需要使用图形界面，可以去掉这个参数，并确保系统安装了相关的图形库和显示驱动。
执行上述命令后，Qemu 就会启动虚拟机，并加载我们指定的内核镜像和硬盘镜像。如果一切顺利，你将在终端中看到虚拟机的启动过程，就像在真实的计算机上启动系统一样。
五、Qemu 网络配置技巧
在使用 Qemu 的过程中，网络配置是一个至关重要的环节，它直接关系到虚拟机与外界的通信能力。Qemu 提供了多种网络配置方式，其中 User Mode Network 和 Tap/Tun Network 是较为常用的两种，下面我将为大家详细介绍这两种网络配置方式的特点和配置方法。
5.1 User Mode Network
User Mode Network 就像是一个便捷的 “网络代理”，它实现虚拟机上网非常简单，类似于 VMware 里的 NAT 模式 。在这种模式下，Qemu 使用 Slirp 实现了一整套 TCP/IP 协议栈，不需要管理员权限就能运行，这使得它在一些对权限要求严格的场景中非常实用。
比如，当你只是需要让虚拟机能够访问互联网，进行软件更新、下载文件等操作时，User Mode Network 就能轻松满足需求。虚拟机里使用 DHCP 方式获取 IP，Qemu 启动时加入-user-net参数，虚拟机即可与互联网通信 ，就像为虚拟机找到了一个通往互联网的快速通道。
不过，User Mode Network 也存在一些局限性，其中最明显的就是虚拟机与主机的通信不太方便。由于它在 Qemu 内部实现所有网络协议栈，相对性能也较差。例如，在进行文件传输、远程调试等需要频繁与主机交互的操作时，可能会遇到延迟较高、连接不稳定等问题。
下面来看具体的配置方法。假设你已经启动了一个 Qemu 虚拟机，要让它通过 User Mode Network 上网，可以在启动命令中加入相关参数，例如：
qemu-system-x86_64
-hda debian.img
-net user,hostfwd=tcp::10022-:22
-nographic这里的-net user表示使用 User Mode Network，hostfwd=tcp::10022-:22表示将宿主机的 10022 端口转发到虚拟机的 22 端口，这样就可以通过 SSH 连接到虚拟机 ，方便进行远程管理。
5.2 Tap/Tun Network
Tap/Tun Network 则像是一座功能强大的 “网络桥梁”，它能让虚拟机与主机、互联网之间的通信变得十分容易，设置上类似 VMware 的 host – only 模式 。这种方式使用 Tun/Tap 设备在主机上增加一块虚拟网络设备，比如tun0，然后就可以像真实网卡一样配置它，具有很好的性能，并且支持各种虚拟网络拓扑 ，在需要构建复杂网络环境的场景中应用广泛。
比如，在进行网络测试、开发网络应用程序时，需要虚拟机与主机之间能够高效、稳定地通信，Tap/Tun Network 就能很好地满足这些需求。通过合理配置，虚拟机可以与主机处于同一个局域网中，实现文件共享、远程访问等功能，就像它们是真实的物理设备连接在同一个网络中一样。
要使用 Tap/Tun Network，首先需要确保内核支持 Tun/Tap 设备。你可以通过检查/dev/net/tun文件是否存在来确认，如果不存在，可以按照以下步骤进行配置。假设你使用的是基于 Debian 的系统：
安装相关工具包，使用以下命令：
sudo apt-get install uml-utilities bridge-utils
确认内核支持 Tun/Tap 设备，如果/dev/net/tun文件不存在，可以尝试手动创建：
sudo mkdir /dev/net
sudo mknod /dev/net/tun c 10 200
sudo /sbin/modprobe tun创建一个 Tun/Tap 初始化脚本，例如/etc/qemu-ifup ，内容如下：
#!/bin/sh
/sbin/ifconfig $1 172.20.0.1 up然后给予该脚本执行权限：
sudo chmod +x /etc/qemu-ifup
启动 Qemu 虚拟机时，配置网络参数。假设你已经创建好了硬盘镜像debian.img，启动命令如下：
qemu-system-x86_64
-hda debian.img
-net nic
-net tap,ifname=tap0,script=/etc/qemu-ifup,downscript=no
-nographic这里的-net nic表示创建一个网卡，-net tap表示使用 Tap 设备，ifname=tap0指定了 Tap 设备的名称为tap0，script=/etc/qemu-ifup指定了初始化脚本，downscript=no表示不使用关闭脚本。
配置虚拟机的网络参数，使其与主机在同一网段。例如，主机上tun0的 IP 地址为172.20.0.1 ，子网掩码为255.255.0.0 ，则虚拟机的 IP 地址可以设置为172.20.0.100 ，网关为172.20.0.1 ，DNS 可以设置为主机的 DNS 或者公共 DNS，如8.8.8.8 。
通过以上步骤，就完成了 Tap/Tun Network 的配置，虚拟机就可以与主机、互联网进行通信了。
六、Qemu 进阶用法探索
6.1 Qemu 与 KVM 结合加速
在虚拟化的世界里，追求更高的性能是永恒的主题。Qemu 虽然功能强大，但在性能方面，单独使用时可能无法满足一些对性能要求苛刻的场景。这时，KVM（Kernel-based Virtual Machine）就像是一位强力助手，与 Qemu 结合后，能为虚拟机的运行带来显著的性能提升。
KVM 是基于 Linux 内核的虚拟化技术，它利用硬件辅助虚拟化（如 Intel VT 或 AMD-V），让虚拟机中的部分指令能直接在真实 CPU 中执行 ，大大提高了虚拟机的运行效率。简单来说，KVM 就像是一座桥梁，连接了虚拟机和硬件，让虚拟机能够更高效地利用硬件资源。
当 Qemu 与 KVM 结合时，Qemu 主要负责模拟硬件设备，如网卡、显卡、存储控制器等，而 KVM 则专注于提供 CPU 和内存的虚拟化支持。这种分工合作的方式，充分发挥了两者的优势，使得虚拟机的性能得到了极大的提升。例如，在运行大型数据库服务器、高性能计算任务等对性能要求较高的场景中，Qemu 与 KVM 结合后的表现要远远优于单独使用 Qemu。
那么，如何将 Qemu 与 KVM 结合使用呢？首先，需要确保你的系统支持硬件虚拟化。对于 Intel CPU，可以通过grep “vmx” /proc/cpuinfo命令来检查；对于 AMD CPU，则使用grep “svm” /proc/cpuinfo命令 。如果输出结果中包含vmx（Intel）或svm（AMD），则说明你的 CPU 支持硬件虚拟化。
接下来，安装qemu-kvm软件包。在基于 Debian 的系统中，如 Ubuntu，使用以下命令进行安装：
sudo apt install qemu-kvm
在基于 RPM 的系统中，如 CentOS，命令如下：
sudo yum install qemu-kvm
安装完成后，就可以使用kvm命令替代qemu-system-x86_64命令来启动虚拟机了。例如，原来使用qemu-system-x86_64启动虚拟机的命令如下：
qemu-system-x86_64
-hda debian.img
-m 2048
-nographic使用kvm命令启动时，只需将qemu-system-x86_64替换为kvm即可：
kvm
-hda debian.img
-m 2048
-nographic这样，虚拟机就会在 KVM 的加速下运行，性能会有明显的提升。在实际使用中，你可以根据自己的需求，进一步优化 KVM 和 Qemu 的配置，以获得更好的性能表现。例如，可以调整虚拟机的 CPU 和内存分配，优化存储和网络配置等。
6.2 Qemu 常用参数详解
在使用 Qemu 启动虚拟机时，掌握常用参数的用法至关重要，这些参数就像是一把把钥匙，能够帮助我们根据不同的需求，打造出个性化的虚拟机环境。下面，我将为大家深入解析一些启动系统时常用的参数。
内存相关参数：-m参数用于指定虚拟机的内存大小，单位可以是 MB 或 GB。例如，-m 2048表示为虚拟机分配 2048MB（即 2GB）的内存。合理分配内存对于虚拟机的性能至关重要，如果内存分配过小，虚拟机在运行复杂应用程序时可能会出现卡顿；而分配过大，则会浪费宿主机的资源。比如，运行一个简单的 Linux 桌面环境，2GB 内存通常就足够了，但如果要运行大型数据库服务器，可能需要 4GB 甚至更多的内存。
BIOS 相关参数：-bios参数用于指定虚拟机使用的 BIOS。默认情况下，Qemu 使用的是 SeaBIOS，但在一些特殊场景中，我们可能需要使用其他的 BIOS，比如 OVMF（用于 UEFI 启动） 。例如，-bios OVMF.fd表示使用OVMF.fd作为虚拟机的 BIOS，这样就可以支持 UEFI 启动，方便安装一些需要 UEFI 支持的操作系统，如 Windows 10 的 64 位版本。
串口相关参数：-serial stdio参数用于指定串口输出，它将串口设备重定向到标准输入输出（即终端）。在调试内核、查看系统启动日志等场景中，这个参数非常有用。比如，当我们在虚拟机中安装操作系统时，如果遇到问题，可以通过串口输出查看详细的安装过程和错误信息，从而快速定位问题。
CPU 相关参数：-smp参数用于指定虚拟机的 CPU 核心数。例如，-smp 4表示为虚拟机分配 4 个 CPU 核心。根据虚拟机的工作负载，合理分配 CPU 核心数可以提高其运行效率。如果虚拟机主要用于运行单线程应用程序，过多的 CPU 核心可能并不会带来明显的性能提升；但对于多线程的计算任务，增加 CPU 核心数可以显著加快处理速度。
存储设备相关参数：-hda参数用于指定第一个硬盘镜像文件，例如-hda debian.img将debian.img作为虚拟机的主硬盘。-cdrom参数则用于指定光盘镜像文件，常用于加载操作系统安装镜像，如-cdrom ubuntu.iso 。另外，-drive参数提供了更灵活的存储设备配置方式，支持多种格式和选项。例如，-drive file=disk.qcow2,format=qcow2,if=virtio指定了一个格式为qcow2的硬盘镜像文件disk.qcow2，并使用virtio接口，virtio接口具有高性能的特点，适合在虚拟机中使用。
网络相关参数：-net nic用于添加一个虚拟网卡，默认是e1000网卡。-net user表示使用用户模式网络，提供 NAT 功能，让虚拟机可以访问外部网络，但外部无法直接访问虚拟机，适用于简单的网络需求，如虚拟机上网下载文件。而-net bridge,br=br0则用于配置桥接网络，br=br0指定了宿主机的网桥设备为br0，通过这种方式，虚拟机可以与宿主机共享网络接口，直接与外部网络通信，适用于需要高性能网络的场景，如网络测试、开发网络应用程序等。
七、总结与展望
通过本文的介绍，相信大家已经对 Qemu 的使用有了较为深入的了解。从安装到运行模式，再到网络配置和进阶用法，Qemu 展现出了强大的功能和灵活性，无论是进行跨平台开发、系统测试，还是开展教学与研究工作，Qemu 都能成为你的得力助手。
Qemu 的应用场景远不止于此。在漏洞挖掘领域，Qemu Fuzzer 这款基于 AFL 的模糊测试工具，通过修改 Qemu 源代码，使 AFL 能够控制其内部状态，对 Qemu 虚拟机进行深度安全漏洞挖掘，帮助开发者及时发现并修复潜在的安全问题 ，保障系统的安全性。在操作系统研究中，借助 Qemu，研究人员可以模拟各种不同的硬件平台和操作系统环境，深入探究操作系统的内核机制、内存管理、设备驱动等方面的知识，为操作系统的优化和创新提供有力支持。
如果你对 Qemu 感兴趣，不妨进一步探索它在更多场景下的应用。你可以尝试在 Qemu 中运行不同架构的操作系统，如 ARM、PowerPC 等，体验跨平台的开发乐趣；也可以利用 Qemu 进行网络实验，构建复杂的网络拓扑，研究网络协议和网络安全；还可以深入研究 Qemu 与其他技术的结合，如与容器技术相结合，探索新的应用交付和部署方式。相信在不断的探索中，你会发现 Qemu 更多的魅力和价值。
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