By Falcon of TinyLab.org2016-07-20 01:46:26

1 缘起

早在大学的时候，就尝试过，在学校报废的古老 i386 的机器上跑 User Mode Linux，为 兰大开源社区 的用户提供过在线 Linux 虚拟实验环境，目的就是希望为大家降低 Linux 学习准入的门槛。

而比较近的尝试是 Linux 0.11 Lab，一个基于 Docker/Qemu，可以在 5 分钟内构建的 Linux 0.11 实验环境。

这些动作的背后是意识到，很多时候，工程类的学习之所以不能深入或者久久无法入门，很大程度是卡在实践必须的实验环境的构建上。

要知道，我上大研究生那伙，一个月 400 块的补助，除了吃喝，根本就没钱买开发板，幸好实验室有大量板子可以玩。但是，作为学生，大多没有经济收入来源，不一定那么容易取得所需的开发板。

而另外一个方面是，即使是有钱买板子，如果只是想研究某个内核特性，那些折腾板子的挫折也可能彻底堵住 Linux 求学之路。

所以，有幸有这么多前辈们铺路，先有了比 User Mode Linux 更强大的虚拟机 Qemu/KVM，后有了容器 Docker，整个的开发环境搭建过程变得非常地便捷。

从最初玩 Linux 0.11，花了不下 2 个多礼拜才把环境搭建起来，把环境分享出去后，也前前后后还有几十号人跟我咨询讨论，在实验环境一项上就来来回回折腾浪费了很多精力。而到现在，Linux 0.11 Lab 只要 5 分钟就可以搭建，华科的两个大一女生前不久来邮件讨论说添加 System Call 遇到了问题，原来她们很轻松就用 Linux 0.11 Lab 把环境搭建并做起实验来了。这不单单是节约生命，而且大大疏通了 Linux 求学的路途。

Linux 0.11 很适合操作系统基本原理的学习，但是要搞嵌入式开发，搞 Android 智能手机，还得研究最新的主线 Linux。所以一个更便捷的 Linux 实验环境也来得非常迫切。

大约在 2011 年左右，当时有利用业余时间提案并申请 CELF （消费电子 Linux 基金会）的项目，主要是做 Linux 裁剪，其中重中之重，就是 gc-section。

当时做 gc-section 的初衷就是要往社区提的，在提交之前，必须有足够充足的测试和验证。当时都已经毕业了，也搞不到那么多开发板做测试，于是用 Qemu 针对 4 个架构都编译了 Linux 内核，创建了 initrd，并写了脚本来做自动化测试、验证和调试。但是这些脚本不够完善，不同架构的支持也是比较零散，所以那时很迫切的一个目标就是整理出一个完整的脚本环境。

可惜地是，之后很长一段时间，工作忙碌起来，那个裁剪项目最终也未能顺利完成，相关项目也还只是停留在自己的代码仓库中（中途有过华为的同学来电咨询过 Patch 移植）。随着 Linux 0.11 Lab 的成功，迫切觉得有必要把之前那些工作成果捡起来，通过 Docker 整合一下，分享给行业，造福更多的同学，也方便大家更容易从事 Linux 方面的学习、工作和研究。

2 目标和现状

目标是非常清晰，那就是这个环境：

• 得基于 Qemu，天生要支持一大堆的免费开发板和处理器架构，使得自然而然地获得一个完整的 Linux 开发板仓库，可以方便各种开发、调试与测试。
• 另外一个是，基于 Docker，可以快速构建和复制这个实验环境，避免一条一条命令反反复复地敲，节约生命。
• 再一个是选择一个居中规模的 rootfs 构建工具：Buildroot，可以用它灵活构建具有各种工具的小型文件系统，这样就很方便整合自己需要的工具。

有了这几个目标以后，最近两周终于下定决心把之前的脚本环境和进行 gc-section 开发时保留的内核配置文件等充分利用起来，然后快速构建了一个 Linux Lab 框架：

• Linux Lab 代码仓库
• Linux Lab 项目首页

通过两周的迭代，已经完成了 4 个常见架构（ARM、 X86、PowerPC、MIPS），支持从 /dev/ram 和 /dev/nfs 加载 rootfs，支持串口和图形，内建网络支持…… 接下来，在线调试支持和 Android emulator 的支持很快就会到位了。

当然，也热烈欢迎大家提交PR，提交各种新的架构和内核版本等配置。

3 尝鲜

未来的迭代还会继续，但是已经不妨碍我们尝鲜了，以 Ubuntu 和 Qemu 为例：

3.1 下载

  
  
git clone https://github.com/tinyclub/linux-lab.git

3.2 安装

  
  
$ sudo tools/install-docker-lab.sh
$ tools/update-lab-uid.sh         # 确保 uid 一致，两边都可操作
$ tools/update-lab-identify.sh    # 关闭登陆密码，允许无密登陆
$ tools/run-docker-lab.sh

3.3 启动

执行 tools/open-docker-lab.sh 后会打开一个 VNC 网页，输入 ubuntu 密码登陆即可，之后打开一个控制台：

  
  
$ sudo -s
$ cd /linux-lab
$ make boot

默认会启动一个 versatilepb 的 ARM 板子，要指定一块开发板，可以用：

  
  
$ make list                   # 查看支持的列表
$ make MACH=malta             # 这里选择一块 MIPS 板子：malta
$ make boot

3.4 下载更多源码

  
  
$ make source -j3             # 同时下载 linux-stable, qemu 和 buildroot

3.5 配置

  
  
$ make root-defconfig         # 配置根文件系统
$ make kernel-checkout        # 从代码仓库检出特定的内核版本（执行前请确保本地修改有备份）
$ make kernel-defconfig       # 配置内核
$ make root-menuconfig         # 手动配置根文件系统
$ make kernel-menuconfig       # 手动配置内核

3.6 编译

  
  
$ make root         # 编译根文件系统，稍微有点慢，需要下载带 sysroot 的编译器
$ make kernel       # 编译内核，采用 Ubuntu 和 emdebian.org 提供的交叉编译器

3.7 保存所有改动

  
  
$ make save         # 保存新的配置和新产生的镜像
$ make kconfig-save # 保存到 machine/BOARD/
$ make rconfig-save
$ make root-save    # 保存到 prebuilt/
$ make kernel-save

3.8 启动新的根文件系统和内核

需要打开 machine/BOARD/Makefile 屏蔽已经编译的 KIMAG 和 ROOTFS，此时会启动 output/ 目录下刚编译的 rootfs 和内核：

  
  
$ vim machine/versatilepb/Makefile
#KIMAGE=$(PREBUILT_KERNEL)/$(XARCH)/$(MACH)/$(LINUX)/zImage
#ROOTFS=$(PREBUILT_ROOTFS)/$(XARCH)/$(CPU)/rootfs.cpio.gz
$ make boot

3.9 启动串口

  
  
$ make boot G=0	# 使用组合按键：`CTL+a x` 退出，或者另开控制台执行：`pkill qemu`

3.10 选择 Rootfs 设备

  
  
$ make boot ROOTDEV=/dev/nfs
$ make boot ROOTDEV=/dev/ram

3.11 扩展

通过添加或者修改 machine/BOARD/Makefile，可以灵活配置开发板、内核版本以及 BuildRoot等信息。通过它可以灵活打造自己特定的 Linux 实验环境。

  
  
$ cat machine/versatilepb/Makefile
ARCH=arm
XARCH=$(ARCH)
CPU=arm926t
MEM=128M
LINUX=2.6.35
NETDEV=smc91c111
SERIAL=ttyAMA0
ROOTDEV=/dev/nfs
ORIIMG=arch/$(ARCH)/boot/zImage
CCPRE=arm-linux-gnueabi-
KIMAGE=$(PREBUILT_KERNEL)/$(XARCH)/$(MACH)/$(LINUX)/zImage
ROOTFS=$(PREBUILT_ROOTFS)/$(XARCH)/$(CPU)/rootfs.cpio.gz

默认的内核与Buildroot信息对应为 machine/BOARD/linux_${LINUX}_defconfig 和 machine/BOARD/buildroot_${CPU}_defconfig，如果要添加自己的配置，请注意跟 machine/BOARD/Makefile 里头的 CPU 和 Linux 配置一致。

3.12 更多用法

详细的用法这里就不罗嗦了，大家自行查看帮助。

  
  
$ make help

因为还在火热迭代中，所以部分用法可能会变更，请随时注意 README.md 的变化 ;-)

3.13 实验效果图