x86版Ubuntu的容器中运行ARM版Ubuntu

昨天尝试了一下x86版的ubuntu上使用qemu运行arm版ubuntu，使用起来感觉比较慢，毕竟是需要qemu模拟运行整个操作系统。

于是笔者想是否可以在x86版Ubuntu的容器中运行ARM版Ubuntu，经过查询资料，发现还真是完全可行的，它通过 binfmt_misc + QEMU 用户态模拟 技术实现，不得不赞叹Linux系统的强大。

它的核心原理：

binfmt_misc (Binary Format Miscellaneous):
这是 Linux 内核的一个功能，允许内核识别并处理特定格式（通过文件开头的"魔数"识别）的可执行文件。当内核遇到一个它本身不支持的架构（如 ARM）的可执行文件时，binfmt_misc 可以配置成调用一个指定的用户空间程序（这里是 QEMU）来执行它。
QEMU User Emulation:
QEMU 的 用户态模拟 模式允许它在一种 CPU 架构（宿主机的 x86）上运行为另一种 CPU 架构（容器的 ARM）编译的程序。它动态地将目标架构（ARM）的指令翻译成宿主机架构（x86）的指令来执行。这个过程不需要模拟整个操作系统内核，效率相对较高（虽然仍有性能损失）。

一、宿主环境准备

需要在宿主Ubuntu系统中安装qemu-user-static和binfmt-support包

bash 复制代码

sudo apt install qemu-user-static binfmt-support

二、拉取ARM版ubuntu容器镜像

bash 复制代码

$ docker pull --platform linux/arm64 ubuntu:24.04
24.04: Pulling from library/ubuntu
3eff7d219313: Pull complete 
Digest: sha256:a328b84b92f71a85f459722a1c73c0363f9f8e3f66bf74a204bb35c605cf670c
Status: Downloaded newer image for ubuntu:24.04
docker.io/library/ubuntu:24.04

三、创建容器

参见笔者之前的博文：搭建ubuntu容器内C/C++开发调试环境

bash 复制代码

$ sudo docker run -itd -p 2822:22 --privileged --cap-add=SYS_PTRACE --security-opt seccomp=unconfined --cap-add=SYS_ADMIN --name ubuntua ubuntu:24.04 bash
WARNING: The requested image's platform (linux/arm64/v8) does not match the detected host platform (linux/amd64/v4) and no specific platform was requested
d56837424fa8ef161d7c463e50bdb0288340d7797348fbfd2a4acfdae50ccc87

创建容器比使用qemu安装ARM版Ubuntu快多了，创建好容器之后，使用下面的命令进入容器，并确认是否为ARM版，aarch64为ARM64，说明能正常运行。

bash 复制代码

$ $ docker exec -it ubuntua bash
root@d56837424fa8:/# uname -m
aarch64

后续参见笔者之前的博文：搭建ubuntu容器内C/C++开发调试环境，在容器中安装openssh-server，并让容器启动时自动运行openssh-server，以及安装编译器等等。

bash 复制代码

root@d56837424fa8:/# apt update
root@d56837424fa8:/# apt install gcc gdb cmake ninja-build openssh-server
root@d56837424fa8:/# mkdir /run/sshd
root@d56837424fa8:/# /usr/sbin/sshd&
root@d56837424fa8:/# adduser admin

注意：如果想要在容器中使用GDB进行调试程序，将会出现问题，导致无法调试：

bash 复制代码

warning: Could not trace the inferior process.
warning: ptrace: Function not implemented
During startup program exited with code 127.

即使我们在创建容器时，添加了参数：

bash 复制代码

--privileged --cap-add=SYS_PTRACE --security-opt seccomp=unconfined --cap-add=SYS_ADMIN

依旧无法使用GDB调试程序，原因是在x86系统中运行arm容器，是通过QEMU 的 用户态模拟 模式来运行的，目前QEMU 用户态模拟无法完全支持 ptrace 系统调用的跨架构调试，ptrace 需要与内核深度交互，而QEMU 用户态模拟无法正确传递所有 ptrace 系统调用，特别是涉及寄存器访问和内存操作等调试功能。

据说可以通过使用相同版本的gdb-multiarch和gdbserver进行远程调试，笔者没有尝试是否行得通，读者可以自行尝试。其方法是在容器内使用：

bash 复制代码

gdbserver :1234 ./demo

进行监听，需要将容器内的1234端口映射到宿主机的某个端口，比如还是1234。

然后将要调试的程序复制到宿主机中，在宿主机中使用相同版本的gdb-multiarch调试：

bash 复制代码

gdb-multiarch -ex "set architecture aarch64" -ex "target remote 127.0.0.1:1234" -ex "file demo"

这种方法适用于命令行调试，不太适合VSCode这样的IDE，不太方便。

综上，容器中运行ARM系统最大的好处就是比模拟整个ARM系统快，缺点就是不能直接在容器中使用GDB进行调试。如果要进行ARM的C/C++开发，为了方便调试，还是使用前文x86版的ubuntu上使用qemu运行arm版ubuntu介绍的模拟整个系统吧。

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