windows 10系统安装arm虚拟机

一、前言

我们使用的电脑一般都是x64架构的CPU及系统，如果需要使用arm架构的操作系统，我们无法使用主流的虚拟机软件（vmware workstation等） 进行安装，因为此类软件只能安装和宿主机CPU相同架构的系统。不过，我们可以使用qemu进行模拟运行。

本文简单介绍了如何在x64 windows系统中安装并使用qemu安装arm架构的ubuntu18系统（其它类似的操作系统也可以参考，仅仅是安装时使用的ISO镜像不同），以便在windows上可以使用其它cpu架构的操作系统进行开发、调试、安全测试等操作。

二、qemu和vmware区别

QEMU和VMware的核心区别在于‌功能定位、性能表现和适用场景‌，QEMU是开源的多架构模拟器，适合跨平台开发和测试，而VMware作为商业虚拟化平台，提供高性能的企业级解决方案。‌

QEMU 是 Quick Emulator的缩写。

VMware是‌Virtual Machine ‌（虚拟机）和‌Ware‌（软件）的组合缩写，指代虚拟化软件

• QEMU ‌：
  • 通过二进制翻译实现指令转换，可运行未修改的客户机操作系统，但模拟性能较低。‌45
  • 开源跨平台仿真器，支持x86、ARM、MIPS等多种架构的硬件模拟，兼具虚拟机监视器功能。‌
  • 纯软件模拟导致性能损耗较大，运行速度较慢，适合轻量级开发调试
• ‌VMware ‌：
  • 商业虚拟化软件，专注x86/x64架构，支持硬件辅助虚拟化（如Intel VT-x），指令直接执行效率更高。‌16
  • 提供图形化管理界面及快照、迁移等高级功能，适合复杂的企业级应用。‌
  • 动态二进制翻译技术优化指令执行，资源调度效率高，性能接近物理机

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三、QEMU_EFI.fd 文件的作用是什么

简单来说，QEMU_EFI.fd 是一个模拟的固件文件，它的作用是在 QEMU 虚拟机中扮演真实电脑主板上的 UEFI BIOS 的角色。

核心类比

想象一下您要启动一台真实的电脑：

1. 按下电源键。

2. 主板上的 UEFI/BIOS 固件 开始工作。它负责初始化硬件（检查CPU、内存、硬盘、显卡等）。

3. UEFI/BIOS 按照配置的启动顺序 ，找到硬盘、U盘或网络上的启动引导程序（如 GRUB、Windows Boot Manager）。

4. 将控制权交给引导程序，从而开始加载操作系统（如 Windows 或 Linux）。

在 QEMU 虚拟机的世界里，QEMU_EFI.fd 就是第 2 步和第 3 步的执行者。它模拟了物理硬件上的那块 UEFI 固件芯片。

详细作用解析

1. 提供 UEFI 启动环境：

   • 现代操作系统（如 Windows 11、最新的 Linux 发行版、macOS）都要求运行在 UEFI 启动模式下，而不是传统的 Legacy BIOS 模式。

   • QEMU_EFI.fd 为虚拟机提供了一个完整的、符合 UEFI 标准的启动环境，使得这些现代操作系统能够在虚拟机中正常安装和启动。

2. 模拟硬件初始化：

   • 就像真实 BIOS 一样，这个文件包含了初始化虚拟硬件（虚拟CPU、虚拟内存、虚拟磁盘控制器等）所必需的代码。虚拟机"上电"后，首先运行的就是这个文件中的代码。

3. 读取并启动操作系统：

   • 它能够识别并读取虚拟机中的虚拟磁盘 （如 qcow2、raw 镜像文件）。

   • 它会在虚拟磁盘上寻找 EFI 系统分区 (ESP)，并加载该分区中的引导程序（通常是 \EFI\BOOT\BOOTAA64.EFI 或 BOOTARM.EFI 之类的文件），从而启动客户机操作系统。

4. 提供 UEFI 设置界面：

   • 大多数 QEMU_EFI.fd 文件都集成了一个简化版的 UEFI 设置界面（通常是由 EDK2 项目提供的）。

   • 在 QEMU 启动时，你可以按特定键（如 ESC、F2 或 F12，具体取决于编译设置）进入这个界面，在这里可以配置虚拟机的启动顺序、查看设备信息等，就像在真实电脑上按 Del 键进入 BIOS 设置一样。

为什么需要它？/ 使用场景

在以下情况下，你必须使用 QEMU_EFI.fd：

1. 模拟 ARM 架构的虚拟机 ： 这是最常见的用途。x86 平台的 QEMU 通常内置了 BIOS 和 UEFI 支持，但对于 ARM （aarch64 或 arm）架构的虚拟机，必须 通过 -bios 参数手动指定这个固件文件。

2. 安装和运行要求 UEFI 的操作系统 ： 例如，在 x86 平台上，如果你想安装一个必须从 UEFI 启动的OS，也可以使用一个 x86 版本的 OVMF.fd（功能等同于 QEMU_EFI.fd，但用于 x86_64 架构）来启动虚拟机。

如何使用它？

在启动 QEMU 的命令行中，通过 -bios 参数来指定该文件：

# 示例：启动一个 aarch64 虚拟机
qemu-system-aarch64 \
    -machine virt \
    -cpu cortex-a72 \
    -smp 4 \
    -m 4G \
    -bios /path/to/QEMU_EFI.fd \  # 关键参数：指定UEFI固件
    -device virtio-gpu-pci \
    -drive file=ubuntu-22.04-server-arm64.img,format=raw,if=virtio \
    -device virtio-net-device,netdev=net0 \
    -netdev user,id=net0

从哪里获取？

• 通常，它随您的发行版或 QEMU 软件包一起安装。

  • Debian/Ubuntu : 安装 qemu-efi 或 qemu-efi-aarch64 包后，可以在 /usr/share/qemu-efi/ 或 /usr/share/AAVMF/ 目录找到它（AAVMF 代表 ARM Architecture Virtual Machine Firmware）。

  • Arch Linux : 安装 edk2-armvirt 包。

  • 直接下载: 你也可以从 EDK2 的官方源码仓库编译或找到预编译的版本。

四、操作步骤

1、物理机安装qemu

QEMU for Windows -- Installers (64 bit)

2、添加qemu到环境变量

来到设置->高级系统设置->环境变量->系统变量->path，新建一条，添加qemu路径：

此时打开cmd，输入qemu-system-aarch64，有内容说明qemu安装成功：

3、安装tap网卡

qemu里的系统若要连接互联网，需要通过tap网卡进行通信。最简单的办法可以借用openvpn的tap网卡驱动。下载并安装：

https://build.openvpn.net/downloads/releases/OpenVPN-2.6_rc2-I001-amd64.msi

将出现的网卡改名为tap0，方便后续操作：

把联网的真实网卡设共享。来到控制面板->更改适配器设置，右键已联网的网卡->属性，勾选允许共享，并选择tap网卡。

4、下载arm 镜像

https://www.debian.org/distrib/netinst

5、下载EFI

http://releases.linaro.org/components/kernel/uefi-linaro/16.02/release/qemu64/QEMU_EFI.fd

创建虚拟命令

qemu-system-arm -machine virt -cpu cortex-a8 -smp 1 -m 4G -bios QEMU_EFI.fd -device virtio-gpu-pci -drive file=debian_arm.img,format=raw,if=virtio -device virtio-net-device,netdev=tap0 -netdev user,id=tap0

qemu-system-arm -machine virt -cpu cortex-a7 -smp 1 -m 4G -bios QEMU_EFI.fd -device virtio-gpu-pci -drive file=debian_arm.img,format=raw,if=virtio -device virtio-net-device,netdev=tap0 -netdev user,id=tap0

安装虚拟机命令

qemu-system-arm.exe -m 8192 -cpu cortex-a7 -smp 1,sockets=1,cores=1 -M virt -bios QEMU_EFI.fd -net nic -net tap,ifname=tap0 -device VGA -drive if=none,file=./debian-13.0.0-armhf-netinst.iso,id=cdrom,media=cdrom -device virtio-scsi-device -device scsi-cd,drive=cdrom -drive if=none,file=./debian_arm.img,id=hd0,format=raw 
-device virtio-blk-device,drive=hd0 -device nec-usb-xhci -device usb-ehci -device usb-kbd -device usb-mouse  -accel tcg,thread=multi

启动虚拟机命令

qemu-system-arm.exe -m 8192 -cpu cortex-a7 -smp 1 -M virt -bios ./QEMU_EFI.fd -net nic -net tap,ifname=tap0 -device VGA -drive if=none,file=./debian_arm.img,id=hd0,format=raw
 -device virtio-blk-device,drive=hd0 -device usb-ehci -device usb-kbd -device usb-mouse

qemu虚拟机ID

在使用 qemu-system-arm.exe 时，虚拟机ID并不是由一个像 --id 这样的独立命令行字段来指定的。

这个概念源于像 libvirt（如 virt-manager 或 virsh）这样的高级管理工具，它们会为管理的每个虚拟机分配一个唯一的ID（UUID）。而qemu-system-arm.exe本身是一个底层的模拟器，它直接启动虚拟机，并不内置这种虚拟机管理功能。

最接近的替代：进程ID (PID)

当你在命令行中启动 qemu-system-arm.exe 后，操作系统会为它分配一个唯一的进程ID (PID)。这个PID就是该QEMU虚拟机实例在宿主机Windows系统中最直接的"身份标识"。

• 如何获取？ 启动QEMU后，你可以在Windows任务管理器的"详细信息"选项卡中找到 qemu-system-arm.exe 对应的PID。

• 有什么用？ 你可以使用 taskkill /pid <PID> 命令来强制关闭这个特定的虚拟机实例。

用于管理的标识符：-name 参数

虽然不是一个严格的ID，但你可以使用 -name 参数为你的虚拟机指定一个友好名称。这个名称会在QEMU的窗口标题栏中显示，并且如果你使用了VNC或SPICE等图形化控制台，这个名称也会作为其标识。