3.5启动QEMUARM64虚拟机

3.5 启动QEMU ARM64虚拟机

3.5.1 启动QEMU ARM64虚拟机

这条命令启动了一个基于 ARM 架构的虚拟机，配置了 4 GB 内存、4 个 CPU 核心、一个 VirtIO 硬盘和一个 VirtIO 网络设备，并指定了启动内核和根文件系统。通过 -nographic 和端口转发，可以在终端中直接操作虚拟机，并通过 SSH 访问虚拟机。

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qemu-system-aarch64 \
-m 4096 \
-cpu cortex-a72 \
-M virt,gic-version=3 \
-smp 4 \
-kernel linux-build/arch/arm64/boot/Image.gz \
-append "noinitrd sched_debug console=ttyAMA0 root=/dev/vda rootfstype=ext4 rw crashkernel=256M loglevel=8 nokaslr" \
-drive if=none,format=raw,file=rootfs/linuxroot.img,id=hd0 \
-device virtio-blk-device,drive=hd0 \
-netdev user,id=eth0,hostfwd=tcp::56789-:22 -device virtio-net-device,netdev=eth0 \
-nographic

正常情况下，你会见到如下登录界面。

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Ubuntu 22.04.5 LTS xeno-demo ttyAMA0

xeno-demo login:

以下是对该 qemu-system-aarch64 命令的逐行解释：

1. `qemu-system-aarch64`

这是 QEMU 的命令，用于启动一个基于 ARM 架构（64 位）的虚拟机。aarch64 表示使用 ARMv8-A 64 位架构。

2. `-m 4096`

指定虚拟机的内存大小为 4096 MB（即 4 GB）。
-m 参数控制分配给虚拟机的 RAM 大小。

3. `-cpu cortex-a72`

指定虚拟机使用的 CPU 模型为 Cortex-A72。

Cortex-A72 是 ARM 的一款高性能处理器核心。

4. `-M virt,gic-version=3`

指定虚拟机的机器类型为 virt，这是 QEMU 提供的一种通用的虚拟化平台，用于模拟 ARM 系统。
gic-version=3 表示使用 Generic Interrupt Controller (GIC) 版本 3，这是一种中断控制器标准，用于管理 ARM 系统中的中断。

5. `-smp 4`

指定虚拟机的 CPU 核心数量为 4。
-smp 参数用于设置虚拟机的对称多处理（SMP）配置，这里表示虚拟机有 4 个虚拟 CPU 核心。

6. `-kernel linux-build/arch/arm64/boot/Image.gz`

指定虚拟机启动时使用的内核镜像文件路径。
Image.gz 是一个压缩的 Linux 内核镜像，位于 linux-build/arch/arm64/boot/ 目录下。

7. `-append "noinitrd sched_debug console=ttyAMA0 root=/dev/vda rootfstype=ext4 rw crashkernel=256M loglevel=8 nokaslr"`

向内核传递启动参数：

noinitrd: 不使用 initrd（初始 RAM 磁盘）。
sched_debug: 启用调度器调试信息。
console=ttyAMA0: 将控制台输出重定向到 ttyAMA0（虚拟串口）。
root=/dev/vda: 指定根文件系统所在的设备为 /dev/vda。
rootfstype=ext4: 指定根文件系统的类型为 ext4。
rw: 以读写模式挂载根文件系统。
crashkernel=256M: 预留 256 MB 内存用于崩溃转储（kdump）。
loglevel=8: 设置内核日志级别为 8（最高级别，显示所有日志信息）。
nokaslr: 禁用内核地址空间布局随机化（KASLR），主要用于调试。

8. `-drive if=none,format=raw,file=rootfs/linuxroot.img,id=hd0`

定义一个块设备（硬盘）：

if=none: 表示不直接连接到任何接口，而是通过后续的 -device 参数进行绑定。
format=raw: 指定磁盘镜像格式为原始格式（raw）。
file=rootfs/linuxroot.img: 指定磁盘镜像文件路径。
id=hd0: 为该驱动器分配一个标识符 hd0，用于后续引用。

9. `-device virtio-blk-device,drive=hd0`

将前面定义的块设备 hd0 连接到虚拟机，并使用 VirtIO 半虚拟化驱动程序。

VirtIO 是一种高效的 I/O 虚拟化技术，能够显著提高性能。

10. `-netdev user,id=eth0,hostfwd=tcp::56789-:22`

定义一个用户模式网络设备：

id=eth0: 为该网络设备分配标识符 eth0。
hostfwd=tcp::56789-:22: 设置端口转发规则，将主机的 56789 端口映射到虚拟机的 22 端口即SSH服务端口。这允许通过主机访问虚拟机的 SSH 服务ssh -p 56789 localhost。

11. `-device virtio-net-device,netdev=eth0`

将前面定义的网络设备 eth0 连接到虚拟机，并使用 VirtIO 网络驱动程序。

12. `-nographic`

禁用图形界面输出，并将虚拟机的串口输出直接显示在终端上。

3.5.2 检查Cobalt内核

为了测试 Xenomai Cobalt内核是否正常启动，检查内核启动日志中的消息：

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root@xeno-demo:~# dmesg | grep -i xenomai
[    0.502146] [Xenomai] scheduling class idle registered.
[    0.502310] [Xenomai] scheduling class rt registered.
[    0.502880] IRQ pipeline: high-priority Xenomai stage added.
[    0.511492] [Xenomai] Cobalt v3.2.4

上述命令通过 dmesg 查看内核启动日志，并使用 grep 筛选出与 Xenomai 相关的消息，用于验证 Cobalt 内核是否正常启动。日志中显示了 Xenomai 的关键初始化信息，例如调度类（idle 和 rt）的注册以及 Cobalt 版本号（v3.2.4）。这些消息表明 Xenomai 实时子系统已成功加载并运行。如果未出现相关日志或存在错误信息，则可能意味着内核模块未正确加载或配置存在问题，需进一步排查安装和引导过程。

Xenomai Cobalt 内核正常启动后，会在 /proc/xenomai 目录下生成多个文件，用于提供运行时信息和调试支持。

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root@xeno-demo:~# cat /proc/xenomai/version
3.2.4

root@xeno-demo:~# cat /proc/xenomai/sched/stat
CPU  PID    MSW        CSW        XSC        PF    STAT       %CPU  NAME
  0  0      0          0          0          0     00018000  100.0  [ROOT/0]
  1  0      0          0          0          0     00018000  100.0  [ROOT/1]
  2  0      0          0          0          0     00018000  100.0  [ROOT/2]
  3  0      0          0          0          0     00018000  100.0  [ROOT/3]

/proc/xenomai/version 显示当前 Xenomai 的版本号（如 3.2.4），用于确认安装的版本是否正确。而 /proc/xenomai/sched/stat 提供了实时调度器的统计信息，包括每个 CPU 核心的任务模式切换次数（MSW）、上下文切换次数（CSW）、异常切换次数（XSC）、PF（缺页异常）以及STAT（任务状态）等。这些数据有助于监控系统实时性能和排查潜在问题，是调试和优化实时应用的重要工具。

为什么这里CPU的占用率是100%？这里 ROOT/x 是内核 idle 线程，在没有 Xenomai 实时线程运行的情况下，idle线程会占完整个CPU，这里的100%不代表整个系统都被跑满，旨在说明在没有用户态实时线程时，CPU都消耗在内核idle线程。等到有其他线程运行时，CPU会分配过去，也会看到非PID=0、非ROOT/x的线程在运行。

Xenomai Cobalt 内核的启动参数可以通过 /sys/module/xenomai/parameters/ 目录查看，这些参数在内核模块加载时被初始化，用于配置 Xenomai 的运行行为。

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root@xeno-demo:~# ls /sys/module/xenomai/parameters/
allowed_group  state  supported_cpus  sysheap_size

root@xeno-demo:~# cat /sys/module/xenomai/parameters/sysheap_size
4096

例如，sysheap_size 表示系统堆的大小（以 KB 为单位），这里显示为 4096 KB，即 4 MB，用于分配实时任务的内存资源。其他参数如 allowed_group 控制访问权限，supported_cpus 定义支持的 CPU 掩码，state 显示模块状态。这些参数为管理员提供了灵活的配置选项，便于优化和调试实时系统性能。

3.5.3 检查Xenomai用户层库和工具

执行 Xenomai 的 latency 工具可以验证其实时性能和相关库是否正确安装。latency 是 Xenomai 提供的一个基准测试工具，用于测量系统的实时延迟特性。运行该工具时，它会定期触发定时器中断，并记录系统响应的最大、最小和平均延迟。通过观察输出结果，可以判断 Xenomai 内核和用户空间库是否正常工作。如果工具能够成功运行并输出延迟数据，说明 Xenomai 环境已正确配置。

因为当前是在QMEU ARM64虚拟机下运行，具体的延迟数值可以忽略。在真实的硬件下测试，得到的延迟数值才有参考价值。

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root@xeno-demo:~# latency
== Sampling period: 1000 us
== Test mode: periodic user-mode task
== All results in microseconds
warming up...
RTT|  00:00:01  (periodic user-mode task, 1000 us period, priority 99)
RTH|----lat min|----lat avg|----lat max|-overrun|---msw|---lat best|--lat worst
RTD|    132.110|    495.434|   1184.420|       2|     0|    132.110|   1184.420
RTD|    133.921|    503.454|   1131.748|       7|     0|    132.110|   1184.420
RTD|     70.308|    538.631|   1391.883|      16|     0|     70.308|   1391.883
RTD|    167.898|    494.612|   1416.772|      21|     0|     70.308|   1416.772
RTD|    122.023|    498.749|   1110.043|      28|     0|     70.308|   1416.772
RTD|     73.017|    483.336|   1479.383|      32|     0|     70.308|   1479.383

3.5启动QEMUARM64虚拟机