在 HarmonyOS 上给 QEMU 搭一个最小 aarch64 Linux guest（内核 + busybox initramfs）

在 HarmonyOS 上给 QEMU 搭一个最小 aarch64 Linux guest（内核 + busybox initramfs）

本文涉及到的全部工作以及本文的撰写全部由 AI 完成。

注：此前我们已经编译了 gcc-16 和 clang-22 以及 qemu ，相关记录在前面几篇文章里可以看到。事实证明事先准备好 gcc-16 和 clang-22 的确省了一些麻烦， ohos-sdk 提供的 clang-15 版本还是稍微低了点。

之前我们已经编译了 QEMU 。 QEMU 编出来之后，要在 qemu-system-aarch64

的 -M virt 上真正 boot 一个系统，需要一个 guest 内核 + 一个 initramfs。

本文记录用本机工具链（gcc-16 / clang）从源码构建这两个东西，并最终引导到

busybox 的 sh 提示符的全过程。绝大多数坑仍然是「OHOS musl 缺 glibc 遗留

函数」和「gcc-16 的 specs 强注入 -fPIC」。

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0. 结论先说

• guest 内核：linux-6.12.12，用 brew clang 15 编（make CC=clang，见 §3）
• initramfs：静态 busybox 1.36.1 ，用 gcc-16 编（-static，见 §2）
• 目标：qemu-system-aarch64 -M virt -cpu cortex-a72 -nographic -kernel Image -initrd initramfs.cpio.gz
• 三个关键坑：
  1. OHOS musl 缺一堆 glibc 遗留函数 → busybox 需要 compat 垫片（§2）
  2. gcc-16 的 specs 强注入 -fPIC，且排在 -fno-pic 之后 → 内核要用 clang 编（§3）
  3. 内核 Makefile 里 CC = $(CROSS_COMPILE)gcc 会覆盖环境变量 → 必须
     make CC=clang（命令行传参）

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1. 下载源码

cd ~/ProjectSources
# busybox（约 2.5MB）
curl -o busybox-1.36.1.tar.bz2 https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2
# Linux 内核（约 140MB）
curl -o linux-6.12.12.tar.xz https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.12.12.tar.xz
tar xjf busybox-1.36.1.tar.bz2
tar xf  linux-6.12.12.tar.xz

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2. 静态 busybox（gcc-16）+ OHOS musl 兼容垫片

busybox 用 gcc-16 编成静态二进制，但 OHOS musl 缺这些 glibc/utmpx 遗留函数：

gethostid / updwtmpx / setutxent / getutxent / getutxid / getutxline /

pututxline / endutxent / utmpxname / getusershell / endusershell /

ether_hostton / ether_ntohost / addmntent / sigisemptyset / sigandset /

sigorset / strverscmp

对策：写一个 busybox-compat.h（见附录），里面用 static inline 补齐这些函数

（utmp 系列直接置空、strverscmp 给一个自然版本比较实现），然后：

cd ~/ProjectSources/busybox-1.36.1
export PATH="/storage/Users/currentUser/Installed/gcc-16/bin:/storage/Users/currentUser/.harmonybrew/opt/binutils/bin:$PATH"
make defconfig HOSTCC=clang                       # HOSTCC 必须命令行传，否则它硬编码 gcc
sed -i 's/^# CONFIG_STATIC is not set/CONFIG_STATIC=y/' .config
sed -i 's/^CONFIG_HOSTID=y/# CONFIG_HOSTID is not set/' .config   # hostid 用 gethostid，直接禁掉
make -j4 EXTRA_CFLAGS="-D__MUSL__ -include $PWD/../busybox-compat.h"

注意：-include 会作用到 .S 汇编文件，compat 头里必须用

#if !defined(__ASSEMBLER__) && !defined(__ASSEMBLY__) 包住 C 代码。

编出来的 busybox 是静态 aarch64 ELF，但被 strip 掉了 HarmonyOS 签名（host

上跑不了 Operation not permitted）------没关系 ：它是要在 guest 里跑的，

guest 是普通 Linux 内核，不校验 HarmonyOS 签名。

打包 initramfs

cd ~/ProjectSources/guest
IR=initramfs; rm -rf "$IR"; mkdir -p "$IR"/{bin,sbin,etc,proc,sys,dev,tmp,root}
cp ../busybox-1.36.1/busybox "$IR/bin/busybox"
cd "$IR/bin"; for a in sh ls cat echo mount umount mkdir mknod ln sleep ps dmesg \
    grep sed vi dd printf cp mv rm touch uname more clear; do ln -s busybox "$a"; done
cd ~/ProjectSources/guest
cat > "$IR/init" << 'EOF'
#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc 2>/dev/null
mount -t sysfs sysfs /sys 2>/dev/null
mount -t devtmpfs devtmpfs /dev 2>/dev/null
mknod /dev/console c 5 1 2>/dev/null
echo "===== QEMU aarch64 guest booted! (busybox) ====="
echo "kernel: $(uname -srm)"
exec /bin/sh
EOF
chmod +x "$IR/init"
(cd "$IR" && find . | cpio -o -H newc | gzip > ../initramfs.cpio.gz)

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3. Linux 内核（brew clang 15）

坑 A：内核要 bc 生成 timeconst.h，OHOS 没装 bc

make 会跑 echo 250 | bc -q kernel/time/timeconst.bc。机器上没有 bc。

两个办法：brew install bc，或者（我这次用的）用 Python 等价重写 timeconst.bc

并做一个 bc 垫片放进 PATH（见附录的 gen_timeconst.py + bc 垫片）。

坑 B：gcc-16 的 specs 把 -fPIC 追加在 cc1_options 末尾

gcc-16 的 specs 里 *cc1_options: + ... -fPIC，这个 -fPIC 排在 %{f*} 之后，

所以任何命令行 -fno-pic 都会被它压过去。内核的 jump_label 用

asm goto( ... "i"(key) ...)，"i" 约束要求链接期常量地址，PIC 下直接报

impossible constraint in 'asm'。结论：内核别用 gcc-16，换 brew clang 15。

坑 C：内核 Makefile 会覆盖环境里的 CC

Kbuild 顶层 CC = $(CROSS_COMPILE)gcc，export CC=clang 不生效。必须命令行传：

cd ~/ProjectSources/linux-6.12.12
BUILD=/data/storage/el2/base/haps/entry/files/Homebrew/manual-builds/linux-build
mkdir -p "$BUILD"
export PATH="$HOME/ProjectSources/bc-shim:/storage/Users/currentUser/Installed/gcc-16/bin:/storage/Users/currentUser/.harmonybrew/opt/binutils/bin:$PATH"
make O="$BUILD" ARCH=arm64 defconfig
scripts/config --file "$BUILD/.config" --disable MODULES      # 单体内核，不编模块
make O="$BUILD" ARCH=arm64 olddefconfig
make O="$BUILD" ARCH=arm64 CC=clang -j4 Image                 # CC 必须命令行传

产物：$BUILD/arch/arm64/boot/Image。

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4. 引导

cd ~/ProjectSources
BUILD=/data/storage/el2/base/haps/entry/files/Homebrew/manual-builds/linux-build
./qemu-11.1.1/build/qemu-system-aarch64 \
  -M virt -cpu cortex-a72 -nographic \
  -kernel "$BUILD/arch/arm64/boot/Image" \
  -initrd guest/initramfs.cpio.gz \
  -append "console=ttyAMA0"

预期：内核启动日志 → 走到 /init → 打印 banner → 进 busybox sh。

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5. 踩坑速查

现象	原因	解法
busybox implicit declaration of gethostid/strverscmp/...	OHOS musl 缺 glibc 遗留函数	compat 垫片 -include busybox-compat.h
-include 把 C 头喂进汇编报 unknown mnemonic	-include 也作用于 .S	compat 头加 __ASSEMBLER__ 保护
busybox 二进制 host 跑不了 Operation not permitted	strip 掉了 HarmonyOS 签名	不用管（guest 里不校验签名）
内核 bc: inaccessible or not found	OHOS 没装 bc	brew install bc，或 Python 垫片
内核 impossible constraint in 'asm'（jump_label）	gcc-16 specs 的 -fPIC 排在最后	内核改用 clang
export CC=clang 不生效、还是 gcc 编	Kbuild CC = $(CROSS_COMPILE)gcc 覆盖环境	make ... CC=clang（命令行）

附录：busybox-compat.h / gen_timeconst.py / bc 垫片

busybox-compat.h 内容：

/* busybox-on-OHOS-musl 兼容垫片：补齐 OHOS musl 缺失的 glibc/utmpx 遗留函数。
 * 用法：EXTRA_CFLAGS="-D__MUSL__ -include /path/to/busybox-compat.h"
 * 注意：-include 也会作用于 .S 汇编文件，所以这里必须做汇编保护。 */
#ifndef OHOS_BUSYBOX_COMPAT_H
#define OHOS_BUSYBOX_COMPAT_H

#if !defined(__ASSEMBLER__) && !defined(__ASSEMBLY__)

#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>

struct utmpx;
struct ether_addr;
struct mntent;

/* ---- glibc 遗留函数 ---- */

static inline long gethostid(void)
{
    return 0;
}

static inline void updwtmpx(const char *wtmp_file, const struct utmpx *ut)
{
    (void)wtmp_file;
    (void)ut;
}

/* ---- utmpx 全家（OHOS musl 只有 utmp 版本） ---- */

static inline void setutxent(void) {}
static inline void endutxent(void) {}
static inline void utmpxname(const char *file) { (void)file; }
static inline struct utmpx *getutxent(void) { return (struct utmpx *)0; }
static inline struct utmpx *getutxid(const struct utmpx *ut) { (void)ut; return (struct utmpx *)0; }
static inline struct utmpx *getutxline(const struct utmpx *ut) { (void)ut; return (struct utmpx *)0; }
static inline struct utmpx *pututxline(const struct utmpx *ut) { (void)ut; return (struct utmpx *)0; }

/* ---- getusershell/endusershell（su 用到） ---- */

static inline char *getusershell(void) { return (char *)0; }
static inline void endusershell(void) {}

/* ---- ether_hostton/ether_ntohost（ether-wake 用到） ---- */

static inline int ether_hostton(const char *hostname, struct ether_addr *addr)
{
    (void)hostname;
    (void)addr;
    return -1;
}
static inline int ether_ntohost(char *hostname, const struct ether_addr *addr)
{
    (void)hostname;
    (void)addr;
    return -1;
}

/* ---- addmntent（mount 写 mtab 用到） ---- */

static inline int addmntent(FILE *fp, const struct mntent *mnt)
{
    (void)fp;
    (void)mnt;
    return 1;
}

/* ---- sigset 家族的 glibc 扩展（hush 等用到） ---- */

static inline int sigisemptyset(const sigset_t *set)
{
    int sig;
    for (sig = 1; sig <= NSIG; sig++) {
        if (sigismember(set, sig))
            return 0;
    }
    return 1;
}

static inline int sigandset(sigset_t *dest, const sigset_t *left, const sigset_t *right)
{
    int sig;
    sigemptyset(dest);
    for (sig = 1; sig <= NSIG; sig++) {
        if (sigismember(left, sig) && sigismember(right, sig))
            sigaddset(dest, sig);
    }
    return 0;
}

static inline int sigorset(sigset_t *dest, const sigset_t *left, const sigset_t *right)
{
    int sig;
    sigemptyset(dest);
    for (sig = 1; sig <= NSIG; sig++) {
        if (sigismember(left, sig) || sigismember(right, sig))
            sigaddset(dest, sig);
    }
    return 0;
}

/* ---- strverscmp（ls/sort 的 -V 版本排序用到） ---- */

static inline int strverscmp(const char *s1, const char *s2)
{
    const char *p1, *p2;
    size_t len1, len2;
    int c;

    while (*s1 && *s2) {
        if (isdigit((unsigned char)*s1) && isdigit((unsigned char)*s2)) {
            while (*s1 == '0') s1++;
            while (*s2 == '0') s2++;

            p1 = s1;
            p2 = s2;
            while (isdigit((unsigned char)*s1)) s1++;
            while (isdigit((unsigned char)*s2)) s2++;

            len1 = (size_t)(s1 - p1);
            len2 = (size_t)(s2 - p2);
            if (len1 != len2)
                return len1 < len2 ? -1 : 1;
            c = strncmp(p1, p2, len1);
            if (c != 0)
                return c;
            continue;
        }
        if ((unsigned char)*s1 != (unsigned char)*s2)
            return (unsigned char)*s1 - (unsigned char)*s2;
        s1++;
        s2++;
    }
    return (unsigned char)*s1 - (unsigned char)*s2;
}

#endif /* !__ASSEMBLER__ */

#endif /* OHOS_BUSYBOX_COMPAT_H */

bc-shim 下有 bc 和 gen_timeconst.py ，其中 bc 需要执行权限。

bc 内容：

#!/bin/sh
# bc 垫片：内核构建只会在生成 timeconst.h 时调用 bc，直接走 Python 版。
exec python3 /storage/Users/currentUser/ProjectSources/bc-shim/gen_timeconst.py

gen_timeconst.py 内容：

#!/usr/bin/env python3
# 等价重写内核 kernel/time/timeconst.bc（用 Python 大整数），
# 供 bc 垫片调用，生成 include/generated/timeconst.h。
import sys, math

def gcd(a, b):
    return math.gcd(a, b)

def fmul(b, n, d):
    return (2**b * n + d - 1) // d

def fadj(b, n, d):
    d = d // gcd(n, d)
    return 2**b * (d - 1) // d

def fmuls(b, n, d):
    s = 0
    while True:
        if fmul(s, n, d) >= 2**(b-1):
            return s
        s += 1

def hx(v):
    return format(v, 'x')

def main():
    data = sys.stdin.read().strip()
    hz = int(data)
    o = []
    o.append("/* Automatically generated by kernel/time/timeconst.bc */")
    o.append(f"/* Time conversion constants for HZ == {hz} */")
    o.append("")
    o.append("#ifndef KERNEL_TIMECONST_H")
    o.append("#define KERNEL_TIMECONST_H")
    o.append("")
    o.append("#include <linux/param.h>")
    o.append("#include <linux/types.h>")
    o.append("")
    o.append(f"#if HZ != {hz}")
    o.append('#error "include/generated/timeconst.h has the wrong HZ value!"')
    o.append("#endif")
    o.append("")
    if hz < 2:
        o.append("#error Totally bogus HZ value!")
    else:
        s = fmuls(32, 1000, hz)
        o.append(f"#define HZ_TO_MSEC_MUL32\tU64_C(0x{hx(fmul(s,1000,hz))})")
        o.append(f"#define HZ_TO_MSEC_ADJ32\tU64_C(0x{hx(fadj(s,1000,hz))})")
        o.append(f"#define HZ_TO_MSEC_SHR32\t{s}")
        s = fmuls(32, hz, 1000)
        o.append(f"#define MSEC_TO_HZ_MUL32\tU64_C(0x{hx(fmul(s,hz,1000))})")
        o.append(f"#define MSEC_TO_HZ_ADJ32\tU64_C(0x{hx(fadj(s,hz,1000))})")
        o.append(f"#define MSEC_TO_HZ_SHR32\t{s}")
        cd = gcd(hz, 1000)
        o.append(f"#define HZ_TO_MSEC_NUM\t\t{1000//cd}")
        o.append(f"#define HZ_TO_MSEC_DEN\t\t{hz//cd}")
        o.append(f"#define MSEC_TO_HZ_NUM\t\t{hz//cd}")
        o.append(f"#define MSEC_TO_HZ_DEN\t\t{1000//cd}")
        o.append("")
        s = fmuls(32, 1000000, hz)
        o.append(f"#define HZ_TO_USEC_MUL32\tU64_C(0x{hx(fmul(s,1000000,hz))})")
        o.append(f"#define HZ_TO_USEC_ADJ32\tU64_C(0x{hx(fadj(s,1000000,hz))})")
        o.append(f"#define HZ_TO_USEC_SHR32\t{s}")
        s = fmuls(32, hz, 1000000)
        o.append(f"#define USEC_TO_HZ_MUL32\tU64_C(0x{hx(fmul(s,hz,1000000))})")
        o.append(f"#define USEC_TO_HZ_ADJ32\tU64_C(0x{hx(fadj(s,hz,1000000))})")
        o.append(f"#define USEC_TO_HZ_SHR32\t{s}")
        cd = gcd(hz, 1000000)
        o.append(f"#define HZ_TO_USEC_NUM\t\t{1000000//cd}")
        o.append(f"#define HZ_TO_USEC_DEN\t\t{hz//cd}")
        o.append(f"#define USEC_TO_HZ_NUM\t\t{hz//cd}")
        o.append(f"#define USEC_TO_HZ_DEN\t\t{1000000//cd}")
        cd = gcd(hz, 1000000000)
        o.append(f"#define HZ_TO_NSEC_NUM\t\t{1000000000//cd}")
        o.append(f"#define HZ_TO_NSEC_DEN\t\t{hz//cd}")
        o.append(f"#define NSEC_TO_HZ_NUM\t\t{hz//cd}")
        o.append(f"#define NSEC_TO_HZ_DEN\t\t{1000000000//cd}")
        o.append("")
        o.append("#endif /* KERNEL_TIMECONST_H */")
    sys.stdout.write("\n".join(o) + "\n")

main()