利用 debootstrap 构建 Debian/Ubuntu 文件系统

简介

构建根文件系统常见的方法有 busybox, buildroot, yocto 等， 对应的资料网络上都很丰富，缺点是功能过于简单或者步骤过于复杂。采用 Ubuntu/Debian 文件系统是个不错的选择，通过 apt 能够复用 ubuntu/debian 软件生态，自动解决软件依赖。debootstrap 是一个用来构建 Debian base 系统(根文件系统)的工具，通过 debootstrap 可以很轻松地构建出一个 Debian/Ubuntu 文件系统。

准备工作

• 安装 qemu-system-aarch64
• 安装 qemu-user-static
• 安装 debootstrap
• 正确配置并编译好的内核镜像

文件系统构建

首先创建一个 ext4 文件系统并挂载，512 MiB 大小就足够了。

mkdir tmp-rootfs
sudo dd if=/dev/zero of=rootfs-debian.ext4 bs=1MiB count=512
sudo mkfs.ext4 rootfs-debian.ext4
sudo mount rootfs-debian.ext4 tmp-rootfs

debootstrap 简要用法如下，详细用法可查看 man debootstrap 。

debootstrap [OPTION]... <suite> <target> <mirror>
debootstrap [OPTION] --second-stage

• suite 是指版本代号，如 debian 的 buster 或者 ubuntu 的 jammy，填第一个单词的小写就行了
• target 是指目标架构，如 arm64
• mirror 是指构建 Debian/Ubuntu 的镜像源

这里我们用华为的镜像源构建 Debian buster 版本 arm64 系统：

sudo debootstrap --verbose --arch=arm64 buster tmp-rootfs http://mirrors.huaweicloud.com/debian

同样，如果想构建 Ubuntu 系统则修改 suite 和 mirror 即可：

sudo debootstrap --verbose --arch=arm64 jammy tmp-rootfs http://mirrors.huaweicloud.com/ubuntu-ports

执行结束后就会在我们创建的 tmp-rootfs 目录生成所需要的 Debian 系统。

文件系统配置

文件系统构建完成后，我们还需要配置网络、安装软件，配置用户等。

首先拷贝之前安装的 qemu-static 工具到我们的文件系统，因为我们这里的 host 是 x86 架构，通过 host 配置系统时需要运行文件系统内的 arm64 架构的程序，需要 qemu-aarch64-static 对进行用户模式模拟。

sudo cp /usr/bin/qemu-aarch64-static tmp-rootfs/usr/bin

之后 chroot 到文件系统：

sudo chroot tmp-rootfs

按照个人需求创建用户和修改密码：

passwd
...

同样按照个人需求安装软件：

apt install net-tools vim wget curl

最后还需要配置网络，QMEU 网络配置详情查看 QEMU Networking，这里配置最简单的用户模式网卡。

同时具体配置方法和系统也相关，以 Debian buster 为例，网络是由 /etc/network/interfaces 文件配置的，将以下内容写入该文件。

auto lo
iface lo inet loopback

auto eth0
iface eth0 inet dhcp
  wait-delay 15
  hostname $(hostname)

对于 QEMU 用户模式网卡，需要配置 DNS 服务器为 10.0.2.3，将以下内容写入 /etc/resolv.conf。注意：此时 DNS 服务器地址和 host 不一样了，因此在 host 上 chroot 后安装软件会失败。

echo "nameserver 10.0.2.3" > /etc/resolv.conf

最后 umount 文件系统就大功告成了 :)

sudo umount tmp-rootfs

运行 QEMU

通过如下命令启动 QEMU 环境

qemu-system-aarch64 -M virt -cpu cortex-a53 -nographic -smp 8 -kernel Image \
    -append "rootwait root=/dev/vda rw console=ttyAMA0" \
    -netdev user,id=eth0,hostfwd=tcp::17777-:22 -device virtio-net-device,netdev=eth0 \
    -drive file=rootfs-debian.ext4,if=none,format=raw,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0 

遇到的问题

Ubuntu jammy 网络异常

使用 Ubuntu jammy 发现通过 netplan 配置网络不成功，每次启动网卡没有 up。

network:
  version: 2
  renderer: NetworkManager
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: true

怀疑和 NetworkManager.service 没有起来相关，同时系统 systemd-resolved.service 会自动生成错误的 DNS 地址（和 host 的相同），目前解决办法只能手动配置 DNS ，网卡和路由。

echo "nameserver 10.0.2.3" > /etc/resolv.conf
ifconfig eth0 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0
route add default gw 10.0.2.2

更新：安装 nmcli 后问题解决（Ubuntu 太坑了，这种核心软件没有提前安装好），使用方法可以看看这篇文章 How to Install and Configure Nmcli

apt install network-manager

然后用 netplan 配置网卡

vim /etc/netplan/01-network-manager-all.yaml

network:
  version: 2
  renderer: NetworkManager
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: true
      nameservers:
        addresses: [10.0.2.3]

Todo

• 完善 netplan 方式配置网卡
• 完善 nmcli 使用方法
• 写一篇文章整理 QEMU 网卡配置，包括tap/tun 模式网卡配置
• QEMU 使用其他模式网卡时 debian/ubuntu 网络怎么配置
• Linux kernel tap/tun 原理分析
• 将构建过程整理成脚本，提交到 qemu-vm 仓库