2. 使用QEMU监视器控制虚拟机

任务说明

本案例目标是通过QEMU监视器（QEMU Monitor）对运行中的虚拟机执行基本控制操作，包括查看虚拟机运行状态、发送键盘按键事件等。你将启动一个最小化的QEMU虚拟机实例，并通过标准输入/输出或Unix Socket方式接入监视器，验证命令执行效果。

实现方案

QEMU监视器提供了一套交互式命令接口，支持info、sendkey、quit等操作。本案例使用-monitor stdio将监视器绑定到当前终端，同时使用-display none和-serial none避免图形窗口与串口干扰，使监视器成为唯一交互通道。虚拟机使用QEMU自带的isa-debug-exit设备，该设备在收到特定I/O写入后会使QEMU以指定退出码退出，便于验证sendkey等命令是否真正送达虚拟机内部。

代码实现

创建以下启动脚本start_vm.sh：

#!/bin/bash
# 启动一个带监视器的最小QEMU虚拟机
# 使用isa-debug-exit设备：向I/O端口0x501写入值N，QEMU以退出码(N<<1)|1退出

exec qemu-system-x86_64 \
    -M pc \
    -m 64M \
    -display none \
    -serial none \
    -monitor stdio \
    -device isa-debug-exit \
    -nodefaults

赋予执行权限并启动：

chmod +x start_vm.sh
./start_vm.sh

启动后终端进入QEMU监视器交互界面，提示符为(qemu)。

监视器命令操作

在(qemu)提示符后依次输入以下命令并观察输出：

(qemu) info status
# 预期输出: VM status: running

(qemu) info registers
# 预期输出: 显示CPU寄存器快照，RAX=0x0000000000000000 等

(qemu) sendkey ctrl-alt-f1
# 预期输出: (无输出，按键已注入虚拟机)

(qemu) info mice
# 预期输出: 显示当前鼠标设备列表

(qemu) quit
# 预期输出: QEMU进程正常退出，返回终端shell

验证sendkey命令确实生效

仅执行sendkey而无外部观察手段时，无法确认按键是否真正注入。为验证sendkey的实效性，利用isa-debug-exit设备特性：该设备监听I/O端口0x501，当收到写入值N时，QEMU以退出码(N<<1)|1终止。由于虚拟机内无操作系统处理按键，需借助QEMU的sendkey配合isa-debug-exit的I/O端口触发机制——但该设备默认不响应键盘。因此，更直接的验证方式是使用监视器的sendkey向虚拟机发送ctrl-alt-delete，并观察QEMU日志或使用-d选项跟踪中断注入：

# 重新启动，开启中断日志
qemu-system-x86_64 -M pc -m 64M -display none -serial none \
    -monitor stdio -device isa-debug-exit -nodefaults \
    -d int -D /tmp/qemu_int.log

# 在监视器中执行:
(qemu) sendkey ctrl-alt-delete
(qemu) quit

# 检查日志中是否出现键盘控制器中断注入记录
grep -i "kbd\|keyboard\|8042" /tmp/qemu_int.log

若日志中包含键盘控制器（8042）相关中断注入条目，则证明sendkey命令已成功将按键事件送入虚拟机硬件层。

验证方法与判定标准

监视器命令交互流程

关键说明

• -nodefaults参数移除了默认设备，确保虚拟机环境最小化，避免默认VGA、键盘等设备干扰监视器行为。
• isa-debug-exit设备在本案例中作为虚拟机内可观测的退出机制，但验证sendkey时需依赖-d int日志，因为该设备不直接响应键盘输入。
• 若需在无图形环境下验证按键对客户机操作系统的实际影响，可加载一个极小的内核（如-kernel参数指定编译好的测试内核），但本案例聚焦监视器命令本身，故采用日志验证方式。