📚 课程目录第1章 QEMU最小系统启动

1. QEMU最小系统启动

任务说明

本案例要求使用QEMU模拟x86_64架构，启动一个最小Linux内核，并通过串口控制台观察启动日志输出。核心目标是验证QEMU系统级模拟环境可用、内核镜像可引导、串口输出链路正常。

实现方案

采用“QEMU + 最小内核镜像”的轻量路径：直接使用Linux内核源码编译出的bzImage，配合QEMU的-kernel直接引导模式（无需磁盘镜像和bootloader），通过-nographic将串口重定向到当前终端。该方案依赖最少的外部组件，适合作为QEMU系统模拟的第一课。

SVG：QEMU最小系统启动拓扑

操作步骤

1. 准备内核镜像

从内核源码构建最小引导镜像（约需5分钟）：

# 下载并解压内核源码
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.6.8.tar.xz
tar -xf linux-6.6.8.tar.xz
cd linux-6.6.8

# 生成最小配置：禁用模块、启用串口和基本驱动
make ARCH=x86_64 defconfig
scripts/config --disable MODULES
scripts/config --enable SERIAL_8250_CONSOLE
scripts/config --enable PRINTK
scripts/config --disable SOUND
scripts/config --disable USB

# 编译内核
make ARCH=x86_64 -j$(nproc) bzImage

编译完成后镜像位于arch/x86/boot/bzImage。

2. 启动QEMU

# 使用直接内核引导模式，串口重定向到终端
qemu-system-x86_64 \
  -kernel arch/x86/boot/bzImage \
  -append "console=ttyS0 panic=1" \
  -nographic \
  -m 128M \
  -cpu qemu64 \
  -no-reboot

3. 验证启动日志

启动后终端应立即输出内核早期引导信息，预期可观察到以下关键内容：

Linux version 6.6.8 ...
Command line: console=ttyS0 panic=1
BIOS-provided physical RAM map:
...
Kernel command line: console=ttyS0 panic=1
...
printk: bootconsole [ns16550a] enabled
...
Freeing unused kernel image (initmem) memory: ...
Kernel Offset: 0x...
---[ end Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs ]---

由于未提供根文件系统，内核最终会报告VFS: Unable to mount root fs并触发panic=1重启行为（此处由-no-reboot阻止实际重启）。这属于预期结果——只要看到上述日志序列，即证明QEMU已成功引导内核并完成串口输出。

判定标准

通过：终端出现Linux version行、内存映射信息、Kernel command line行以及最终的VFS错误，且日志完整无乱码。
失败排查：若终端无输出，检查-nographic是否生效；若提示KVM相关错误，添加-accel tcg强制软件模拟。

关键参数说明

参数	作用
`-kernel`	指定直接引导的内核镜像路径
`-append`	向内核传递命令行参数，`console=ttyS0`将日志输出到串口
`-nographic`	禁用图形窗口，将串口重定向到当前终端
`-m 128M`	分配128MB内存，满足最小内核运行需求
`-no-reboot`	内核panic后不自动重启，便于观察完整日志

本案例验证了QEMU系统级模拟的最小可用链路：内核镜像加载→CPU初始化→串口驱动注册→控制台输出。该基础环境可直接用于后续外设模拟、设备驱动调试等进阶实验。