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在樹莓派5跑ARM64架構的QEMU/KVM Linux虛擬機

分類   資訊科技 虛擬機與容器技術
標籤   QEMU-KVM Raspberry Pi
🗓️ 民國113年 甲辰年
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Running aarch64 QEMU/KVM virtual machines on aarch64 Raspberry Pi host.

討論如何在ARM架構的Raspberry Pi執行另外一個系統的虛擬機。

如果你是想要在x86架構電腦用QEMU模擬ARM架構的樹莓派請看 這篇

Raspberry Pi執行的是Linux系統,自然能夠跑Docker、Podman、LXC這類容器技術,那麼有沒有可能跑虛擬機呢?可以。x86架構平台常用的 Virt Manager+QEMU/KVM也能在ARM架構使用,並且能夠使用KVM核心模組加速虛擬機執行。

類似專案還有非官方移植的 jiangcuo/Proxmox-Port套件,可將樹莓派變成Proxmox系統。

本文Ivon採取的是比較簡陋的作法,直接裝Libvirt與QMEU套件。

1. 環境
#

  • 開發板:Raspberry Pi 5
  • 系統版本:Raspberry Pi OS 12,核心版本6.6.42-v8-16k+
  • 虛擬機系統:Alpine Linux ARM

考慮到虛擬機的硬碟存取速度,Raspberry Pi的系統最好安裝在SSD,或者至少虛擬機的qcow2虛擬磁碟得放在SSD分區讀取速度才會快。

另外Raspberry Pi 5的CPU老實說也不是很快,所以執行虛擬機的效率可能不如容器要好。

2. 安裝Libvirt套件
#

  1. 安裝以下套件
sudo apt install qemu-system libguestfs-tools libvirt-clients libvirt-daemon-system bridge-utils virt-manager ovmf swtpm
  1. 調整使用者權限
sudo usermod -a -G libvirt $USER
sudo usermod -a -G kvm $USER
sudo usermod -a -G input $USER
  1. 設定開機自動啟用虛擬機服務
sudo systemctl enable libvirtd
sudo systemctl start libvirtd

sudo virsh net-start default
sudo virsh net-autostart default
  1. 檢查KVM指令
ls /dev/kvm
  1. 編輯/boot/firmware/cmdline.txt,在開機核心參數末端加入以下內容
cgroup_enable=cpuset cgroup_enable=devices cgroup_enable=freezer cgroup_enable=memory cgroup_memory=1
  1. 重開機,執行virt-host-validate指令,確認QEMU部份全部都有PASS,環境符合Libvirt需求。

3. Virt Manager新增Linux虛擬機
#

請用 Cockpit或者 Virt Manager SSH遠端控制樹莓派上的虛擬機。

關於作業系統系統架構部分,QEMU/KVM只能跑同為ARM64架構的虛擬機,模擬x86架構會非常慢。

鑒於Windows 11 ARM安裝起來比較麻煩,而且吃效能,所以使用小巧的Alpine Linux ARM測試吧!

  1. Alpine Linux ARM官網複製ISO下載連結,下載。
sudo wget https://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.20/releases/aarch64/alpine-standard-3.20.2-aarch64.iso
  1. 不知為何,Cockpit嘗試啟動虛擬機沒多久後,Raspberry Pi系統就會整個當掉無回應,可能是bug?所以我用Virt Manager新增虛擬機。

  2. 虛擬機架構選aarch64,UEFI韌體選/usr/share/AAVMF/AAVMF_CODE.fd

  3. 開機後登入root帳號,執行setup-alpine指令稿,完成Alpine Linux系統安裝。

4. QEMU純指令開機
#

本節是方便除錯用的開機方法。

  1. 建立虛擬硬碟
qemu-img create -f qcow2 alpine.qcow2 32G
  1. 建立儲存EFI VARS的二個檔案
truncate -s 64m varstore.img

truncate -s 64m efi.img

dd if=/usr/share/qemu-efi-aarch64/QEMU_EFI.fd of=efi.img conv=notrunc
  1. 啟動虛擬機,以下指令會進入純文字安裝界面
qemu-system-aarch64
-M virt \
-enable-kvm \
-cpu host \
-smp sockets=1,cores=4,threads=1 \
-m 2048 \
-drive if=pflash,format=raw,file="efi.img",readonly \
-drive if=pflash,format=raw,file="varstore.img" \
-device virtio-net-pci,netdev=net0,romfile="" \
-netdev type=user,id=net0 \
-object rng-random,filename=/dev/urandom,id=rng0 \
-device virtio-rng-pci,rng=rng0 \
-device virtio-blk-pci,drive=drv0 \
-drive format=qcow2,file="alpine.qcow2",if=none,id=drv0 \
-nographic \
-device virtio-scsi \
-device scsi-cd,drive=cd \
-drive if=none,id=cd,file="alpine-standard-3.20.2-aarch64.iso"

參考資料
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