qemu(https://qemu.org)是开源的纯软件实现的虚拟化模拟器,几乎可以模拟任何硬件设备。当作为模拟器时的 qemu,可以在一种架构(如 x86 PC)下运行另一种架构(如 ARM)下的操作系统和程序,通过使用动态转换,它可以获得非常好的性能。作为虚拟机时,qemu 可以使用其他虚拟机管理程序(如 KVM)来使用 CPU 扩展进行虚拟化,通过在主机 CPU 上直接执行客户机代码来获得接近于宿主机的性能。
有时我们会遇到不同于 x86 或 x64 架构的可执行文件,而我们恰好没有调试运行环境的 ARM 和 MIPS 环境来说,使用 qemu 加载这类二进制文件是不错的选择。与其他的虚拟化软件(如 VMware)不同,qemu 不提供管理虚拟机的 GUI(运行虚拟机时出现的窗口除外),也不提供创建具有已保存设置的持久虚拟机的方法。因此,我们可以选择创建自定义脚本以启动虚拟机,这样就可以保存相应的参数,避免每次启动时手动指定所有运行参数。
安装
使用包管理器安装十分方便,在 Ubuntu 系统中只需要如下命令即可:
$ sudo apt install qemu
如果想要编译安装,则首先需要安装一些依赖文件,然后从官网下载源码,使用如下命令进行编译:
$ sudo apt install libcap-dev libpixman-1-dev libncurses5-dev libasound2-dev libasound2 libglib2.0-dev u-boot-tools flex
$ tar -xf qemu-3.1.0.tar.xz
$ mkdir qemu-3.1.0.build
$ cd qemu-3.1.0.build
$ ./../qemu-3.1.0/configure --target-list=arm-softmmu,aarch64-softmmu,mips-softmmu,mipsel-softmmu,i386-softmmu,x86_64-softmmu,arm-linux-user,aarch64-linux-user,i386-linux-user,x86_64-linux-user,mips-linux-user,mipsel-linux-user --audio-drv-list=alsa --enable-virtfs
$ make -j2 && sudo make install
模拟 Armhf 环境
首先介绍一下 armhf 架构。出于低功耗、封装限制等种种原因,以前的一些 ARM 处理器没有独立的硬件浮点运算单元,需要手写软件来实现浮点运算。随着技术发展,现在高端的 ARM 处理器基本都具备了硬件执行浮点操作的能力。这样,新旧两种架构之间的差异,就产生了两个不同的嵌入式应用程序二进制接口(EABI)——软浮点(soft float, sf)和矢量浮点(vector float point, vfp),但是软浮点和硬浮点(hard float, hf)之间有向前兼容却没有向后兼容的能力,即软浮点的二进制接口仍然可以用于当前的高端 ARM 处理器。
在 ARM 体系架构内核中,有些有浮点运算单元(floating point unit, fpu),而有些没有。对于没有 fpu 内核,是不能使用 armel 和 armhf 的。在有 fpu 的情况下,就可以通过 gcc 的选项 -mfloat-abi 来指定使用哪种,有如下三种值:
soft:不用 fpu 计算;
armel:(arm eabi little endian)也即 softfp,用 fpu 计算,但是传参数用普通寄存器传,这样中断的时候,只需要保存普通寄存器,中断负荷小,但是参数需要转换成浮点的再计算;
armhf:(arm hard float)也即 hard,用 fpu 计算,传参数用 fpu 中的浮点寄存器传,省去了转换性能最好,但是中断负荷高;
$ gdb-multiarch
gef➤ file binary_mips
Reading symbols from binary_mips...done.
gef➤ set architecture mips
The target architecture is assumed to be mips
gef➤ gef-remote -q 127.0.0.1:port
0x00400620 in __start ()