qemu
建議安裝套件
bridge-utils
簡介
在 Free Software 的世界中，
除了 Bochs 之外，還有一個以速度號稱的 x86 模擬器 - QEMU。
QEMU 的模擬速度約為實機的 25%；
約為 Bochs 的 60 倍。
Plex86、User-Mode-Linux、VMware 和 Virtual PC 則比 QEMU 快一點，
但 Bochs 需要特定的 Kernel Patch；User-Mode-Linux 的 Guest System 必須為 Linux；
VMware 和 Virtual PC 則需要在 Guest System 上安裝特定的 Driver，
且它們是針對作業系統而進行模擬，並不能說是完整的模擬器。
所以 QEMU 仍不失為極優秀的 x86 模擬器。
QEMU 所模擬的硬體列表
* i440FX host PCI bridge and PIIX3 PCI to ISA bridge
* Cirrus CLGD 5446 PCI VGA card or dummy VGA card with Bochs VESA extensions
(hardware level, including all non standard modes).
* PS/2 mouse and keyboard
* 2 PCI IDE interfaces with hard disk and CD-ROM support
* Floppy disk
* NE2000 PCI network adapters
* Serial port
* Soundblaster 16 card
QEMU 所採用的 PC BIOS 乃取自 Bochs 及 Plex86/Bochs 的 LGPL VGA BIOS。
事前準備
和 Bochs 類似的，
在 QEMU 裡，是利用 Image File 來模擬硬碟的；
也就是 QEMU 是將一個大大的檔案模擬成一顆硬碟。
我們可以利用 qemu-mkcow 指令來製作這些 Image File，例：
| 代碼: |
| qemu-mkcow Sarge.cow 2048 |
這時就會產生一個名為 Sarge.bin 的 COW 檔案。
qemu-mkcow 所產生出來的檔案為取自 User-Mode-Linux 的 Copy On Write (COW) 檔案。
這種檔案的特性是：它只儲存修改過的磁區，所以它是一種會 Growing 的檔案格式。
但它只能存放在 ext2、ext3 之類，有支援 holes 的檔案系統之中。
在使用 ls -l 來檢視 COW 檔案時，
您會發現它的檔案容量就是您所指定的大小；（在上例中，就是 2048 MB）
而只有在使用 ls -ls 來檢視時才會出現它真正所佔用的磁碟空間。
注意：在執行 qemu-mkcow 指令時，
若所指定的檔案已經存在了，或是發生任何問題，
qemu-mkcow 幾乎並不會輸出任何的錯誤訊息。使用時請注意。
執行 QEMU
QEMU 並不使用任何的設定檔，它只能以命令列參數來執行；
但是把這些參數寫成一個小小的 Script 是輕而易舉的事，所以並不會造成任何的不便。
例：
| 代碼: |
| qemu -fda Boot.img -hda Windows95.cow -hdb Source.cow -cdrom CWindows95.iso -boot a -m 64 -enable-audio -localtime -user-net
|
一般參數（節錄）
-fda file / -fdb file：
指定軟碟機。可在此指定 Image 檔案。
-hda file / -hdb file / -hdc file / -hdd file：
指定硬碟 Image 檔案。請勿指定為光碟 ISO 檔案。
-cdrom file：
指定光碟機。可在此指定 ISO 檔案。它將固定使用 hdc 這個位置，
所以 -hdc 不能和 -cdrom 同時使用。
-boot [a|c|d]：
指定開機磁碟。a 為 floppy，c 為硬碟，d 為 CD-ROM。
-m megs：
指定記憶體大小；單位為 MB。預設為 128 MB。
-enable-audio：
啟用音效卡。預設是關閉的。
-localtime：
使用真實時間。建議使用於 MS Windows / DOS 系統。預設上是使用 UTC 時間。
網路設定參數（節錄）
在 QEMU 裡，有三種網路模式可供選擇：
TUN/TAP 模式（預設模式）
在 Linux 系統中，使用 TUN/TAP 介面來模擬網路界面是很標準的做法。
若要使用 TUN/TAP 介面，請切換至 /dev 目錄中，執行
| 代碼: |
| MAKEDEV tun |
來建立 tun 之裝置檔。
之後，在執行 QEMU 時，QEMU 便會自行載入 tun 模組並產生一個名為 tun0 的網路介面；
之後 Guest System 便能夠藉由這個 tun0 介面和外部連線了。
請參考以下這個 Script 來設定 TUN/TAP 介面：
（請將 192.168.1.254 替換成一個空的 IP 位址。這個位址將由 tun 介面所使用。）
（請將 192.168.1.101 替換成一個空的 IP 位址。這個位址將由 Guest System 使用。）
| 代碼: |
| #!/bin/bash
/sbin/ifconfig ${1##/*/} 192.168.1.254 route add -host 192.168.1.101 dev ${1##/*/} |
這樣子在 QEMU 啟動時，就會將 tun 裝置設定為 192.168.1.254 了。
由於執行這個 Scrip 需要 root 之權限，
所以必須具有 root 身份才能正常啟用這個模式的。
且 tun 裝置的 IP 位置和 Guest System 的 IP 位址是寫死在 Script 裡的，
所以在使用上並不是很方便。
藉由 TUN/TAP 介面來和網路連線。必須採用固定 IP，但 IP 可以隨意指定；
Guest System 可以連線出去，Host OS 也可以和 Guest System 連線，
但外部網路的其它電腦則完全無法連線進來。
User-Nat 模式
使用 User Mode Network Stack 來模擬網路界面。
Guest System 必須採用 DHCP，且一定會得到 10.0.2.x 的 IP，
同時，Gateway 會指向 10.0.2.2，DNS 則指向 10.0.2.2。
Guest System 可以連線出去，但 Host OS 和外部網路的其它電腦則完全無法連線進來。
由於 User Mode Network Stack 無法完全支援 ping 指令，
所以 Guest System 只能 Ping 到 Host OS，無法 ping 到外部網路的其它電腦。
Dummy Net 模式
並不實地得進行任何網路連線。
網路介面的命令例參數（節錄）
-nics n：
模擬幾個網路介面。預設為 1 個，最多為 6 個。
-n script：
設定 TUN/TAP 網路連線的 Script；預設為使用 /etc/qemu-ifup。
-user-net：
使用 User Mode Network Stack。
若未指定或找不到 TUN/TAP 的 Script 時，則會採用這個模式。
-dummy-net：
使用虛擬的網路介面。這個網路介面將不會傳送接收任的網路連線。
除錯 / 進階選項（節錄）
-S：
在啟動時暫停 CPU 之運作。使用 c 來繼續執行。
-d item1,...
將 LOG 輸出至 /tmp/qemu.log 中。
使用 -d ? 來查看會產生 LOG 的項目之列表。
-isa：
模擬一個純 ISA 系統；預設上則是模擬成 PCI 系統。
-std-vga：
將顯示卡模擬成一個同時包含了 VESA Bochs 擴充的標準 VGA 卡。
預設則模擬為 CL-GD5446 PCI 顯示卡。
QEMU Monitor（節錄）
在執行 QEMU 後，會出現一個
| 代碼: |
| (qemu)
|
的提示。在這個提示下可以輸入一些指令來操作 QEMU。例：
help 或 ? [cmd]
顯示說明文字
info 指令：
顯示系統狀態。例：
★ info network，顯示網路介面狀態
★ info block，顯示儲存裝置狀態
★ info registers，顯示 CPU 的暫存器狀態
★ info history，顯示歷史指令
q 或 quit：
關閉模擬器
eject [-f] device：
退出裝置。使用 -f 來強制退出
change device filename：
更換抽取式媒體。如：軟碟片或是光碟片。
screendump filename：
截取螢幕畫面，儲存成 PPM 影像。
log item1[,...]
將所指定的項目之 LOG 寫入 /tmp/qemu.log 中。
savevm filename：
將整個模擬器狀態儲存至檔案中
loadvm filename：
由檔案中載入模擬器狀態
stop
停止模擬
c 或 cont
繼續模擬
sendkey keys
傳送某個鍵擊給模擬器。使用 - 來連結複合鍵。例：
| 代碼: |
| sendkey ctrl-alt-f1 |
將會傳送 <Ctrl><Alt><F1> 給模擬器。
system_reset
重新啟動系統。
快捷鍵
在 QEMU 的系統裡，可以按下 <Ctrl><Shift> 來跳離 QEMU；
按下 <Ctrl><Shift><f> 來進入全螢幕的畫面。
網路介面解決方案
使用 sudo 來執行 QEMU
如果要使用 TUN/TAP 介面，必須以 root 身份來設定 TUN/TAP 介面才行。
所以建議採用 sudo 的方式執行 QEMU。
☆ 以 root 或是 SUID 或 sudo 來執行任何程式都是大風險，
尤其是使用者可以自行設定 QEMU 呼叫某一個 Script 來設定網路，
若 QEMU 以 SUID/sudo 來執行的話，將可能引起極嚴重之安全問題。
* 安裝 sudo 套件。
* 以 visudo 來建立 sudo 的設定檔，並設定不用輸入密碼即可執行 QEMU：
（其中的 UserName 和 HostName 請替換成您的系統設定，或設定為 ALL。）
| 代碼: |
| Cmnd_Alias QEMU=/usr/bin/qemu
UserName HostName=NOPASSWD: QEMU |
* 編輯 .bashrc，讓 qemu 能預設以 sudo qemu 來執行：
| 代碼: |
| alias qemu='sudo qemu' |
* 執行 qemu，並以 ps aux | grep bochs 來確認 qemu 是否以 root 的身份執行？
讓 TUN/TAP 介面可以和實體網路連線
若依前文所提的方式來設定 TUN/TAP 介面，
則 Guest System 則只能使用固定 IP、
且除了 Host OS 之外，外部網路的其它電腦會完全無法連線至 Guest System。
這種做法並非十全十美。
解決方案之一是將 TUN/TAP 介面和實體網路給 Bind 在一起，
也就是將數個實體網路介面合成一個 Bridge 介面：
設定 Bridge 介面
* 安裝 bridge-utils 套件
* 在 /etc/network/interfaces 加入一段：（在此假設是使用 DHCP 來設定網路的）
| 代碼: |
| iface bridge inet dhcp |
其中的 bridge 名稱可以自訂。
這樣子我們在日後就可以用 ifup、ifdown、ifconfig 等指令來直接操作 bridge 這個介面了。
當然囉，使用 ifconfig、route、dhclient 等指令來手動操作當然也可以；這就全憑個人喜好了。
* 這數個要 Bind 在一起的實體網路介面之 IP 必須為 0.0.0.0，並啟用 promisc 模式：
| 代碼: |
| ifconfig eth0 0.0.0.0 promisc up |
* 宣告一個名為 bridge 介面的『Bridge』；並設定其動作模式：
| 代碼: |
| # 建立一個名為 bridge 的 Bridge 介面
brctl addbr bridge # 轉送延遲時間，Bridge 切換至 listening 及 learning 狀態所需時間。 # Bridge 會花一點時間來記錄每個實體介面的 MAC Address。 brctl setfd bridge 0 # 傳送 STP Hello 封包的頻率。設定為 0 因為我們不使用 STP 這個功能。 brctl sethello bridge 0 # 關閉 spanning tree protocol 功能。用不著... brctl stp bridge off |
* 此時，可以使用 ifconfig -a 來檢視是否出現了 bridge 這個介面。
* 將 eth0 給 Bind 至 bridge 上：
| 代碼: |
| brctl addif bridge eth0
|
* 啟用 bridge 介面：
■ 如果在 /etc/network/interfaces 已設定了 bridge 資訊的話：
ifup bridge
■ 若 bridge 使用 DHCP：
dhclient bridge
■ 手動設定 bridge 參數：
ifconfig bridge 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0 up
route add default gw 192.168.1.254
* 檢視 Bridge 的狀況：
| 代碼: |
| brctl show |
* 由於將數個介面合成了一個 bridge 介面，
而像是 iptables、pppoe 等等設定也必須視情況而有所變更。
而如何設定 iptables 就超過了本篇的範圍之外，在此就略過不加討論了。
關閉 bridge 的方式
* 關閉 bridge 介面：
| 代碼: |
| ifdown bridge
ifconfig bridge down |
* 解除 Bind 在 bridge 上的 eth0：
| 代碼: |
| brctl delif bridge eth0
|
* 移去 bridge 介面：
| 代碼: |
| brctl delbr bridge
|
* 啟用 eth0：（如果在 /etc/network/interfaces 已設定了 eth0 資訊的話）
| 代碼: |
| ifup eth0 |
這時，eth0 應該就恢後原有的狀態了。
將以上步驟寫成 /etc/init.d/bridge：
| 代碼: |
| #!/bin/sh
PATH=/usr/local/sbin:/sbin:/usr/sbin:/usr/local/bin:/bin:/usr/bin if [ "$(id -u)" != "0" ]; then echo "$0: To $1 Bridge, you must be root." exit 1 fi # Default settings bridge_interface='bridge' bind_ethernet='eth0' case "$1" in start) printf "Starting Bridge ... " ifdown $bind_ethernet ifconfig $bind_ethernet down ifconfig $bind_ethernet 0.0.0.0 promisc up brctl addbr $bridge_interface brctl setfd $bridge_interface 0 brctl sethello $bridge_interface 0 brctl stp $bridge_interface off brctl addif $bridge_interface $bind_ethernet ifup $bridge_interface echo "" brctl show echo "" ;; stop) ifdown $bridge_interface ifconfig $bridge_interface down brctl delif $bridge_interface $bind_ethernet brctl delbr $bridge_interface ifup $bind_ethernet ;; restart|reload) $0 stop && $0 start ;; *) echo "Usage: $0 {start|stop|restart}" exit 1 ;; esac |
您可以考慮讓這個 Script 在開機時自動執行：（在此時設定其啟動編號為 13）
| 代碼: |
| update-rc.d bridge start 13 0 2 3 4 5 6 . |
這樣就可以在開機時就自動產生 bridge 這個介面囉。
設定 TUN/TAP 介面的 Script
而 QEMU 設定 TUN/TAP 介面的 Script 也要改成：（建議寫入 /etc/qemu-ifup 中）
| 代碼: |
| #!/bin/bash
ifconfig ${1##/*/} 0.0.0.0 promisc up brctl addif bridge ${1##/*/} |
這樣子，只要 QEMU 一啟動，
在 QEMU 裡的 Guest System 就可以傳送接收 DHCP、Windows Login 等封包，
外部網路的其它電腦也可以自由連線至 Guest System 了。
小技巧
如果在無線網路卡上啟動 Bridge 可能會遭遇到困難，
這時您可以在啟動 Bridge 之前先啟動無線網路卡，
很可能可以解決這個困擾哦！
另外，因為 Bridge 介面很可能會用到 iptbale 裡的 ipt_physdev 模組。
請自行參考 iptables 之說明。
而這個方式也適用於 User-Mode-Linux 及 Bochs 等等用得到 TUN/TAP 介面的程式哦！
設定 Guest System 小技巧
MS Windows 95/98/Me
在 QEMU 裡執行 MS Windows 95/98 時，將使得 CPU 的 Loading 永遠維持在 100%。
您可以到 AMN Software 下載並安裝 Amn Task Manager 來解決這個問題。
另外，Windows 95/98/ME 在安裝完成後，
在該顯示遊標的地方只會出現一個大大的白色方塊。（可能是一個 Bug...），
所以建議使用 -std-vga 參數來暫時避開這個問題。
MS Windows 2000
可能暫時無法在 QEMU 裡安裝。會出現『磁碟空間不足』之錯誤訊息。
GNU/Linux
在安裝時，不管是 Woody 或是 Sarge 都能夠自動驅動 QEMU 所模擬的 NE2000 PCI 網路卡。
若想使用 X Window，顯示卡模組請採用 vesa 或是 cirrus 模組；色深建議採用 16 bit。
若想使用 Kernel 2.6.x，
因為 Kernel 2.6.x 會精確得檢查電腦硬體時鐘的時間，
而這是 QEMU 無法模擬的。請在開機時加上 clock=pit 參數來避開這個問題。
執行畫面截圖
附註
以上介紹的只是 QEMU 的 Full System Emulation 模式；
QEMU 另外還支援了類似 User-Mode-Linux 的 User Mode Emulation，
如果日後有機會會針對這個部份加以補充的。
參考資訊
QEMU CPU Emulator
QEMU CPU Emulator User Documentation
QEMU Internals
QEMU FAQ
Networking UML using bridging
Mini HOWTO：Ethernet Bridge + netfilter以太網橋+netfilter Howto
本文也會同時放至 Debian Wiki 裡。
在 Debian 裡的那一篇排版上比較有條理哦∼
請大家多多支持 Debian Wiki！