最近，我的业余时间都花在了一个和系统编程有关的项目上。不久之后我遇到了一个问题：想要使用最新版本内核的特性并不是一件十分容易的事。发行版大多滞后于最新的内核版本，而我又不是那样激进的人，想要冒险在自己唯一的这台 Linux 电脑上升级内核（使用 installkernel 命令）。所以我需要一个办法，在保证我的系统安全的情况下，搭建一个具有新版本内核的开发环境。
这种情况容器帮不了我，虚拟机则是一个好选择。
我曾经写过一个简单的 QEMU 介绍。但实际上我对 QEMU 的了解也仅限于那篇文章的内容了。探索本文的内容花了我一些时间。在这个过程中，我也发现网上的相关内容要么包含了未充分说明的脚本，要么存在许多冗余选项。我觉得在此处以一个简单、充分解释的方式记录这一过程似乎是有意义的。
当然，从编译内核开始
如果你只需要一个能在虚拟机里运行的内核，不需要深度定制的话，那么编译内核其实很简单。这里有一个简单的教程，不过我们接下来要做的还要更简单。
首先，你要下载内核源码。如果不需要修改源码的话，从 kernel.org 下载是最方便的。这里下载了编写本文时的 stable 版本（6.17.9）。
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.17.9.tar.xz
tar -xf linux-6.17.9.tar.xz
cd ./linux-6.17.9
之后，配置编译选项。这将创建编译配置文件 .config
make defconfig
make kvm_guest.config
前一条命令选择使用默认编译配置。第二条命令在默认配置基础上设置编译选项，使编译后的镜像可以作为 kvm 上的虚拟机运行。如果有其他需求，可以在此基础上继续配置。
之后直接编译即可。由于只包含了作为虚拟机运行的最小配置，不需要编译驱动程序，这一过程应该很快。在我的笔记本上只用了一分钟。
make -j $(nproc)
编译后的内核镜像位于 arch/x86/boot/bzImage。当然，是 x86 架构。
file arch/x86/boot/bzImage
# arch/x86/boot/bzImage: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 6.17.9 (wokron@wokron-navi) #2 SMP PREEMPT_DYNAMIC Sun Nov 30 12:34:56 CST 2025, RO-rootFS, swap_dev 0XD, Normal VGA
准备根文件系统
简易根文件系统
这一点和我之前有关容器的文章中的内容类似。如果不考虑实际可用性，我们现在就可以运行一个内核了。
下面的内容只是用一个简单方法展示原理。想看实际步骤可以直接跳到此处。
插一嘴，如果不使用本节的方法，而是使用你现在运行的 Linux 自身的 initrd 而不是某个发行版的文件系统的话，运行内核会更加简单。可以试试下面的命令：
qemu-system-x86_64 \ -kernel /path/to/your/bzImage \ -m 2G \ -append "console=ttyS0" \ -initrd /boot/initrd.img \ -nographic
我们只需要下载一个发行版的根文件系统，之后将其制作成一个文件系统镜像。下面以 ubuntu 22.04 为例。
truncate -s 512M ubuntu-22.04.img
mkfs.ext4 -F ubuntu-22.04.img
wget https://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/22.04/release/ubuntu-base-22.04-base-amd64.tar.gz
mkdir ubuntu_root
sudo mount -o loop ./ubuntu-22.04.img ./ubuntu_root/
sudo tar -xzvf ubuntu-base-22.04-base-amd64.tar.gz -C ./ubuntu_root/
sudo umount ./ubuntu_root/
rmdir ./ubuntu_root/
这样就制作好了一个镜像。
file ubuntu-22.04.img
# ubuntu-22.04.img: Linux rev 1.0 ext4 filesystem data, UUID=40550120-faa4-46a8-ab59-67c9cdf887e3 (extents) (64bit) (large files) (huge files)
此处的关键是，我们使用 mkfs.ext4 -F 将一个普通文件 ubuntu-22.04.img 格式化为一个 ext4 文件系统。之后再把 ubuntu 根文件系统内容复制到这个文件当中。
然后使用 QEMU 运行如下命令，即可使用我们刚刚编译的内核运行虚拟机。
qemu-system-x86_64 \
-kernel /path/to/your/bzImage \
-m 2G \
-append "console=ttyS0 root=/dev/sda" \
-drive format=raw,file=./ubuntu-22.04.img \
-nographic
-kernel 选项指定了要运行的内核的镜像，-m 提供了 2G 的内存大小，-append 选项设置了内核的启动参数：使用串口通信、根文件系统位于设备 /dev/sda 上。-drive 提供了我们刚刚构建的根文件系统镜像，即设备 /dev/sda。-nographic 禁用图像输出，这样 QEMU 只会将内容以字符形式输出。
等待日志滚动一段时间，之后你应该能够看到 shell 提示符。你已经成功了，可以试试使用各种命令。
...
# ls
bin dev home lib32 libx32 media opt root sbin sys usr
boot etc lib lib64 lost+found mnt proc run srv tmp var
退出 QEMU 使用
ctrl + a再键入c。
但是这样的环境根本没法使用。这个虚拟机中缺失了许多工具和配置，我们也无法访问网络来安装需要的包。
我们需要一个更加完整的环境。让我们从头开始准备根文件系统。
完整根文件系统
下面的操作参考自 syzkaller 的 create-image.sh 脚本，但是精简了许多内容。毕竟我们的目标不是模糊测试。
这里需要使用一个工具 debootstrap。这个命令可以用于在文件系统中构建一个完整的 debian 文件系统（ubuntu 也可以）。这个命令只是一个脚本，没有任何依赖项。
sudo apt-get install debootstrap
之后，我们使用该命令构建一个 ubuntu 的完整文件系统。使用 --include 指定要安装的包，我们实际上只需要安装 systemd。不过这里为了方便还安装了 openssh-server。该命令执行后将在 $ROOT_DIR 处构建一个发行版本为 $RELEASE 的根文件系统。可以在最后指定镜像源 $MIRROR，留空表示使用默认源。
MIRROR=...
RELEASE=noble
ROOT_DIR=noble
sudo debootstrap --include systemd,openssh-server $RELEASE $ROOT_DIR $MIRROR
安装完成后，我们修改 root 用户的密码。因为只是开发环境，所以这里直接不使用密码。（即删除 /etc/passwd 中密码项的 x）
set -u
sudo sed -i '/^root/ { s/:x:/::/ }' $ROOT_DIR/etc/passwd
小心！运行命令前确保
ROOT_DIR已设置。此处通过set -u进行了检查。
之后我们进行网络的配置。运行下面命令，创建 /etc/netplan/01-netcfg.yaml 文件。配置中我们让 eth0 设备使用 DHCP 协议自动获取 IP 地址。
cat << EOF | sudo tee -a $ROOT_DIR/etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
version: 2
renderer: networkd
ethernets:
eth0:
dhcp4: yes
EOF
ubuntu 使用 netplan 进行网络配置，debian 的配置方法则不同。可以参考 syzkaller 的脚本。
然后我们修改 /etc/fstab 文件。将 /dev/root 挂载为根文件系统。此处应当是为了控制后续挂载的行为，如果不增加此项，后面将启动失败。
echo '/dev/root / ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a $ROOT_DIR/etc/fstab
既然我们安装了 ssh，这里可以创建一个 ssh key。方便后面通过 ssh 连接。
ssh-keygen -f $RELEASE.id_rsa -t rsa -N ''
sudo mkdir -p $ROOT_DIR/root/.ssh
cat $RELEASE.id_rsa.pub | sudo tee -a $ROOT_DIR/root/.ssh/authorized_keys
最后，我们按照之前的方式创建根文件系统镜像。
MOUNT_DIR=${RELEASE}_rootfs
truncate -s 4G $RELEASE.img
mkfs.ext4 -F $RELEASE.img
mkdir $MOUNT_DIR
sudo mount -o loop $RELEASE.img $MOUNT_DIR
sudo cp -a $ROOT_DIR/. $MOUNT_DIR/
sudo umount $MOUNT_DIR
rmdir $MOUNT_DIR
运行虚拟机
最后，使用 QEMU 运行我们的内核。
qemu-system-x86_64 \
-enable-kvm \
-m 8G \
-smp 4 \
-kernel /path/to/your/bzImage \
-append "console=ttyS0 root=/dev/vda net.ifnames=0" \
-drive file=/path/to/your.img,format=raw,if=virtio \
-device virtio-net-pci,netdev=net0 \
-netdev user,id=net0,hostfwd=tcp:127.0.0.1:10022-:22 \
-nographic
其中：
-enable-kvm启用 KVM 加速；-m设定 8G 的内存；-smp设置 4 核 CPU；-kernel指定内核镜像；-append设置内核选项，其中console=ttyS0设定使用串口通信，root=/dev/vda设定使用/dev/vda设备作为根文件系统，net.ifnames=0设定禁用网卡重命名，以便我们之前设置的eth0配置可以正常生效。-drive设定根文件系统镜像，其中if=virtio指定接口类型为virtio（虚拟化接口），对应的设备为/dev/vda。-device设定一个网卡设备，类型为virtio-net-pci（虚拟网卡），名为eth0（和配置对应）。-netdev user,id=net0设置net0上宿主机与虚拟机间的网络使用 “用户网络”（User Networking），此时虚拟机的 IP 地址由 QEMU 的 DHCP 服务提供。hostfwd=tcp:127.0.0.1:10022-:22将虚拟机上的 22（ssh）端口转发到宿主机上的 10022 端口。这时宿主机通过访问自身的 10022 端口即可 ssh 登陆虚拟机。-nographic禁用图像，使用串口通信。
运行上述命令，启动虚拟机。一小段时间后出现登陆提示，输入 root 用户名后，直接登入系统（因为没有密码）。
Ubuntu 24.04 LTS wokron-navi ttyS0
wokron-navi login: root
Welcome to Ubuntu 24.04 LTS (GNU/Linux 6.17.9 x86_64)
* Documentation: https://help.ubuntu.com
* Management: https://landscape.canonical.com
* Support: https://ubuntu.com/pro
root@wokron-navi:~#
查看内核版本，应当和我们之前编译的版本相同。
uname -r
# 6.17.9
查看网络设备信息，可以看到我们设置的网卡 eth0。其地址 10.0.2.15 是虚拟机通过 DHCP 协议自动从 QEMU 获取的。
ip addr
# 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
# link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
# inet 127.0.0.1/8 scope host lo
# valid_lft forever preferred_lft forever
# inet6 ::1/128 scope host noprefixroute
# valid_lft forever preferred_lft forever
# 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 100
# link/ether 52:54:00:12:34:56 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
# altname enp0s3
# inet 10.0.2.15/24 metric 100 brd 10.0.2.255 scope global dynamic eth0
# valid_lft 86244sec preferred_lft 86244sec
# inet6 fec0::5054:ff:fe12:3456/64 scope site dynamic mngtmpaddr noprefixroute
# valid_lft 86247sec preferred_lft 14247sec
# inet6 fe80::5054:ff:fe12:3456/64 scope link
# valid_lft forever preferred_lft forever
# 3: sit0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
# link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
此时虚拟机应当能够访问互联网。可以通过 apt 安装所需包。
apt-get install vim
宿主机上，使用之前生成的 ssh 私钥，可以登陆虚拟机
ssh -i /your/path/to.id_rsa -p 10022 root@localhost