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3.5 启动QEMU ARM64虚拟机

3.5.1 启动QEMU ARM64虚拟机

这条命令启动了一个基于 ARM 架构的虚拟机，配置了 4 GB 内存、4 个 CPU 核心、一个 VirtIO 硬盘和一个 VirtIO 网络设备，并指定了启动内核和根文件系统。通过-nographic和端口转发，可以在终端中直接操作虚拟机，并通过 SSH 访问虚拟机。

qemu-system-aarch64\-m4096\-cpu cortex-a72\-M virt,gic-version=3\-smp4\-kernel linux-build/arch/arm64/boot/Image.gz\-append"noinitrd sched_debug console=ttyAMA0 root=/dev/vda rootfstype=ext4 rw crashkernel=256M loglevel=8 nokaslr"\-driveif=none,format=raw,file=rootfs/linuxroot.img,id=hd0\-device virtio-blk-device,drive=hd0\-netdev user,id=eth0,hostfwd=tcp::56789-:22 -device virtio-net-device,netdev=eth0\-nographic

正常情况下，你会见到如下登录界面。

Ubuntu22.04.5 LTS xeno-demo ttyAMA0 xeno-demo login:

以下是对该qemu-system-aarch64命令的逐行解释：

1.qemu-system-aarch64

这是 QEMU 的命令，用于启动一个基于 ARM 架构（64 位）的虚拟机。aarch64表示使用 ARMv8-A 64 位架构。

2.-m 4096

指定虚拟机的内存大小为 4096 MB（即 4 GB）。
-m参数控制分配给虚拟机的 RAM 大小。

3.-cpu cortex-a72

指定虚拟机使用的 CPU 模型为 Cortex-A72。
Cortex-A72 是 ARM 的一款高性能处理器核心。

4.-M virt,gic-version=3

指定虚拟机的机器类型为virt，这是 QEMU 提供的一种通用的虚拟化平台，用于模拟 ARM 系统。
gic-version=3表示使用 Generic Interrupt Controller (GIC) 版本 3，这是一种中断控制器标准，用于管理 ARM 系统中的中断。

5.-smp 4

指定虚拟机的 CPU 核心数量为 4。
-smp参数用于设置虚拟机的对称多处理（SMP）配置，这里表示虚拟机有 4 个虚拟 CPU 核心。

6.-kernel linux-build/arch/arm64/boot/Image.gz

指定虚拟机启动时使用的内核镜像文件路径。
Image.gz是一个压缩的 Linux 内核镜像，位于linux-build/arch/arm64/boot/目录下。

7.-append "noinitrd sched_debug console=ttyAMA0 root=/dev/vda rootfstype=ext4 rw crashkernel=256M loglevel=8 nokaslr"

向内核传递启动参数：

• noinitrd: 不使用 initrd（初始 RAM 磁盘）。
• sched_debug: 启用调度器调试信息。
• console=ttyAMA0: 将控制台输出重定向到ttyAMA0（虚拟串口）。
• root=/dev/vda: 指定根文件系统所在的设备为/dev/vda。
• rootfstype=ext4: 指定根文件系统的类型为 ext4。
• rw: 以读写模式挂载根文件系统。
• crashkernel=256M: 预留 256 MB 内存用于崩溃转储（kdump）。
• loglevel=8: 设置内核日志级别为 8（最高级别，显示所有日志信息）。
• nokaslr: 禁用内核地址空间布局随机化（KASLR），主要用于调试。

8.-drive if=none,format=raw,file=rootfs/linuxroot.img,id=hd0

定义一个块设备（硬盘）：

• if=none: 表示不直接连接到任何接口，而是通过后续的-device参数进行绑定。
• format=raw: 指定磁盘镜像格式为原始格式（raw）。
• file=rootfs/linuxroot.img: 指定磁盘镜像文件路径。
• id=hd0: 为该驱动器分配一个标识符hd0，用于后续引用。

9.-device virtio-blk-device,drive=hd0

将前面定义的块设备hd0连接到虚拟机，并使用 VirtIO 半虚拟化驱动程序。
VirtIO 是一种高效的 I/O 虚拟化技术，能够显著提高性能。

10.-netdev user,id=eth0,hostfwd=tcp::56789-:22

定义一个用户模式网络设备：

• id=eth0: 为该网络设备分配标识符eth0。
• hostfwd=tcp::56789-:22: 设置端口转发规则，将主机的 56789 端口映射到虚拟机的 22 端口即SSH服务端口。这允许通过主机访问虚拟机的 SSH 服务ssh -p 56789 localhost。

11.-device virtio-net-device,netdev=eth0

将前面定义的网络设备eth0连接到虚拟机，并使用 VirtIO 网络驱动程序。

12.-nographic

禁用图形界面输出，并将虚拟机的串口输出直接显示在终端上。

3.5.2 检查Cobalt内核

为了测试 Xenomai Cobalt内核是否正常启动，检查内核启动日志中的消息：

root@xeno-demo:~# dmesg | grep -i xenomai[0.502146][Xenomai]scheduling class idle registered.[0.502310][Xenomai]scheduling class rt registered.[0.502880]IRQ pipeline: high-priority Xenomai stage added.[0.511492][Xenomai]Cobalt v3.2.4

上述命令通过dmesg查看内核启动日志，并使用grep筛选出与 Xenomai 相关的消息，用于验证 Cobalt 内核是否正常启动。日志中显示了 Xenomai 的关键初始化信息，例如调度类（idle 和 rt）的注册以及 Cobalt 版本号（v3.2.4）。这些消息表明 Xenomai 实时子系统已成功加载并运行。如果未出现相关日志或存在错误信息，则可能意味着内核模块未正确加载或配置存在问题，需进一步排查安装和引导过程。

Xenomai Cobalt 内核正常启动后，会在/proc/xenomai目录下生成多个文件，用于提供运行时信息和调试支持。

root@xeno-demo:~# cat /proc/xenomai/version3.2.4 root@xeno-demo:~# cat /proc/xenomai/sched/statCPU PID MSW CSW XSC PF STAT %CPU NAME00000000018000100.0[ROOT/0]10000000018000100.0[ROOT/1]20000000018000100.0[ROOT/2]30000000018000100.0[ROOT/3]

/proc/xenomai/version显示当前 Xenomai 的版本号（如3.2.4），用于确认安装的版本是否正确。而/proc/xenomai/sched/stat提供了实时调度器的统计信息，包括每个 CPU 核心的任务模式切换次数（MSW）、上下文切换次数（CSW）、异常切换次数（XSC）、PF（缺页异常）以及STAT（任务状态）等。这些数据有助于监控系统实时性能和排查潜在问题，是调试和优化实时应用的重要工具。

为什么这里CPU的占用率是100%？这里 ROOT/x 是内核 idle 线程，在没有 Xenomai 实时线程运行的情况下，idle线程会占完整个CPU，这里的100%不代表整个系统都被跑满，旨在说明在没有用户态实时线程时，CPU都消耗在内核idle线程。等到有其他线程运行时，CPU会分配过去，也会看到非PID=0、非ROOT/x的线程在运行。

Xenomai Cobalt 内核的启动参数可以通过/sys/module/xenomai/parameters/目录查看，这些参数在内核模块加载时被初始化，用于配置 Xenomai 的运行行为。

root@xeno-demo:~# ls /sys/module/xenomai/parameters/allowed_group state supported_cpus sysheap_size root@xeno-demo:~# cat /sys/module/xenomai/parameters/sysheap_size4096

例如，sysheap_size表示系统堆的大小（以 KB 为单位），这里显示为4096KB，即 4 MB，用于分配实时任务的内存资源。其他参数如allowed_group控制访问权限，supported_cpus定义支持的 CPU 掩码，state显示模块状态。这些参数为管理员提供了灵活的配置选项，便于优化和调试实时系统性能。

3.5.3 检查Xenomai用户层库和工具

执行 Xenomai 的latency工具可以验证其实时性能和相关库是否正确安装。latency是 Xenomai 提供的一个基准测试工具，用于测量系统的实时延迟特性。运行该工具时，它会定期触发定时器中断，并记录系统响应的最大、最小和平均延迟。通过观察输出结果，可以判断 Xenomai 内核和用户空间库是否正常工作。如果工具能够成功运行并输出延迟数据，说明 Xenomai 环境已正确配置。

因为当前是在QMEU ARM64虚拟机下运行，具体的延迟数值可以忽略。在真实的硬件下测试，得到的延迟数值才有参考价值。

root@xeno-demo:~# latency==Sampling period:1000us==Test mode: periodic user-mode task==All resultsinmicroseconds warming up... RTT|00:00:01(periodic user-mode task,1000us period, priority99)RTH|----lat min|----lat avg|----lat max|-overrun|---msw|---lat best|--lat worst RTD|132.110|495.434|1184.420|2|0|132.110|1184.420RTD|133.921|503.454|1131.748|7|0|132.110|1184.420RTD|70.308|538.631|1391.883|16|0|70.308|1391.883RTD|167.898|494.612|1416.772|21|0|70.308|1416.772RTD|122.023|498.749|1110.043|28|0|70.308|1416.772RTD|73.017|483.336|1479.383|32|0|70.308|1479.383