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macOS Big Sur 使用 vftool 运行 Linux 虚拟机

 ·  ☕ 5 分钟  ·  ✍️ 米开朗基杨 · 👀... 阅读
Sealyun Kubernetes 一键离线安装 走,看看去!

之前我给大家介绍过如何在 macOS 上使用 multipass 创建轻量级虚拟机来使用 Podman,众小伙伴纷纷齐说真香。今天我要给大家介绍一个全新的黑科技,利用 macOS Big Sur 引入的全新虚拟化框架 Virtualization Kit 来创建更加轻量级的虚拟机。准确地说,这个最新的虚拟化框架并不能直接使用,它只是提供了 API,为许多设备类型定义了标准接口,包括网络、存储等设备,且支持 Virtio 标准。要想使用该框架来创建管理虚拟机,需要对其进行封装,构建出一个易于使用的工具,目前最优秀的就是 vftool

下面就来看看如何使用 vftool 来创建 Ubuntu 虚拟机。

1. 编译 vftool

vftool 使用的是 Swift 语言,要想成功编译出可执行文件,需要安装 Xcode 命令行工具,你可以通过下面的命令直接安装:

$ xcode-select --install

或者到官方网站下载安装:https://developer.apple.com/download/more/

或者你也可以直接安装 Xcode

安装好 Xcode 命令行工具后,就可以拉取 vftool 仓库进行编译了:

$ git clone https://github.com/evansm7/vftool.git
$ clang -framework Foundation -framework Virtualization vftool/vftool/main.m -o /usr/local/bin/vftool

后面创建虚拟机的时候,你可能会遇到以下的报错:

Configuration vaildation failure! Error Domain=VZErrorDomain Code=2 “Virtualization requires the “com.apple.security.virtualization” entitlement” UserInfo={NSDebugDescription=Virtualization requires the “com.apple.security.virtualization” entitlement}

这是因为编译完成后需要对二进制文件进行签名,而签名是需要授权的,所以需要创建一个自签名证书。打开钥匙串访问,依次选择 证书助理 –> 创建证书

选择证书类型为 代码签名,名字随便写,然后点击创建:

然后利用新建的自签名证书对二进制文件进行签名:

$ codesign --entitlements vftool/vftool/vftool.entitlements -s "<NAME ON CERTIFICATE>" /usr/local/bin/vftool

除了上面的方法之外,还有一种编译方法,直接运行以下命令:

$ xcodebuild
$ cp build/Release/vftool /usr/local/bin/vftool

现在就可以使用这个二进制文件来创建虚拟机了。

2. 准备镜像文件

需要准备三个文件:

下载相关文件:

$  mkdir -p ~/bin/vm
$ cd ~/bin/vm
$ wget https://cloud-images.ubuntu.com/releases/focal/release/unpacked/ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64-vmlinuz-generic
$ wget https://cloud-images.ubuntu.com/releases/focal/release/unpacked/ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64-initrd-generic
$ wget https://cloud-images.ubuntu.com/releases/focal/release/ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64.tar.gz
$ mv ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64-vmlinuz-generic vmlinux
$ mv ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64-initrd-generic initrd
$ tar xvfz ubuntu-20.04-server-cloudimg-amd64.tar.gz

创建数据盘:

$ dd if=/dev/zero of=data.img bs=1m count=51200

3. 修改虚拟机网段

如果你想自定义虚拟机的网段,可以直接修改文件 /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.vmnet.plist。例如修改为:

        <key>Shared_Net_Address</key>
        <string>192.168.64.1</string>
        <key>Shared_Net_Mask</key>
        <string>255.255.255.0</string>

3. 创建虚拟机

直接通过 vftool 创建虚拟机:

$ vftool \
  -k vmlinux \
  -i initrd \
  -c focal-server-cloudimg-amd64.img \
  -d data.img \
  -m 2048 \
  -a "console=hvc0"
  
2021-01-14 13:27:08.223 vftool[66147:839169] vftool (v0.3 10/12/2020) starting
2021-01-14 13:27:08.223 vftool[66147:839169] +++ kernel at vmlinux, initrd at initrd, cmdline 'console=hvc0', 1 cpus, 2048MB memory
2021-01-14 13:27:08.224 vftool[66147:839169] +++ fd 3 connected to /dev/ttys000
2021-01-14 13:27:08.224 vftool[66147:839169] +++ Waiting for connection to:  /dev/ttys000

从日志信息可以看到该虚拟机连接的 TTY,我这里是 /dev/ttys000。打开一个新的终端窗口,连接该 TTY,然后执行一系列命令来进行初始化操作:

$ screen /dev/ttys000
<LOTS OF OUTPUT>
(initramfs) dd if=/dev/vda of=/dev/vdb bs=1024k &
(initramfs) mkdir /mnt
(initramfs) mount /dev/vdb /mnt
(initramfs) chroot /mnt

root@(none):/# touch /etc/cloud/cloud-init.disabled
root@(none):/# echo 'root:root' | chpasswd
root@(none):/# echo "podman" >/etc/hostname
root@(none):/# ssh-keygen -f /etc/ssh/ssh_host_rsa_key -N '' -t rsa
root@(none):/# ssh-keygen -f /etc/ssh/ssh_host_dsa_key -N '' -t dsa
root@(none):/# ssh-keygen -f /etc/ssh/ssh_host_ed25519_key -N '' -t ed25519
root@(none):/# cat <<EOF > /etc/netplan/01-dhcp.yaml 
network:
    renderer: networkd
    ethernets:
        enp0s1:
            dhcp4: no
            addresses: [192.168.64.2/24]
            gateway4: 192.168.64.1
            nameservers:
                addresses: [114.114.114.114]
    version: 2
EOF

root@(none):/# echo "PermitRootLogin yes" >> /etc/ssh/sshd_config
root@(none):/# sed -i "/^PasswordAuthentication/ c PasswordAuthentication yes" /etc/ssh/sshd_config

root@(none):/# exit
(initramfs) umount /dev/vda

上面的步骤总共干了这么几件事:

  • 挂载硬盘
  • 禁用 cloud-init
  • 设置主机名和 ssh 秘钥
  • 设置网络
  • 设置 ssh 允许使用 root 用户和密码登录

然后在运行 vftool 命令的窗口中按 CTRL-C 来关闭虚拟机。

接着使用新的硬盘来启动虚拟机:

$ vftool \
  -k vmlinux \
  -i initrd \
  -d data.img \
  -m 2048 \
  -a "console=hvc0 root=/dev/vda" \
  -t 0

打开一个新的终端窗口,通过 ssh 连接虚拟机,调整硬盘容量,移除不必要的组件:

$ ssh root@192.168.64.2
# login as root
root@podman:~# systemctl disable --now snapd.service snapd.socket
root@podman:~# resize2fs /dev/vda
root@podman:~# apt remove -y cloud-init cloud-initramfs-copymods cloud-initramfs-dyn-netconf cloud-guest-utils popularity-contest

看看它的内存占用:

果然很香!

4. 开机自启

MacOS 可以使用 launchctl 来管理服务,它可以控制启动计算机时需要开启的服务,也可以设置定时执行特定任务的脚本,就像 Linux crontab 一样, 通过加装 *.plist 文件执行相应命令。Launchd 脚本存储在以下位置, 默认需要自己创建个人的 LaunchAgents 目录:

  • ~/Library/LaunchAgents : 由用户自己定义的任务项
  • /Library/LaunchAgents : 由管理员为用户定义的任务项
  • /Library/LaunchDaemons : 由管理员定义的守护进程任务项
  • /System/Library/LaunchAgents : 由 MacOS 为用户定义的任务项
  • /System/Library/LaunchDaemons : 由 MacOS 定义的守护进程任务项

我们选择在 ~/Library/LaunchAgents/ 目录下创建 vftool.ubuntu.plist 文件,内容如下:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple Computer//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
  <dict>
    <key>Label</key>
    <string>ubuntu</string>
    <key>ProgramArguments</key>
    <array>
      <string>/bin/bash</string>
      <string>-c</string>
      <string>$HOME/bin/vm/start.sh</string>
    </array>
    <key>StandardOutPath</key>
    <string>/var/log/vftool.ubuntu.stdout.log</string>
    <key>StandardErrorPath</key>
    <string>/var/log/vftool.ubuntu.stderr.log</string>
    <key>KeepAlive</key>
    <true/>
    <key>RunAtLoad</key>
    <true/>
  </dict>
</plist>

创建启动脚本:

$ cd ~/bin/vm
$ cat <<EOF > start.sh
#!/bin/bash

/usr/local/bin/vftool \
  -k $HOME/bin/vm/vmlinux \
  -i $HOME/bin/vm/initrd \
  -d $HOME/bin/vm/data.img \
  -m 2048 \
  -a "console=hvc0 root=/dev/vda" \
  -t 0
EOF
$ chmod +x start.sh

创建日志文件:

$ touch /var/log/vftool.ubuntu.stdout.log
$ touch /var/log/vftool.ubuntu.stderr.log
$ sudo chmod a+rw /var/log/vftool.ubuntu.stdout.log
$ sudo chmod a+rw /var/log/vftool.ubuntu.stderr.log

设置开机自动启动 Ubuntu 虚拟机:

$ launchctl load -w ~/Library/LaunchAgents/vftool.ubuntu.plist

启动服务:

$ launchctl start ubuntu

查看服务:

$ launchctl list ubuntu
{
	"StandardOutPath" = "/var/log/vftool.ubuntu.stdout.log";
	"LimitLoadToSessionType" = "Aqua";
	"StandardErrorPath" = "/var/log/vftool.ubuntu.stderr.log";
	"Label" = "ubuntu";
	"OnDemand" = false;
	"LastExitStatus" = 256;
	"PID" = 50797;
	"Program" = "/bin/bash";
	"ProgramArguments" = (
		"/bin/bash";
		"-c";
		"$HOME/bin/vm/start.sh";
	);
};

大功告成,现在就可以通过 ssh 连接虚拟机了:

$ ssh root@192.168.64.2

5. 共享文件系统

虚拟机访问宿主机

虚拟机在许多场景中需要访问宿主机的文件系统,vftool 目前还没有太好的办法,只能通过 Mac 的文件共享功能来访问。

首先进入系统偏好设置中的共享选项。勾中文件共享(如下图),之后右边的文件共享的绿灯会点亮,并显示“文件共享:打开”。

点击在文件共享界面中右边的共享文件夹下的+号,在出现的窗口中找到你要共享的目录,点击增加。之后在右边的用户里,进行对该目录的访问权限设置。

然后 ssh 登录虚拟机,安装 samaba 客户端:

$ ssh root@192.168.64.2
root@podman:~# apt update
root@podman:~# apt install -y cifs-utils

挂载宿主机的文件系统:

$ mount -t cifs //192.168.64.1/bin /mnt -o username=<USERNAME>,password=<PASSWORD>,nounix,sec=ntlmssp

你也可以写进 /etc/fstab 中,开机自动挂载:

//192.168.64.1/bin   /mnt/bin    cifs   username=Ryan,password=yang8683060,nounix,sec=ntlmssp   0 0

宿主机访问虚拟机

如果宿主机想访问虚拟机的文件系统怎么办呢?

虚拟机的硬盘其实就是 data.img,文件系统是 ext4,我们可以使用 hdiutil 将 data.img 转换为块设备:

$ sudo hdiutil attach -nomount data.img
/dev/disk2

然后再安装支持 ext4 格式的挂载工具:

$ brew install --cask osxfuse
$ brew install ext4fuse

最后再手动挂载:

$ sudo ext4fuse /dev/disk2 ~/tmp/ubuntu -o allow_other

挂载点可以根据你自己的喜好设置,我这里设置的是 ~/tmp/ubuntu。

挂载完成后,就可以在宿主机直接访问虚拟机的文件系统了:

$ tree -L 1 ~/tmp/ubuntu
/Users/Ryan/tmp/ubuntu
├── bin -> usr/bin
├── boot
├── dev
├── etc
├── home
├── lib -> usr/lib
├── lib32 -> usr/lib32
├── lib64 -> usr/lib64
├── libx32 -> usr/libx32
├── lost+found
├── media
├── mnt
├── opt
├── proc
├── root
├── run
├── sbin -> usr/sbin
├── snap
├── srv
├── sys
├── tmp
├── usr
└── var

23 directories, 0 files

简直爽歪歪~~

参考

-------他日江湖相逢 再当杯酒言欢-------
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米开朗基杨
作者: 米开朗基杨 ❉
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