用户态Linux内核

User Mode Linux 是可以在用户态启动的 Linux版本,最新版linux内核已提供了支持。这使我们能在类似 OpenVZ 虚拟化技术的系统上，使用最新的 Linux 内核；并且可以在非 root 用户下启动。

用途

调试内核模块，网络实验，体验最新功能。。。

工具代码准备

安装内核编译工具

apt-get install build-essential libncurses5-dev

以及计算器小工具bc(编译的时候用到):apt-get install bc

下载内核源码,选择较新版本:

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.2.tar.xz

解压 xz -d linux-4.*.tar.xz && tar xf linux-4.*.tar

另可以下载对应的内核补丁,也可以不管.

编译user mode内核

配置架构为user mode:

cd linux-4.*

make defconfig ARCH=um # 配置默认属性

make menuconfig ARCH=um # 进入配置菜单

进入 UML-specific options→ 选择Force a static link能够静态连接(包括glibc等)

进入 Networking support → Networking options → TCP: advanced congestion control 页面，移到 BBR TCP，注意进入TCP子目录时需要按Y将TCP: advanced congestion control选中.再将 BBR TCP选中。进入下方 Default TCP congestion control 选 BBR。一直ESC，保存退出。

不过为了能编译出体积最小又能满足 BBR 需要的 kernel，使用如下修改的最小配置，首先将下面的内容保存为 kernel-mini.config 文件（如果需要编译 64 位 kernel，那直接把开头的 CONFIG_64BIT=n 这一行去掉即可,如果动态编译,去掉CONFIG_STATIC_LINK）：

kernel-mini.config

CONFIG_64BIT=n

CONFIG_BINFMT_ELF=y

CONFIG_BINFMT_SCRIPT=y

CONFIG_CORE_DUMP_DEFAULT_ELF_HEADERS=n

CONFIG_HOSTFS=y

CONFIG_MCONSOLE=y

CONFIG_MAGIC_SYSRQ=y

CONFIG_KERNEL_STACK_ORDER=1

CONFIG_SWAP=n

CONFIG_SYSVIPC=y

CONFIG_EXPERT=n

CONFIG_EMBEDDED=n

CONFIG_SLUB_DEBUG=n

CONFIG_BLOCK=y

CONFIG_LBDAF=y

CONFIG_DEVTMPFS=y

CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT=y

CONFIG_BLK_DEV_BSG=n

CONFIG_BLK_DEV=y

CONFIG_BLK_DEV_UBD=y

CONFIG_BLK_DEV_LOOP=y

CONFIG_IOSCHED_DEADLINE=y

CONFIG_IOSCHED_CFQ=n

CONFIG_DEFAULT_IOSCHED="deadline"

CONFIG_NETDEVICES=n

CONFIG_STDERR_CONSOLE=y

CONFIG_SSL=y

CONFIG_NULL_CHAN=y

CONFIG_PORT_CHAN=y

CONFIG_PTY_CHAN=y

CONFIG_TTY_CHAN=y

CONFIG_XTERM_CHAN=y

CONFIG_UNIX98_PTYS=y

CONFIG_EXT2_FS=y

CONFIG_PROC_FS=y

CONFIG_PROC_SYSCTL=y

CONFIG_TMPFS=y

CONFIG_SYSFS=y

CONFIG_SCHED_DEBUG=n

CONFIG_NET=y

CONFIG_UNIX=y

CONFIG_INET=y

CONFIG_TCP_CONG_ADVANCED=y

CONFIG_TCP_CONG_CUBIC=y

CONFIG_TCP_CONG_BBR=y

CONFIG_DEFAULT_BBR=y

CONFIG_DEFAULT_TCP_CONG="bbr"

CONFIG_IPV6=n

CONFIG_SYN_COOKIES=y

CONFIG_NET_SCHED=y

CONFIG_NET_SCH_QFQ=y

CONFIG_NET_SCH_CODEL=y

CONFIG_NET_SCH_FQ_CODEL=y

CONFIG_NET_SCH_FQ=y

CONFIG_NET_SCH_FIFO=y

CONFIG_UML_NET=y

CONFIG_UML_NET_TUNTAP=y

CONFIG_UML_NET_VDE=y

CONFIG_DEBUG_KERNEL=n

CONFIG_MAGIC_SYSRQ_DEFAULT_ENABLE=0x1

启用了 UML 的 hostfs 及 mconsole 等很实用的功能；
支持 UML 的 ubd 块设备，也开启了 loop 设备支持，去掉了 ramdisk 等没什么用的其它设备支持；
支持 proc、sysfs、tmpfs 等虚拟文件系统，真实的文件系统只保留了 ext2 支持，需要 ext3 或者 ext4 支持的朋友请自行修改；
开启 BBR 并设置为默认拥塞控制算法，另外需要为 BBR 启用 Fair Queue 包调度器；
去掉对 IPv6 支持;去掉了所有的网卡设备驱动；
去掉了几乎所有的内核调试信息。
开启TAP网络连接方式,去掉了VDE网络连接方式. VDE交换设备是由软件模拟的一个网络交换设备。如果要开启需要apt-get install libvdeplug-dev,参考http://blog.sina.com.cn/s/blog_3e4774e30101qyde.html

使用 mini.config 生成新的内核配置文件：

make ARCH=um allnoconfig KCONFIG_ALLCONFIG=kernel-mini.config

新配置将写到.config文件

使用上述的最小化配置,make ARCH=um vmlinux -j$(nproc) 编译。

动态链接编译出的vmlinux约4.7M;静态链接5.3M,执行strip vmlinux去掉调试符号之后是4.4M.

$ ldd vmlinux

        not a dynamic executable

$ file vmlinux

vmlinux: ELF 64-bit LSB  executable, x86-64, version 1 (SYSV), statically linked, for GNU/Linux 2.6.24, stripped

在.config中设置CONFIG_STATIC_LINK=y将会静态编译

可以通过编译出的vmlinux查看编译时使用的内核配置：

./vmlinux --showconfig

rootfs

使用busybox 做rootfs: https://busybox.net/

配置编译:

make defconfig

make menuconfig

在其中选择Busybox Settings—>1、Build Options—>，选择[*] Build Busybox as a static binary（no shared libs）；

如果编译时动态链接,编译出的busybox不到1M,静态编译出来2.5M.

make -j 编译

make CONFIG_PREFIX=~/root install 安装到~/root文件夹

拷贝etc目录:cp -r examples/bootfloppy/etc ~/root

rootfs文件系统

下载可以运行内核的rootfs文件系统,这里采用Arch的文件系统镜像(140M),当然也可以采用alpine等小型文件系统或者ubuntu的.

wget http://mirror.rackspace.com/archlinux/iso/latest/archlinux-bootstrap-2017.11.01-x86_64.tar.gz

tar xzf archlinux-bootstrap-*.tar.gz

mv root.x86_64 root

控制 UML 系统

如果你需要登录到 UML 系统，可以先用 uml_mconsole 命令得到 UML 系统分配到的虚拟终端（第二个参数就是 UML 系统 ID）：

uml_mconsole $uml_id config con0

OK pts:/dev/pts/2

然后使用 screen 命令就可以连接到该虚拟终端上（默认什么都不显示，需要按回车键终端才会出来）：

screen /dev/pts/2

如果想在 OpenVZ 主机系统里直接关闭整个 UML 系统，那也非常简单：

uml_mconsole shadowsocks halt

后续工作

操作系统制作好之后记得打包备份.

不愿意折腾的直接用alpine的rootfs好了,root坏境已经配置好了:

官方网站上的minirootfs里边缺openrc等程序,http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.7/releases/x86_64/alpine-minirootfs-3.7.0-x86_64.tar.gz

推荐使用这里的版本: http://uk.images.linuxcontainers.org/images/alpine/

运行时报错:

Checking PROT_EXEC mmap in /dev/shm…Operation not permitted

/dev/shm must be not mounted noexec

解决方法:

mkdir /tmp/uml

chown root.root /tmp/uml

chmod 777 /tmp/uml

export TMPDIR=/tmp/uml