🥇So beginnen Sie mit User Mode in Linux

Einführung des Übersetzers: Angesichts des massiven Einzugs verschiedener Container in unser Leben kann es ziemlich interessant und nützlich sein, herauszufinden, mit welchen Technologien das alles einmal begonnen hat. Einige von ihnen können bis heute nützlich angewandt werden, aber viele erinnern sich nicht mehr an solche Methoden (oder wissen es nicht, wenn sie in der Zeit ihrer rasanten Entwicklung nicht dabei waren). Eine solche Technologie ist User Mode Linux. Die Autorin des Originals hat gründlich recherchiert, was von den alten Entwicklungen noch funktioniert und was nicht mehr so gut ist, und hat eine Art Schritt-für-Schritt-Anleitung zusammengestellt, wie man sich im Jahr 2k19 ein selbstgebautes UML einrichten kann. Und ja, wir haben die Autorin des ursprünglichen Beitrags zu Habr eingeladen. Cadey, also wenn es Fragen gibt – stellt sie auf Englisch in den Kommentaren.

User Mode in Linux ist praktisch ein Port des Linux-Kernels auf sich selbst. Dieser Modus ermöglicht es, einen vollständigen Linux-Kernel als Benutzerprozess auszuführen und wird normalerweise von Entwicklern zum Testen von Treibern verwendet. Aber dieser Modus ist auch als Werkzeug zur allgemeinen Isolation nützlich, dessen Prinzip dem von virtuellen Maschinen ähnelt. Dieser Modus bietet mehr Isolation als Docker, aber weniger als eine vollwertige virtuelle Maschine wie KVM oder Virtual Box.

Insgesamt mag User Mode wie ein seltsames und kompliziertes Werkzeug erscheinen, hat aber dennoch seine Anwendungsbereiche. Schließlich handelt es sich um einen vollständigen Linux-Kernel, der von einem nicht privilegierten Benutzer betrieben wird. Dieser Umstand erlaubt das Ausführen von potenziell unsicherem Code, ohne die Host-Maschine zu gefährden. Und da es sich um einen vollständigen Kernel handelt, sind seine Prozesse von der Host-Maschine isoliert, d. h. Prozesse, die innerhalb des User Mode laufen, werden für den Host nicht sichtbar sein. Dies unterscheidet sich von einem herkömmlichen Docker-Container, bei dem die Host-Maschine immer die Prozesse im Container sieht. Schaut euch diesen Ausschnitt von pstree von einem meiner Server an:

containerd─┬─containerd-shim─┬─tini─┬─dnsd───19*[{dnsd}]
           │                 │      └─s6-svscan───s6-supervise
           │                 └─10*[{containerd-shim}]
           ├─containerd-shim─┬─tini─┬─aerial───21*[{aerial}]
           │                 │      └─s6-svscan───s6-supervise
           │                 └─10*[{containerd-shim}]
           ├─containerd-shim─┬─tini─┬─s6-svscan───s6-supervise
           │                 │      └─surl
           │                 └─9*[{containerd-shim}]
           ├─containerd-shim─┬─tini─┬─h───13*[{h}]
           │                 │      └─s6-svscan───s6-supervise
           │                 └─10*[{containerd-shim}]
           ├─containerd-shim─┬─goproxy───14*[{goproxy}]
           │                 └─9*[{containerd-shim}]
           └─32*[{containerd}]

Und vergleichen Sie dies mit pstree des Linux-Kernels im Benutzer-Modus:

linux─┬─5*[linux]
      └─slirp

Bei der Arbeit mit Docker-Containern kann ich vom Host aus die Prozessnamen sehen, die im Gastbetriebssystem ausgeführt werden. Mit dem Linux-Benutzermodus ist dies nicht möglich. Was bedeutet das? Das bedeutet, dass Monitoring-Tools, die über das Auditsystem von Linux arbeiten, sehen nicht die Prozesse, die im Gastbetriebssystem ausgeführt werden. In einigen Situationen kann diese Eigenschaft jedoch ein zweischneidiges Schwert sein.

Der gesamte nachfolgende Beitrag ist eine Sammlung von Studien und groben Versuchen, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Dazu musste ich verschiedene alte Werkzeuge verwenden, Quellcodes des Kernels lesen, intensiv an einem Code debuggen, der zur Zeit, als ich noch in der Grundschule war, geschrieben wurde, und in den Heroku-Bauten mit einem speziellen Binary nach den benötigten Werkzeugen suchen. All diese Arbeit führte dazu, dass die Jungs in meinem IRC mich eine Zauberin (magic) nannten. Ich hoffe, dass dieser Beitrag jemandem als zuverlässige Dokumentation dienen kann, um dasselbe zu erreichen, jedoch mit neueren Kernen und Betriebssystemversionen.

Einstellungen

Die Konfiguration des Linux-Benutzermodus erfolgt in mehreren Schritten:

Installation der Abhängigkeiten auf dem Host;
Herunterladen des Linux-Kernels;
Konfiguration des Kernel-Baus;
Bau des Kernels;
Installation des Binaries;
Konfiguration des Gast-Dateisystems;
Festlegung der Kernel-Startparameter;
Konfiguration des Gast-Netzwerks;
Start des Gast-Kerns.

Ich nehme an, dass Sie, wenn Sie das Ganze selbst durchführen möchten, dies wahrscheinlich in einem Ubuntu- oder Debian-ähnlichen System tun werden. Ich habe versucht, alles oben Beschriebene in meiner bevorzugten Distribution — Alpine — umzusetzen, aber es hat nicht geklappt, vermutlich weil der Linux-Kernel eine strikte Bindung an glibc-isms für Treiber im User Mode hat. Ich plane, dies upstream zu melden, nachdem ich das Problem endgültig verstanden habe.

Installation der Abhängigkeiten auf dem Host

Ubuntu benötigt mindestens die folgenden Pakete zum Bauen des Linux-Kernels (bei einer sauberen Installation):

- 'build-essential' - 'flex' - 'bison' - 'xz-utils' - 'wget' - 'ca-certificates' - 'bc' - 'linux-headers'

Sie können diese mit folgendem Befehl installieren (als Root oder mit sudo):

apt-get -y install build-essential flex bison xz-utils wget ca-certificates bc 
                   linux-headers-$(uname -r)

Bitte beachten Sie, dass das Ausführen des Menükonfigurationsprogramms für den Linux-Kernel die Installation von libncurses-deverfordert. Bitte stellen Sie sicher, dass es mit folgendem Befehl installiert ist (als Root oder mit sudo):

apt-get -y install libncurses-dev

Herunterladen des Kernels

Bestimmen Sie den Speicherort für den Download und das anschließende Bauen des Kernels. Für diese Operation benötigen Sie etwa 1,3 GB Speicherplatz auf der Festplatte, stellen Sie also sicher, dass dieser verfügbar ist.

Gehen Sie nun zu kernel.org und holen Sie sich die URL zum Herunterladen der neuesten stabilen Version des Kernels. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags ist das: https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.1.16.tar.xz

Laden Sie diese Datei mit 'wget':

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.1.16.tar.xz

Und extrahieren Sie sie mit 'tar':

tar xJf linux-5.1.16.tar.xz

Gehen Sie nun in das Verzeichnis, das beim Entpacken des Tarballs erstellt wurde:

cd linux-5.1.16

Konfiguration des Kernel-Baus

Das System zum Bauen des Kernels besteht aus Make-Dateien c vielen benutzerdefinierten Werkzeugen und Skripten zur Automatisierung des Prozesses. Öffnen Sie zunächst das interaktive Konfigurationsprogramm:

make ARCH=um menuconfig

Es wird teilweise den Bauprozess anstoßen und Ihnen ein Dialogfenster anzeigen. Wenn unten im Fenster '[Select]' angezeigt wird, können Sie mit den Tasten Leertaste oder Eingabe mit der Konfiguration beginnen. Die Navigation im Fenster erfolgt wie gewohnt mit den Pfeiltasten „hoch“ und „runter“, und das Auswählen von Elementen erfolgt mit „links“ oder „rechts“.

Ein Hinweis wie —> bedeutet, dass Sie sich im Untermenü befinden, das mit der Eingabetaste betreten werden kann. Der Ausstieg erfolgt offensichtlich über '[Exit]'.Aktivieren Sie die folgenden Optionen in '[Select]' und stellen Sie sicher, dass neben ihnen ein Symbol '[*]' steht:‘.

‘[Select]‘

UML-spezifische Optionen:
  - Host-Dateisystem
Netzwerkunterstützung (aktivieren Sie dies, um das Untermenü anzuzeigen):
  - Netzwerkauswahl:
    - TCP/IP-Netzwerk
UML-Netzwerkgeräte:
  - Virtuelles Netzwerkgerät
  - SLiRP-Transport

Sie können aus diesem Fenster herausgehen, indem Sie nacheinander 'Aktivieren Sie die folgenden Optionen in '[Select]' und stellen Sie sicher, dass neben ihnen ein Symbol '[*]' steht:‘ wählen. Nur sollten Sie sicherstellen, dass Ihnen am Ende angeboten wird, die Konfiguration zu speichern, und wählen Sie '[Ja]‘.

Ich empfehle Ihnen, nach dem Lesen dieses Beitrags mit den Kernel-Bauoptionen zu experimentieren. Dank dieser Experimente werden Sie viel über das Verständnis der Funktionsweise der Low-Level-Mechaniken des Kernels und den Einfluss verschiedener Flags auf dessen Erstellung lernen.

Kernel-Bau

Der Linux-Kernel ist ein großes Programm, das viele Dinge verwaltet. Selbst mit einer so minimalen Konfiguration kann das Erstellen auf alter Hardware ausreichend Zeit in Anspruch nehmen. Daher erstellen Sie den Kernel mit dem folgenden Befehl:

make ARCH=um -j$(nproc)

Warum? Dieser Befehl sagt unserem Compiler, alle verfügbaren Kerne und Prozessor-Threads während des Bauprozesses zu nutzen. Der Befehl $(nproc) am Ende von Build ersetzt das Ergebnis des Befehls nproc, der Teil von coreutils in der Standardinstallation von Ubuntu ist.

Nach einiger Zeit wird unser Kernel in eine ausführbare Datei erstellt ./linux.

Installation des Binärdatei

Da der User Mode in Linux ein normales Binärformat erstellt, können Sie es wie jede andere Utility installieren. So habe ich das gemacht:

mkdir -p ~/bin
cp linux ~/bin/linux

Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass ~/bin in Ihrem $PATH:

export PATH=$PATH:$HOME/bin

Einrichtung des Gast-Dateisystems

Erstellen Sie ein Verzeichnis für das Gast-Dateisystem:

mkdir -p $HOME/prefix/uml-demo
cd $HOME/prefix

Besuchen Sie alpinelinux.org und suchen Sie im Bereich Downloads nach dem aktuellen Download-Link für MINI ROOT FILESYSTEM. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Beitrags war das:

http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.10/releases/x86_64/alpine-minirootfs-3.10.0-x86_64.tar.gz

Laden Sie dieses Tarball mit wget herunter:

wget -O alpine-rootfs.tgz http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.10/releases/x86_64/alpine-minirootfs-3.10.0-x86_64.tar.gz

Jetzt wechseln Sie in das Verzeichnis des Gast-Dateisystems und entpacken das Archiv:

cd uml-demo
tar xf ../alpine-rootfs.tgz

Die beschriebenen Schritte erstellen ein kleines Vorlagen-Dateisystem. Aufgrund der Eigenschaften des Systems wird es äußerst schwierig sein, Pakete über den apk-Manager von Alpine zu installieren. Aber dieses FS wird ausreichen, um die allgemeine Idee zu bewerten.

Wir benötigen auch ein Werkzeug tini um den Speicherverbrauch von Zombie-Prozessen unseres Gastkernels zu stoppen.

wget -O tini https://github.com/krallin/tini/releases/download/v0.18.0/tini-static
chmod +x tini

Erstellen einer Kernel-Befehlszeile

Im Linux-Kernel, wie in den meisten anderen Programmen, gibt es Kommandozeilenargumente, die Sie einsehen können, indem Sie den Schlüssel --help.

Selbst —help

linux --help
User Mode Linux v5.1.16
        verfügbar unter http://user-mode-linux.sourceforge.net/

--showconfig
    Gibt die Konfigurationsdatei aus, aus der dieses UML-Binärdatei generiert wurde.

iomem=,
    Konfigurieren Sie  als einen IO-Speicherbereich namens .

mem=
    Dies steuert, wie viel "physischer" Speicher der Kernel für das System reserviert.
    Die Größe wird als eine Zahl gefolgt von einem der Buchstaben 'k', 'K', 'm', 'M' angegeben, die offensichtlich sind.
    Dies steht nicht im Zusammenhang mit der Menge an Speicher im Host. Es kann mehr sein, und der Überschuss, falls er jemals verwendet wird, wird einfach ausgelagert.
        Beispiel: mem=64M

--help
    Gibt diese Nachricht aus.

debug
    Dieses Flag ist nicht erforderlich, um gdb im UML im skas-Modus auszuführen.

root=
    Dies wird tatsächlich vom generischen Kernel auf genau die gleiche Weise verwendet wie in jedem anderen Kernel. Wenn Sie eine Anzahl von Blockgeräten konfigurieren und von etwas booten möchten, das nicht ubd0 ist, würden Sie etwas verwenden wie:
        root=/dev/ubd5

--version
    Gibt die Versionsnummer des Kernels aus.

umid=
    Dies wird verwendet, um dieser UML-Maschine eine eindeutige Identität zuzuweisen und wird für die Benennung der PID-Datei und des Verwaltungskonsolensockets verwendet.

con[0-9]*=
    Schließt eine Konsole oder serielle Leitung an einen Hostkanal an. Siehe
    http://user-mode-linux.sourceforge.net/old/input.html für eine vollständige Beschreibung dieses Schalters.

eth[0-9]+=,
    Konfigurieren Sie ein Netzwerkgerät.
    
aio=2.4
    Dies wird verwendet, um UML zu zwingen, 2.4-Stil AIO zu verwenden, selbst wenn 2.6 AIO verfügbar ist.  2.4 AIO ist ein einzelner Thread, der einen Antrag auf einmal synchron verarbeitet.  2.6 AIO ist ein Thread, der die 2.6 AIO-Schnittstelle verwendet, um eine beliebige Anzahl von ausstehenden Anfragen zu verarbeiten.  2.6 AIO ist nicht im tt-Modus, auf 2.4-Hosts oder wenn UML mit /usr/include/linux/aio_abi.h nicht verfügbar gebaut wurde. Viele Distributionen beinhalten aio_abi.h nicht, daher müssen Sie es aus einem Kernelbaum nach /usr/include/linux kopieren, um ein AIO-fähiges UML zu bauen.

nosysemu
    Deaktiviert den Systemaufruf-emulations-Patch für ptrace (SYSEMU).
    SYSEMU ist ein Leistungspatch, der von Laurent Vivier eingeführt wurde. Es ändert das Verhalten von ptrace() und hilft, die Kontextwechselraten des Hosts zu reduzieren.
    Damit es funktioniert, benötigen Sie auch einen Kernel-Patch für Ihren Host.
    Siehe http://perso.wanadoo.fr/laurent.vivier/UML/ für weitere Informationen.

uml_dir=
    Der Ort, um die PID- und umid-Dateien abzulegen.

quiet
    Schaltet Informationsnachrichten während des Bootvorgangs aus.

hostfs=,,...
    Dies wird verwendet, um hostfs-Parameter festzulegen.  Das Argument für das Root-Verzeichnis wird verwendet, um alle Hostfs-Mounts auf den angegebenen Verzeichnisbaum im Host zu beschränken.  Wenn dies nicht angegeben wird, kann ein Benutzer innerhalb von UML alles auf dem Host einhängen, das für den Benutzer, der es ausführt, zugänglich ist.
    Das einzige derzeit unterstützte Flag ist 'append', was angibt, dass alle von hostfs geöffneten Dateien im Anhang-Modus geöffnet werden.

Dieses Banner zeigt die grundlegenden Startparameter. Lassen Sie uns den Kernel mit dem minimal notwendigen Satz an Optionen starten:

linux 
  root=/dev/root 
  rootfstype=hostfs 
  rootflags=$HOME/prefix/uml-demo 
  rw 
  mem=64M 
  init=/bin/sh

Die obigen Zeilen sagen unserem Kernel Folgendes:

Angenommen, das Root-Dateisystem ist ein Pseudo-Gerät. /dev/root.
Wähle hostfs als Treiber des Root-Dateisystems.
Binde das Gast-Dateisystem ein, das wir im Root-Gerät erstellt haben.
Und ja, im Lese- und Schreibmodus.
Verwende nur 64 Megabyte RAM (du kannst viel weniger verwenden, je nachdem, was du vorhast, aber 64 MB erscheinen optimal).
Der Kernel startet automatisch /bin/sh als init-Prozess.

Führe diesen Befehl aus und du solltest etwas wie Folgendes erhalten:

Noch ein Blatt

Kerneltabellen:
        weich - 0
        hart - KEINE
Überprüfung, ob ptrace Systemaufrufnummern ändern kann...OK
Überprüfung des Syscall-Emulationspatches für ptrace...OK
Überprüfung des erweiterten Syscall-Emulationspatches für ptrace...OK
Überprüfung der Umgebungsvariablen für ein tempdir...keines gefunden
Überprüfung, ob /dev/shm auf tmpfs ist...OK
Überprüfung von PROT_EXEC mmap in /dev/shm...OK
32137216 Bytes zum physischen Speicher hinzugefügt, um die Lücke des exec-shields auszugleichen
Linux-Version 5.1.16 (cadey@kahless) (gcc-Version 7.4.0 (Ubuntu 7.4.0-1ubuntu1~18.04.1)) #30 So Jul 7 18:57:19 UTC 2019
1 Zonelisten erstellt, Mobilitätsgruppierung aktiv. Gesamtseiten: 23898
Kernel-Befehlszeile: root=/dev/root rootflags=/home/cadey/dl/uml/alpine rootfstype=hostfs rw mem=64M init=/bin/sh
Dentry-Cache-Hash-Tabelleneinträge: 16384 (Ordnung: 5, 131072 Bytes)
Inode-Cache-Hash-Tabelleneinträge: 8192 (Ordnung: 4, 65536 Bytes)
Speicher: 59584K/96920K verfügbar (2692K Kernelcode, 708K rwdata, 588K rodata, 104K init, 244K bss, 37336K reserviert, 0K cma-reserviert)
SLUB: HWalign=64, Ordnung=0-3, MinObjects=0, CPUs=1, Knoten=1
NR_IRQS: 15
Uhrzeitquelle: timer: Maske: 0xffffffffffffffff max_cycles: 0x1cd42e205, max_idle_ns: 881590404426 ns
Kalibrierung der Verzögerungsschleife... 7479.29 BogoMIPS (lpj=37396480)
pid_max: standard: 32768 minimum: 301
Mount-Cache-Hash-Tabelleneinträge: 512 (Ordnung: 0, 4096 Bytes)
Mountpoint-Cache-Hash-Tabelleneinträge: 512 (Ordnung: 0, 4096 Bytes)
Überprüfung, ob Host-PTYs die Ausgabe SIGIO unterstützen...Ja
Überprüfung, ob Host-PTYs SIGIO beim Schließen unterstützen...Nein, Workaround aktivieren
devtmpfs: initialisiert
random: get_random_bytes wurde von setup_net+0x48/0x1e0 mit crng_init=0 aufgerufen
Verwendung von 2.6 Host AIO
Uhrzeitquelle: jiffies: Maske: 0xffffffff max_cycles: 0xffffffff, max_idle_ns: 19112604462750000 ns
Futex-Hash-Tabelleneinträge: 256 (Ordnung: 0, 6144 Bytes)
NET: Registrierte Protokollfamilie 16
Uhrzeitquelle: gewechselt zu Uhrzeitquelle timer
NET: Registrierte Protokollfamilie 2
tcp_listen_portaddr_hash Hash-Tabelleneinträge: 256 (Ordnung: 0, 4096 Bytes)
TCP-Hash-Tabelleneinträge: 1024 (Ordnung: 1, 8192 Bytes)
TCP-Bind-Hash-Tabelleneinträge: 1024 (Ordnung: 1, 8192 Bytes)
TCP: Hash-Tabellen konfiguriert (etabliert 1024 bind 1024)
UDP-Hash-Tabelleneinträge: 256 (Ordnung: 1, 8192 Bytes)
UDP-Lite-Hash-Tabelleneinträge: 256 (Ordnung: 1, 8192 Bytes)
NET: Registrierte Protokollfamilie 1
Konsole [stderr0] deaktiviert
mconsole (Version 2) auf /home/cadey/.uml/tEwIjm/mconsole initialisiert
Überprüfung der Host-MADV_REMOVE-Unterstützung...OK
workingset: timestamp_bits=62 max_order=14 bucket_order=0
Blockschicht SCSI-Grafik (bsg) Treiberversion 0.4 geladen (major 254)
io-Planer noop registriert (Standard)
io-Planer bfq registriert
loop: Modul geladen
NET: Registrierte Protokollfamilie 17
Standardausgabe-Konsole Treiber initialisiert
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 1 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 2 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 3 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 4 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 5 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 6 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 7 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 8 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 9 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 10 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 11 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 12 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 13 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 14 : Konfiguration fehlgeschlagen
Verwendung eines Kanals, der außerhalb von UML konfiguriert ist
setup_one_line fehlgeschlagen für Gerät 15 : Konfiguration fehlgeschlagen
Konsole auf /dev/tty0 initialisiert
konsole [tty0] aktiviert
konsole [mc-1] aktiviert
Fehler beim Initialisieren des ubd-Geräts 0 : Größe der Geräte-Datei konnte nicht bestimmt werden
VFS: Wurzel (hostfs-Dateisystem) auf Gerät 0:11 gemountet.
devtmpfs: gemountet
Diese Architektur verfügt nicht über einen Kernel-Speicherschutz.
Führen Sie /bin/sh als Init-Prozess aus
/bin/sh: kann tty nicht erreichen; Jobsteuerung deaktiviert
random: schneller Init abgeschlossen
/ #

Die obigen Manipulationen geben uns ein minimales Gastbetriebssystem, ohne solche Dinge wie /proc oder benannten Hostnamen. Versuchen Sie zum Beispiel, die folgenden Befehle auszuführen:

- uname -av - cat /proc/self/pid - hostname

Um aus dem Gastbetriebssystem auszutreten, geben Sie ein exit oder drücken Sie Strg-D. Das wird die Shell mit einem nachfolgenden Kernel Panic beenden:

/ # exit
Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init! exitcode=0x00000000
fish: “./linux root=/dev/root rootflag…” terminated by signal SIGABRT (Abort)

Wir haben diesen Kernel Panic aufgrund der Tatsache erhalten, dass der Linux-Kernel denkt, dass der Initialisierungsprozess immer aktiv ist. Ohne ihn kann das System nicht mehr funktionieren und wird heruntergefahren. Da dies jedoch ein Prozess im Benutzermodus ist, sendet das erhaltene Ergebnis sich selbst an SIGABRT, was zum Austritt führt.

Einrichtung des Gastnetzes

Hier beginnt es, nicht nach Plan zu verlaufen. Das Netzwerk im User Mode Linux ist der Ort, an dem das gesamte Konzept des eingeschränkten „Benutzermodus“ zu zerfallen beginnt. Denn üblicherweise ist das Netzwerk auf Systemebene privilegierten Ausführungsmodi aus den uns allen bekannten Gründen eingeschränkt.

Hinweis: Mehr über verschiedene Optionen zur Arbeit mit Netzwerken in UML kann gelesen werden hier.

Reise zu slirp

Es gibt jedoch ein altes und nahezu nicht unterstütztes Werkzeug namens Slirp, mit dem User Mode Linux mit dem Netzwerk interagieren kann. Es funktioniert ungefähr wie ein TCP/IP-Stack auf Benutzerebene und benötigt keine Systemberechtigungen zum Starten. Dieses Werkzeug wurde 1995 veröffentlicht, und das letzte Update stammt aus 2006.Slirp ist sehr alt. Während der Zeit ohne Unterstützung und Updates sind die Compiler so weit fortgeschritten, dass dieses Werkzeug nur als „Code-Rot“.

beschrieben werden kann. Also, lassen Sie uns Slirp aus den Ubuntu-Repositories installieren und versuchen, es zu starten:

sudo apt-get install slirp
/usr/bin/slirp
Slirp v1.0.17 (BETA)

Copyright (c) 1995,1996 Danny Gasparovski und andere.
Alle Rechte vorbehalten.
Dieses Programm ist urheberrechtlich geschützt, freie Software.
Bitte lesen Sie die Datei COPYRIGHT, die mit dem Slirp
Paket geliefert wird, um die Nutzungsbedingungen zu erfahren.

IP-Adresse des Slirp-Hosts: 127.0.0.1
IP-Adresse Ihrer DNS(s): 1.1.1.1, 10.77.0.7
Ihre Adresse ist 10.0.2.15
(oder alles andere, was Sie möchten)

Geben Sie fünf Nullen (0) ein, um zu beenden.

[Automatische Erkennung SLIP/CSLIP, MTU 1500, MRU 1500, 115200 Baud]

SLiRP Bereit ...
fish: "/usr/bin/slirp" beendet durch Signal SIGSEGV (Adressgrenzenfehler)

Oh, mein Gott. Lassen Sie uns einen Debugger für Slirp installieren und sehen, ob wir herausfinden können, was hier vor sich geht:

sudo apt-get install gdb slirp-dbgsym
gdb /usr/bin/slirp
GNU gdb (Ubuntu 8.1-0ubuntu3) 8.1.0.20180409-git
Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
Lizenz GPLv3+: GNU GPL Version 3 oder neuer 
Diese Software ist kostenlos: Sie können sie ändern und weiterverbreiten.
Es gibt KEINE GARANTIE, soweit es das Gesetz zulässt. Tippen Sie "show copying"
und "show warranty" für Details ein.
Dieses GDB wurde als "x86_64-linux-gnu" konfiguriert.
Tippen Sie "show configuration" für Konfigurationsdetails ein.
Für Anleitungen zur Fehlermeldung siehe:
.
Finden Sie das GDB-Handbuch und andere Dokumentationsressourcen online unter:
.
Für Hilfe tippen Sie "help".
Tippen Sie "apropos word" um nach Befehlen zu suchen, die mit "word" zu tun haben...
Lese Symbole von /usr/bin/slirp...Lese Symbole von /usr/lib/debug/.build-id/c6/2e75b69581a1ad85f72ac32c0d7af913d4861f.debug...fertig.
fertig.
(gdb) run
Starte Programm: /usr/bin/slirp
Slirp v1.0.17 (BETA)

Copyright (c) 1995,1996 Danny Gasparovski und andere.
Alle Rechte vorbehalten.
Dieses Programm ist urheberrechtlich geschützt, freie Software.
Bitte lesen Sie die Datei COPYRIGHT, die mit dem Slirp
Paket geliefert wurde, für die Bedingungen und Konditionen des Urheberrechts.

IP-Adresse des Slirp-Hosts: 127.0.0.1
IP-Adresse Ihrer DNS(s): 1.1.1.1, 10.77.0.7
Ihre Adresse ist 10.0.2.15
(oder alles andere, was Sie wollen)

Geben Sie fünf Nullstellen (0) ein, um zu beenden.

[autodetect SLIP/CSLIP, MTU 1500, MRU 1500, 115200 baud]

SLiRP Bereit ...

Programm empfing Signal SIGSEGV, Segmentierungsfehler.
                                                    ip_slowtimo () in ip_input.c:457
457     ip_input.c: Datei oder Verzeichnis nicht gefunden.

Ein Fehler tritt in dieser Zeile auf. Lassen Sie uns den Stacktrace ansehen, vielleicht hilft er uns weiter:

(gdb) bt full
#0  ip_slowtimo () in ip_input.c:457
        fp = 0x55784a40
#1  0x000055555556a57c in main_loop () in ./main.c:980
        so = 
        so_next = 
        timeout = {tv_sec = 0, tv_usec = 0}
        ret = 0
        nfds = 0
        ttyp = 
        ttyp2 = 
        best_time = 
        tmp_time = 
#2  0x000055555555b116 in main (argc=1, argv=0x7fffffffdc58) in ./main.c:95
Keine lokalen Variablen.

Hier sehen wir, dass der Fehler während des Starts der Hauptschleife auftritt, wenn Slirp versucht, die Zeitüberschreitungen zu überprüfen. An diesem Punkt hätte ich aufgeben sollen, weiter zu debuggen. Aber lassen Sie uns sehen, ob Slirp, das aus den Quellen gebaut wurde, funktioniert. Ich habe das Archiv direkt von der Website heruntergeladen, Sourceforge, denn etwas von dort über die Befehlszeile zu ziehen ist mühsam:

cd ~/dl
wget https://xena.greedo.xeserv.us/files/slirp-1.0.16.tar.gz
tar xf slirp-1.0.16.tar.gz
cd slirp-1.0.16/src
./configure --prefix=$HOME/prefix/slirp
make

Hier sehen wir Warnungen über undefinierte eingebaute Funktionen, d.h. es ist nicht möglich, die resultierende Binärdatei zu verlinken. Es scheint, als hätte gcc im Zeitraum zwischen 2006 und diesem Zeitpunkt aufgehört, Symbole zu erzeugen, die in eingebauten Funktionen in zwischenkompilierten Dateien verwendet werden. Lassen Sie uns versuchen, das Schlüsselwort inline durch einen leeren Kommentar zu ersetzen und das Ergebnis zu betrachten:

vi slirp.h
:6
a

#define inline /**/

:wq
make

Nein. Das funktioniert auch nicht. Ich kann die Symbole dieser Funktionen immer noch nicht finden.

An diesem Punkt gab ich auf und begann auf Github zu suchen Heroku-Build-Pakete. Meine Theorie basierte darauf, dass in irgendeinem Heroku-Build-Paket die benötigten Binärdateien enthalten sein würden. Schließlich führte mich meine Suche hierher. Ich habe heruntergeladen und entpackt uml.tar.gz und fand Folgendes:

gesamt 6136
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey   79744 10. Dez 2017 ifconfig*
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey     373 13. Dez 2017 init*
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey  149688 10. Dez 2017 insmod*
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey   66600 10. Dez 2017 route*
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey  181056 26. Jun 2015 slirp*
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey 5786592 15. Dez 2017 uml*
-rwxr-xr-x 1 cadey cadey     211 13. Dez 2017 uml_run*

Das ist die Binärdatei slirp! Funktioniert sie?

./slirp
Slirp v1.0.17 (BETA) FULL_BOLT

Copyright (c) 1995,1996 Danny Gasparovski und andere.
Alle Rechte vorbehalten.
Dieses Programm ist urheberrechtlich geschützt, freeware.
Bitte lesen Sie die Datei COPYRIGHT, die mit dem Slirp
Paket geliefert wurde, um die Bedingungen und Bestimmungen des Urheberrechts zu erfahren.

IP-Adresse des Slirp-Hosts: 127.0.0.1
IP-Adressen Ihrer DNS(s): 1.1.1.1, 10.77.0.7
Ihre Adresse ist 10.0.2.15
(oder alles andere, was Sie wollen)

Geben Sie fünf Nullen (0) ein, um zu beenden.

[automatische Erkennung SLIP/CSLIP, MTU 1500, MRU 1500]

SLiRP Bereit ...

Es stürzt nicht ab – es sollte also funktionieren! Lassen Sie uns diese Binärdatei in ~ /bin/slirp:

cp slirp ~ /bin/slirp

Für den Fall, dass der Paket-Ersteller es entfernt, habe ich ein Spiegelbild erstellt.

Netzwerkkonfiguration

Jetzt lassen Sie uns das Netzwerk auf unserem Gastkernel einrichten. Lassen Sie uns die Startparameter aktualisieren:

linux 
  root=/dev/root 
  rootfstype=hostfs 
  rootflags=$HOME/prefix/uml-demo 
  rw 
  mem=64M 
  eth0=slirp,,$HOME/bin/slirp 
  init=/bin/sh

Jetzt aktivieren wir das Netzwerk:

mount -t proc proc proc/
mount -t sysfs sys sys/

ifconfig eth0 10.0.2.14 netmask 255.255.255.240 broadcast 10.0.2.15
route add default gw 10.0.2.2

Die ersten beiden Konfigurationsbefehle /proc und /sys sind notwendig für die Funktion ifconfig, die das Netzwerk-Interface für die Kommunikation mit Slirp einrichtet. Der Befehl Route richtet die Routingtabelle des Kernels ein, um den gesamten Verkehr durch den Slirp-Tunnel zu leiten. Lassen Sie uns dies mit einem DNS-Abfrage überprüfen:

nslookup google.com 8.8.8.8
Server:    8.8.8.8
Adresse 1: 8.8.8.8 dns.google

Name:      google.com
Adresse 1: 172.217.12.206 lga25s63-in-f14.1e100.net
Adresse 2: 2607:f8b0:4006:81b::200e lga25s63-in-x0e.1e100.net

Es funktioniert!

Anmerkung: Anscheinend wurde der ursprüngliche Post auf einem Desktop mit einer kabelgebundenen Netzwerkkarte oder einer anderen Konfiguration, die keine zusätzlichen Treiber benötigt, verfasst. Bei einem Laptop mit WiFi 8265 von Intel tritt beim Aktivieren des Netzwerks ein Fehler auf.

/ # ifconfig eth0 10.0.2.14 netmask 255.255.255.240 broadcast 10.0.2.15
slirp_tramp failed - errno = 2
ifconfig: ioctl 0x8914 failed: No such file or directory
/ #

Offensichtlich kann der Kernel nicht mit dem Treiber der Netzwerkkarte kommunizieren. Der Versuch, die Firmware in den Kernel zu kompilieren, hat die Situation leider nicht verbessert. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung konnte in dieser speziellen Konfiguration bisher keine Lösung gefunden werden. In einfacheren Konfigurationen (zum Beispiel in Virtualbox) funktioniert das Interface jedoch korrekt.

Lassen Sie uns die Weiterleitung mit folgendem Shell-Skript automatisieren:

#!/bin/sh
# init.sh

mount -t proc proc proc/
mount -t sysfs sys sys/
ifconfig eth0 10.0.2.14 netmask 255.255.255.240 broadcast 10.0.2.15
route add default gw 10.0.2.2

echo "networking set up"

exec /tini /bin/sh

Und machen wir es ausführbar:

chmod +x init.sh

Und dann ändern wir die Kernel-Befehlszeile:

linux 
  root=\/dev\/root 
  rootfstype=hostfs 
  rootflags=$HOME\/prefix\/uml-demo 
  rw 
  mem=64M 
  eth0=slirp,,$HOME\/bin\/slirp 
  init=\/init.sh

Und wiederholen wir:

SLiRP Bereit ...
Netzwerk eingerichtet
\/bin\/sh: kann tty nicht erreichen; Job-Kontrolle deaktiviert

nslookup google.com 8.8.8.8
Server:    8.8.8.8
Adresse 1: 8.8.8.8 dns.google

Name:      google.com
Adresse 1: 172.217.12.206 lga25s63-in-f14.1e100.net
Adresse 2: 2607:f8b0:4004:800::200e iad30s09-in-x0e.1e100.net

Das Netzwerk funktioniert stabil!

Docker-Datei

Um Ihnen das Überprüfen zu erleichtern, habe ich Dockerfile, die die meisten beschriebenen Schritte automatisiert und Ihnen eine funktionierende Konfiguration bieten sollte. Außerdem habe ich eine fertige Kernel-Konfiguration, die alles enthält, was im Beitrag beschrieben ist. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass ich hier nur die minimale Konfiguration dargelegt habe.

Ich hoffe, dass dieser Beitrag Ihnen geholfen hat zu verstehen, wie man einen Gastkernel hochfährt. Es ist ein ganz schöner Brocken geworden, aber der Beitrag war als umfassende Anleitung zur Erstellung, Installation und Konfiguration von User Mode in Linux für moderne Betriebssystemversionen dieses Typs gedacht. Die nächsten Schritte sollten die Installation von Diensten und anderer Software innerhalb des Gastsystems umfassen. Da Docker-Images einfach gepackte tar-Archive sind, sollten Sie in der Lage sein, das Image über docker export, zu extrahieren und den Installationspfad im Stammverzeichnis des Gastkernels festzulegen. Danach führen Sie das Shell-Skript aus.

Ein besonderer Dank geht an Rkeene mit #lobsters auf Freenode. Ohne seine Hilfe beim Debuggen von Slirp wäre ich nicht so weit gekommen. Ich habe keine Ahnung, wie sein Slackware-System korrekt mit slirp funktioniert, aber meine Systeme Ubuntu und Alpine haben slirp und die von Rkeene vorgeschlagene Binärdatei nicht akzeptiert. Aber ich bin froh, dass ich überhaupt etwas zum Laufen gebracht habe.

Quelle: habr.com