1.2.2 配置运行环境

1.2.2 配置运行环境

在ubuntu上安装bochs

%%bash
# 创建缓存目录
mkdir -p /tmp/code/var/apt/archives/partial

# 配置APT使用自定义缓存目录
echo 'Dir::Cache "/tmp/code/var/apt";' > /etc/apt/apt.conf.d/00custom-cache
echo 'Dir::Cache::archives "archives";' >> /etc/apt/apt.conf.d/00custom-cache
echo 'APT::Keep-Downloaded-Packages "true";' >> /etc/apt/apt.conf.d/00custom-cache

# 更新并安装（首次需要联网）
apt-get update
apt-get install -d -y bochs bochs-x openssh-server x11-apps xauth x11-utils xfce4 xfce4-goodies tightvncserver # 只下载不安装
apt-get install -y bochs bochs-x openssh-server x11-apps xauth x11-utils xfce4 xfce4-goodies tightvncserver # 从缓存安装
# apt-get install -y bochsbios
# apt-get install -y vgabios
# bochs目录在哪里

# 后续安装可以直接使用缓存（离线环境）：
# apt-get install --no-download -y bochs bochs-x openssh-server x11-apps xauth x11-utils xfce4 xfce4-goodies tightvncserver

bochsrc.bxrc 存放在哪里

这个文件是在 C:\Program Files\Bochs-2.7\dlxlinux\bochsrc.bxrc 这是我在Windows上安装的bochs的目录。我把dlxlinux复制到ubuntu服务器了。

%%bash
# 查找 bochs 相关的配置文件和目录
echo "=== Bochs 可执行文件位置 ==="
which bochs

echo -e "\n=== Bochs 系统配置文件位置 ==="
find /etc -name "*bochs*" 2>/dev/null

echo -e "\n=== Bochs 共享目录位置 (BXSHARE) ==="
find /usr/share -name "*bochs*" 2>/dev/null

echo -e "\n=== Bochs 库文件位置 ==="
find /usr/lib -name "*bochs*" 2>/dev/null

echo -e "\n=== 用户目录下的 Bochs 配置 ==="
find ~ -name "*bochs*" 2>/dev/null

echo -e "\n=== 默认 bochsrc 示例文件位置 ==="
find /usr -name "bochsrc*" 2>/dev/null

安装完之后可以在任意目录新建 bochsrc 文件,文件内容可以参考前面的 Windows 的配置。这里要注意修改 romimage 和 vgaromimage 的路径，已经在bochsrc.bxrc中配置了。

#### Ubuntu Desktop/GUI Apps on WSL | Updated Guide 使得ubuntu可以运行GUI程序。

windows - VS code remote x11 cant get DISPLAY while connecting to remote server - Stack Overflow

# !apt-get install -y x11-apps xauth x11-utils

!xeyes # Error: Can't open display: 

%%bash
# 配置ssh使得可以支持GUI程序
# 备份原始配置文件
cp /etc/ssh/sshd_config /etc/ssh/sshd_config.bak

# 修改sshd_config文件
sed -i 's/^#X11Forwarding.*$/X11Forwarding yes/' /etc/ssh/sshd_config
sed -i 's/^#X11DisplayOffset.*$/X11DisplayOffset 10/' /etc/ssh/sshd_config
sed -i 's/^#X11UseLocalhost.*$/X11UseLocalhost no/' /etc/ssh/sshd_config

sed -i 's/^#PubkeyAuthentication.*$/PubkeyAuthentication yes/' /etc/ssh/sshd_config
sed -i 's/^#AuthorizedKeysFile.*/AuthorizedKeysFile .ssh\/authorized_keys/' /etc/ssh/sshd_config
sed -i 's/^AuthorizedKeysFile.*/AuthorizedKeysFile .ssh\/authorized_keys/' /etc/ssh/sshd_config

# 禁止密码登录，只允许公钥登录
sed -i 's/^#PasswordAuthentication.*$/PasswordAuthentication no/' /etc/ssh/sshd_config
# 禁止root登录
# sed -i 's/^#PermitRootLogin.*$/PermitRootLogin prohibit-password/' /etc/ssh/sshd_config

# 重启SSH服务以应用更改
# systemctl restart sshd
/etc/init.d/ssh restart

# 通常， $DISPLAY 变量默认设置。因此，在您的服务器终端中输入以下命令，它将以 IP:D.S. 的形式输出某些内容。记住 D 的值，这里为 10 。
!echo $DISPLAY
import os
os.environ["DISPLAY"] = "localhost:10.0"
# !export DISPLAY=localhost:10.0 # 设置DISPLAY变量
!echo $DISPLAY

%%bash
# ssh -X -L 6010:localhost:6000 username@server_ip
chmod 700 /root/.ssh
cat /root/.ssh/id_rsa.pub >> /root/.ssh/authorized_keys
chmod 600 /root/.ssh/authorized_keys
chmod 600 /root/.ssh/id_rsa
# ssh-keygen -f "/root/.ssh/known_hosts" -R "127.0.0.1"
# ssh -v -X -i /root/.ssh/id_rsa root@127.0.0.1 # 不行啊，tunnel没法转发端口到端口，智能转发端口到Web服务

下载 VcXsrv - Open-Source X Server for Windows

配置VNC

也放弃了，不行

%%bash
# 安装桌面环境
# sudo apt update
# sudo apt install xfce4 xfce4-goodies 
# 安装VNC服务器
# sudo apt install tightvncserver
# 配置VNC服务器
## 配置VNC密码
# vncpasswd
## 启动VNC服务器
# vncserver :1 # 这将在端口5901上启动VNC服务

# 编辑启动脚本
#!/bin/sh
cat <<EOF > ~/.vnc/xstartup
#!/bin/sh
unset SESSION_MANAGER
unset DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS
export XKL_XMODMAP_DISABLE=1
exec /usr/bin/startxfce4 &
EOF

## 停止VNC服务器
# vncserver -kill :1
export LC_ALL=C.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8
export USER=root
vncserver :1 -geometry 1280x720 -depth 24
# vncserver -kill :1

%%bash
# 启动bochs

# /tmp/code/linux_kernel_012/notes/dlxlinux/run.sh

安装QEMU

QEMU 也是一款模 拟器 软件，采用动态二进制翻译技术来模拟不同架构的CPU，并提供对应的硬件设备模型。它能保证 运行在其中的客户0S (Guest 0S) 不用进行修改就能运行。QEMU 与 KVM 技术一 起，可以使得GuestOS 系统的运行接近物理机的速度。相比Bochs, QEMU 的特点是高效、跨平台。

QEMU 在 Windows 上的安装很简单，只需要在 QEMU 的官网上下载对应的安装文件，并通过QEMU installer安装即可。

安装 QEMU 之后，打开QEMU 所在的文件目录，可以 看到有一系列 qemu-system-xxxexe 的可执行 文件。这些文件对应的是需要模拟的不同架构的CPU 类型。本书实验开发的 Linux 0.11 的镜像文件可以使用qdemu-system-x86_64.exe 或者qemu-system-i386.exe 运行。

qemu的动态二进制翻译是 一对一翻译，还是一对多翻译，还是多对一翻译 指令？

翻译机制详解

1. 指令级翻译：

• 将 目标架构指令（如 ARM）逐条转换为 中间表示（TCG-IR）
• 再将中间表示优化后生成 主机架构指令（如 x86）
• 典型转换比例：1 条复杂指令 → 3-5 条主机指令

2. 块级优化：

// 示例：ARM 指令块翻译为 x86
ARM_block:         x86_translation:
    LDR R0, [R1]       → mov eax, [ebx]
    ADD R0, R0, #5     → add eax, 5
    STR R0, [R1]       → mov [ebx], eax

• 通过基本块（Basic Block）合并优化，可提升 20-30% 性能

3. 多对一特殊场景： 浮点运算指令：VFPv4 指令集 → x86 AVX SIMD 指令：NEON 指令 → SSE4.1 指令集 此时可能 4:1 压缩翻译

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性能关键指标

翻译类型	延迟 (ns)	吞吐量 (MIPS)	代码膨胀率
纯解释器	100-200	1-5	1x
动态二进制翻译	10-50	50-100	2-3x
硬件虚拟化	1-5	500-1000	1x

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技术演进

1. TCG（Tiny Code Generator）：

• 多阶段翻译：目标指令 → TCG-IR → 主机指令
• 支持 20+ 架构互转（ARM↔x86, RISC-V↔PowerPC 等） 2.加速技术

# 使用硬件加速（KVM）
qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host  

• KVM 模式下性能提升 10 倍以上

3. JIT 缓存策略：

• 热点代码缓存命中率 >90%
• 翻译块重用率 70-85%

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调试观察
通过 QEMU 的 -d 参数可查看翻译过程：
输出示例：

IN:  
0x0000:  e3a01005    mov r1, #5      ← ARM 原指令   

OUT:   
0x7f8b89d2c000:  mov $0x5, %ebx     ← x86 翻译结果   
0x7f8b89d2c005:  add $0x8, %r15  

这种一对多的动态翻译机制，使得 QEMU 能在跨架构场景下保持约原生性能 50-70% 的速度，是软件全虚拟化的核心技术基础。

kvm 怎么个加速法？不是已经指令转换了吗？

KVM 的加速本质是通过：

1. 硬件辅助的CPU虚拟化（Intel VT-x/AMD-V）
2. 内存虚拟化扩展（EPT/NPT）
3. I/O虚拟化优化（virtio + vhost）
4. 中断控制器直通（APICv）

这使得需要动态翻译的指令减少90%以上，特别适合运行像Linux 0.11这样的完整操作系统，而不仅仅是用户态程序。

ubuntu server 如何安装 qemu 并运行 linuximg

%%bash
# 更新软件源
apt update

# 安装 QEMU 完整套件（包含 KVM 支持）
apt install -y qemu-system qemu-utils

# 验证安装
qemu-system-x86_64 --version