QEMU

Podstawowym zadaniem QEMU jest możliwość uruchamiania wielu systemów operacyjnych na jednym fizycznym sprzęcie. Qemu to w przeciwieństwie do Virtual PC i VMWare Workstation projekt open-source'owy. Jest on emulatorem , który korzysta z dynamicznej translacji kodu. Potrafi dzięki temu emulować różne procesory na maszynach o różnych CPU. Dokładniej - pozwala na emulację x86, ARM, PowerPC, SPARC. Jednak ma pewne ograniczenia, o których szerzej jest napisane na stronie http://fabrice.bellard.free.fr/qemu/qemu-tech.html. W szczególności na architakturze x86 nie obsługuje SSE/MMX (choć w przyszłości ma się to zmienić), brak IPC syscall, brak wsparcia dla x86-64.

QEMU udostępnia dwa tryby pracy:

tryb użytkownika - umożliwia uruchamianie procesów skompilowanych pod Linuksem na innym procesorze niż pierwotny (oczywiście ten tryb jest możliwy tylko, gdy hostem jest Linux, a nie Windows)
tryb systemowy - QEMU emuluje w tym trybie cały komputer (łącznie z różnymi urządzeniami)

QEMU może uruchamiać różne systemy operacyjne na maszynach wirtualnych przy różnych goszczących SO - jak Linux, Windows, Mac (oczywiście host nie musi być taki jak gość).

Składa się z kilku podsystemów:

emulatora CPU (są to wymienione już wcześniej x86, ARM, PowerPC, Sparc)
emulowanych urządzeń (karta VGA, myszka, klawiatura, port równoległy, dysk twardy IDE itd.)
'generic devices' (block devices, character devices, block devices) - które służą do podłączenia emulowanych urządzeń do odpowiadających im urządzeń host'a
debugger
interface użytkownika

Główne cechy QEMU

Główną cechą QEMU jest wymieniona na samym początku dynamiczna translacja. Polega ona na tym, że instrukcje emulowanego CPU są zamieniane na odpowiadające im instrukcje host'a w trakcie wykonania. Tak wytworzony kod binarny jest potem cache'owany, aby w przyszłości mógł być ponownie użyty. Alternatywą dla dynamicznej translacji jest interpetacja. Jednak taka metoda jest o wiele wolniejsza, ponieważ nie ma możliwości użycia wielokrotnie raz przetłumaczonego kodu.
Trzeba pamiętać, że emulator procesora musi poradzić sobie z wieloma problemami:
- zarządzanie przetłumaczonym kodem
- alokacja rejestrów
- zarządzanie pamięcią
- obsługiwanie kodu samomodyfikującego się
- obsługa wyjątków
- przerwania sprzętowe
- emulacja trybu użytkownika
możliwość zachowania i odtworzenia stanu maszyny wirtulnej (choć nie jest to tak proste, jak w VMWare i Virtual PC)
możliwość zadeklarowania dużego wirtualnego dysku, który będzie mniejszy - taki, jak właśnie jest używany - i stopniowo bedzie rozszerzany
systemy operacyjne goście nie potrzebują dodatkowej łatki ani żadnych modyfikacji
emulacja wirtualnej karty sieciowej

Opis działania translacji kodu

Pierwszym krokiem jest podział każdej instrukcji emulowanego procesora na bardziej podstawowe instrukcje (mikrooperacje). Każda z tych mikrooperacji jest implementowana jako osobny mały kawałek kodu w C. Później ten kawałek kodu jest kompilowany przez GCC do pliku .o. Mikrooperacje są w taki sposób wybrane, aby ich ilość była dużo mniejsza niż ilość wszystkich kombinacji operacji i operandów w emulowanym CPU.

Narzędzie o nazwie dyngen używa pliku object jako wejścia, aby wygenerować dynamiczny generator kodu. Tenże generator jest potem używany, aby utworzyc funkcje hosta, które łączą w sobie kilka mikrooperacji.

Informacje

Jest dostępny darmowy moduł o nazwie kqemu, który 5-krotnie przyspiesza działanie emulatora. Sprawia to, że QEMU działa teraz nie wiele wolniej niż system operacyjny na fizycznym sprzęcie (chodzi tu o emulację i386 na platformie i386). Jest to możliwe, ponieważ kod w trybie użytkownika i trybie wirtualnym 8086 jest wykonywany bezpośrednio na procesorze host'a. Natomiast emulacja urządzeń peryferyjnych i procesora jest stosowana w trybie jądra i trybie rzeczywistym. Pod tym względem jego działanie przypomina VMWare Workstation i Virtual PC.
Inny moduł, będący alternatywą dla kqemu to qvm86, tym razem ma on udostępnione źródła

Instalacja

Możliwa jest instalacja zarówno pod Windowsami, jak i pod Linuxem. Nie jest ona skomplikowana zarówno pod jednym, jak i pod drugim systemem. Pokrótce omówimy tutaj proces instalacji.

Najpierw trzeba zainstalowac samo QEMU - pod Windowsami sprowadza sie to do odzipowania folderu. Później można obslugiwac QEMU w MS-DOSie. Spis różnych typowych komend znajduje się w dokumentacji dołączonej do programu bądź dostępnej na stronie internetowej projektu.
Teraz należy zbudowac swój dysk wirtualny - plik, na którym będzie działał w przyszlosci nasz system. Sluży do tego program qemu-img. Do stworzenia nowego obrazu wystarczy napisać komendę:
qemu-img create moj_obraz.img 3G

To polecenie utworzy nam obraz o wielkości 3G. Można stworzyć obrazy o różnym rozszerzeniu, m.in. .vmdk, który jest kompatybilny w VMWare Workstation 3, 4.
Następnym krokiem jest zainstalowanie systemu na zrobionym obrazie. W tym celu, jeśli chcemy go bootowac z płyty cd, piszemy:
qemu.exe -L . -cdrom "\\.\D:" -hda hda.img -m 128 -boot d

Kiedy bootujemy z obrazu iso, zamiast ścieżki do CD piszemy moj_obraz.iso.
Teraz, gdy chcemy uruchomić system, piszemy:

qemu.exe -L . -hda hda.img -m 128

W czasie dzialania maszyny wirtualnej, możemy dokonywac różnych zmian. Sluży do tego QEMU Monitor, który pozwala na zmianę/usunięcie/dodanie dysków wymiennych; zamrożenie stanu maszyny wirtualnej; badanie stanu VM. Spis wszystkich funkcji jest dostępny na stronie QEMU.

Dodatkowo, pod Windowsa, istnieją dwa programy, które mają ułatwić użytkownikowi pracę z QEMU. Są to QEMU Manager i QEMU Menu. Pierwszy z nich ma wygląd zwykłej aplikacji windows'owskiej.

Instalacja pod Linuksem jest analogiczna. Uwaga! Jeśli chcecie samemu skompilowac QEMU, musicie miec gcc starsze niz 4. Ale najłatwiej po prostu skopiowac plik tar.gz do katalogu głównego i tam go rozpakowac.

Informacji o tym, jak posługiwac się QEMU, jest w sieci bardzo dużo. Podajemy najważniejsze strony w katalogu "źródła".

Można uruchomic QEMU w QEMU, choć jest to możliwe tylko w wypadku, jeśli samodzielnie zostały skompilowane żródła.