qemu上でNetBSD/amd64-currentを使ってみる (VirtIO Block Device)

この記事は、NetBSD Advent Calendar 2021の5日目の記事です。

はじめに

VPSサービスの提供する仮想マシンにNetBSD/amd64-currentをインストールした時の話を書こうと思ったのですが、 どうにも準備ができていません。 今回から何回かに分けて、その前準備としてやってみていた、qemu上でNetBSD/amd64-currentを動かした際のリポートをしたいと思います。 今回は、VirtIO Block Device (virtio-blk)を使う場合について、書きたいと思います。

VirtIO Block Deviceとは?

VirtIOの仕様というのは、OASISにより標準化されているようです。 仕様書によると、いわゆるvirtio-blkというのが、VirtIO Block Deviceのことであるようです。 NetBSDですと、virtio(4)のman pageにあるld* at virtio?というのが それに当たるようです。

さくらのVPSやConoHa VPSで提供されている VPSの標準のブロックデバイスは、このvirtio-blkになっていました。

qemuを用意する

まずはホストとなるNetBSD/amd64 9.99.92のマシンでqemuをインストールします。 以下のようにpkgsrc/emulators/qemuをインストールするので良いでしょう。 私はqemu 6.2.0リリースに備えて、自分のpkgsrcツリーでは、qemu 6.2.0-rc4を用意しています。 ですので以下の例は全てqemu-6.2.0rc4パッケージによるものですが、誰でも使えるqemu-6.1.0nb5でも特に差はないはずです。

# cd /usr/pkgsrc/emulators/qemu
# make install

私は、/etc/mk.confにPKG_OPTIONS.qemu=gtk3という行を追加しているため、 標準の状態のpkgsrc/emulators/qemuパッケージとは異なりますが、今回の内容を再現するには影響はしないと思います。

qemuでvirtio-blkを使うように指定してNetBSD/amd64-currentをインストールする

インストールするには、NetBSD/amd64-currentのインストールイメージを入手しないといけません。 CD-R用のISOイメージでなく、BIOS (CSM)ブート用とUEFIブート用のそれぞれのUSBスティック等で使えるディスクイメージも提供されていますが、 今回はISOイメージを使ってインストールしたいと思います。 NetBSD上であれば、ftp(1)コマンドとしてnbftpが使えますので、以下のように実行すれば良いでしょう。 この記事を書いている時点では、202112102310Zというタイムスタンプのものがダウンロードできます。

$ ftp -o NetBSD-9.99.92-amd64_202112102310Z.iso http://nycdn.netbsd.org/pub/NetBSD-daily/HEAD/latest/images/NetBSD-9.99.92-amd64.iso

次に、qemuを起動するシェルスクリプトを用意します。VirtIO機能を利用する場合には、コマンドライン引数が長くなりがちですので、 シェルスクリプトの形にまとめておくのが良いと思います。 qemu-virtio-blk_install.shというファイル名で、以下のようなシェルスクリプトを作成しておきます。

#!/bin/sh

INSTALLISO=../NetBSD-9.99.92-amd64_202112102310Z.iso

sudo modload nvmm

# Install
qemu-system-x86_64 \
        -smp 4 \
        -m 4G \
        -accel nvmm \
        -drive driver=qcow2,file=netbsd.qcow2,if=virtio \
        -net nic,model=virtio -net user \
        -rtc base=localtime,clock=host \
        -device intel-hda -device hda-duplex \
        -vga qxl \
        -drive file=${INSTALLISO},index=1,media=cdrom

sudo modunload nvmm

今回はnvmm(4) (NetBSD Virtual Machine Monitor)というNetBSDの機能を使うようにしました。 以下のように実行すれば、qemuの仮想マシンが起動し、その上でNetBSD/amd64 9.99.92が起動しインストーラーにより インストールすることができます。 今回はインストーラーでの各手順については割愛します。 インストールが終わったら、仮想マシンはシャットダウンしておきます。

$ sh ./qemu-virtio-blk_install.sh

インストールしたNetBSD/amd64-currentを起動させる

インストールに必要な設定は省いたコマンドライン引数を指定してqemuを起動させるシェルスクリプトを以下のように用意します。 ファイル名は、qemu-virtio-blk.shとしておきます

#!/bin/sh

qemu-system-x86_64 \
        -smp 4 \
        -m 4G \
        -accel nvmm \
        -drive driver=qcow2,file=netbsd.qcow2,if=virtio \
        -net nic,model=virtio -net user \
        -rtc base=localtime,clock=host \
        -device intel-hda -device hda-duplex \
        -vga qxl

起動するとdmesgは以下のようになります。

Copyright (c) 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005,
    2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017,
    2018, 2019, 2020, 2021 The NetBSD Foundation, Inc.  All rights reserved.
Copyright (c) 1982, 1986, 1989, 1991, 1993
    The Regents of the University of California.  All rights reserved.

NetBSD 9.99.92 (GENERIC) #0: Fri Dec 10 21:57:13 UTC 2021
	mkrepro@mkrepro.NetBSD.org:/usr/src/sys/arch/amd64/compile/GENERIC
total memory = 4095 MB
avail memory = 3941 MB
timecounter: Timecounters tick every 10.000 msec
Kernelized RAIDframe activated
timecounter: Timecounter "i8254" frequency 1193182 Hz quality 100
mainbus0 (root)
ACPI: RSDP 0x00000000000F5980 000014 (v00 BOCHS )
ACPI: RSDT 0x00000000BFFE1A2B 000034 (v01 BOCHS  BXPC     00000001 BXPC 00000001)
ACPI: FACP 0x00000000BFFE18C7 000074 (v01 BOCHS  BXPC     00000001 BXPC 00000001)
ACPI: DSDT 0x00000000BFFE0040 001887 (v01 BOCHS  BXPC     00000001 BXPC 00000001)
ACPI: FACS 0x00000000BFFE0000 000040
ACPI: APIC 0x00000000BFFE193B 000090 (v01 BOCHS  BXPC     00000001 BXPC 00000001)
ACPI: HPET 0x00000000BFFE19CB 000038 (v01 BOCHS  BXPC     00000001 BXPC 00000001)
ACPI: WAET 0x00000000BFFE1A03 000028 (v01 BOCHS  BXPC     00000001 BXPC 00000001)
ACPI: 1 ACPI AML tables successfully acquired and loaded
ioapic0 at mainbus0 apid 0: pa 0xfec00000, version 0x20, 24 pins
cpu0 at mainbus0 apid 0
cpu0: Use lfence to serialize rdtsc
cpu0: CPU base freq 1500000000 Hz
cpu0: CPU max freq 3900000000 Hz
cpu0: TSC freq CPUID 1497600000 Hz
cpu0: Intel(R) Core(TM) i7-1065G7 CPU @ 1.30GHz, id 0x706e5
cpu0: node 0, package 0, core 0, smt 0
cpu1 at mainbus0 apid 1
cpu1: Intel(R) Core(TM) i7-1065G7 CPU @ 1.30GHz, id 0x706e5
cpu1: node 0, package 0, core 0, smt 1
cpu2 at mainbus0 apid 2
cpu2: Intel(R) Core(TM) i7-1065G7 CPU @ 1.30GHz, id 0x706e5
cpu2: node 0, package 0, core 1, smt 0
cpu3 at mainbus0 apid 3
cpu3: Intel(R) Core(TM) i7-1065G7 CPU @ 1.30GHz, id 0x706e5
cpu3: node 0, package 0, core 1, smt 1
acpi0 at mainbus0: Intel ACPICA 20210930
acpi0: X/RSDT: OemId <BOCHS ,BXPC    ,00000001>, AslId <BXPC,00000001>
LNKS: ACPI: Found matching pin for 0.1.INTA at func 3: 9
LNKB: ACPI: Found matching pin for 0.2.INTA at func 0: 10
LNKC: ACPI: Found matching pin for 0.3.INTA at func 0: 11
LNKD: ACPI: Found matching pin for 0.4.INTA at func 0: 11
LNKA: ACPI: Found matching pin for 0.5.INTA at func 0: 10
acpi0: SCI interrupting at int 9
acpi0: fixed power button present
timecounter: Timecounter "ACPI-Fast" frequency 3579545 Hz quality 1000
hpet0 at acpi0: high precision event timer (mem 0xfed00000-0xfed00400)
timecounter: Timecounter "hpet0" frequency 100000000 Hz quality 2000
pckbc1 at acpi0 (KBD, PNP0303) (kbd port): io 0x60,0x64 irq 1
pckbc2 at acpi0 (MOU, PNP0F13) (aux port): irq 12
fdc0 at acpi0 (FDC0, PNP0700): io 0x3f2-0x3f5,0x3f7 irq 6 drq 2
lpt0 at acpi0 (LPT1, PNP0400-1): io 0x378-0x37f irq 7
com0 at acpi0 (COM1, PNP0501-1): io 0x3f8-0x3ff irq 4
com0: ns16550a, 16-byte FIFO
qemufwcfg0 at acpi0 (FWCF, QEMU0002): io 0x510-0x51b
qemufwcfg0: <QEMU>
ACPI: Enabled 2 GPEs in block 00 to 0F
pckbd0 at pckbc1 (kbd slot)
pckbc1: using irq 1 for kbd slot
wskbd0 at pckbd0: console keyboard
pms0 at pckbc1 (aux slot)
pckbc1: using irq 12 for aux slot
wsmouse0 at pms0 mux 0
pci0 at mainbus0 bus 0: configuration mode 1
pci0: i/o space, memory space enabled, rd/line, rd/mult, wr/inv ok
pchb0 at pci0 dev 0 function 0: Intel 82441FX (PMC) PCI and Memory Controller (rev. 0x02)
pcib0 at pci0 dev 1 function 0: Intel 82371SB (PIIX3) PCI-ISA Bridge (rev. 0x00)
piixide0 at pci0 dev 1 function 1: Intel 82371SB IDE Interface (PIIX3) (rev. 0x00)
piixide0: bus-master DMA support present
piixide0: primary channel wired to compatibility mode
piixide0: primary channel interrupting at ioapic0 pin 14
atabus0 at piixide0 channel 0
piixide0: secondary channel wired to compatibility mode
piixide0: secondary channel interrupting at ioapic0 pin 15
atabus1 at piixide0 channel 1
piixpm0 at pci0 dev 1 function 3: Intel 82371AB (PIIX4) Power Management Controller (rev. 0x03)
timecounter: Timecounter "piixpm0" frequency 3579545 Hz quality 1000
piixpm0: 24-bit timer
piixpm0: interrupting at ioapic0 pin 9
iic0 at piixpm0 port 0: I2C bus
vga0 at pci0 dev 2 function 0: Red Hat QXL Video (rev. 0x05)
wsdisplay0 at vga0 kbdmux 1: console (80x25, vt100 emulation), using wskbd0
wsmux1: connecting to wsdisplay0
drm at vga0 not configured
virtio0 at pci0 dev 3 function 0
virtio0: network device (rev. 0x00)
vioif0 at virtio0: features: 0x31070020<EVENT_IDX,INDIRECT_DESC,NOTIFY_ON_EMPTY,CTRL_RX,CTRL_VQ,STATUS,MAC>
vioif0: Ethernet address 52:54:00:12:34:56
virtio0: allocated 20480 byte for virtqueue 0 for rx0, size 256
virtio0: using 8192 byte (512 entries) indirect descriptors
virtio0: allocated 81920 byte for virtqueue 1 for tx0, size 256
virtio0: using 69632 byte (4352 entries) indirect descriptors
virtio0: allocated 8192 byte for virtqueue 2 for control, size 64
virtio0: config interrupting at msix0 vec 0
virtio0: queues interrupting at msix0 vec 1
hdaudio0 at pci0 dev 4 function 0: HD Audio Controller
hdaudio0: interrupting at msi1 vec 0
hdaudio0: HDA ver. 1.0, OSS 4, ISS 4, BSS 0, SDO 1, 64-bit
hdafg0 at hdaudio0: vendor 1af4 product 0022
hdafg0: DAC00 2ch: Speaker [Jack]
hdafg0: ADC01 2ch: Line In [Jack]
hdafg0: 2ch/2ch 16000Hz 22050Hz 32000Hz 44100Hz 48000Hz 88200Hz 96000Hz PCM16
audio0 at hdafg0: playback, capture, full duplex, independent
audio0: slinear_le:16 2ch 48000Hz, blk 1920 bytes (10ms) for playback
audio0: slinear_le:16 2ch 48000Hz, blk 1920 bytes (10ms) for recording
spkr0 at audio0: PC Speaker (synthesized)
wsbell at spkr0 not configured
virtio1 at pci0 dev 5 function 0
virtio1: block device (rev. 0x00)
ld0 at virtio1: features: 0x10000a54<INDIRECT_DESC,CONFIG_WCE,FLUSH,BLK_SIZE,GEOMETRY,SEG_MAX>
virtio1: allocated 1060864 byte for virtqueue 0 for I/O request, size 256
virtio1: using 1048576 byte (65536 entries) indirect descriptors
virtio1: config interrupting at msix2 vec 0
virtio1: queues interrupting at msix2 vec 1
ld0: 30720 MB, 16383 cyl, 16 head, 63 sec, 512 bytes/sect x 62914560 sectors
isa0 at pcib0
attimer0 at isa0 port 0x40-0x43
pcppi0 at isa0 port 0x61
spkr1 at pcppi0: PC Speaker
wsbell at spkr1 not configured
midi0 at pcppi0: PC speaker
sysbeep0 at pcppi0
attimer0: attached to pcppi0
acpicpu0 at cpu0: ACPI CPU
acpicpu0: C1: HLT, lat   0 us, pow     0 mW
acpicpu1 at cpu1: ACPI CPU
acpicpu2 at cpu2: ACPI CPU
acpicpu3 at cpu3: ACPI CPU
cpu0: CPU base freq 1500000000 Hz
cpu0: CPU max freq 3900000000 Hz
cpu0: TSC freq CPUID 1497600000 Hz
cpu0: TSC freq calibrated 1425040000 Hz
timecounter: Timecounter "clockinterrupt" frequency 100 Hz quality 0
autoconfiguration error: ERROR: 291025806 cycle TSC drift observed
fd0 at fdc0 drive 0: 1.44MB, 80 cyl, 2 head, 18 sec
ld0: GPT GUID: 078cc71c-d564-4e22-959c-c8c7f2f57b6a
dk0 at ld0: "VMROOT", 54523904 blocks at 64, type: ffs
dk1 at ld0: "VMSWAP", 8388608 blocks at 54523968, type: swap
IPsec: Initialized Security Association Processing.
aes: Intel AES-NI
chacha: x86 SSE2 ChaCha
atapibus0 at atabus1: 2 targets
cd0 at atapibus0 drive 0: <QEMU DVD-ROM, QM00003, 2.5+> cdrom removable
cd0: 32-bit data port
cd0: drive supports PIO mode 4, DMA mode 2, Ultra-DMA mode 5 (Ultra/100)
cd0(piixide0:1:0): using PIO mode 4, DMA mode 2 (using DMA)
WARNING: 1 error while detecting hardware; check system log.
boot device: ld0
root on dk0 dumps on dk1
root file system type: ffs
kern.module.path=/stand/amd64/9.99.92/modules
clock: unknown CMOS layout
wsdisplay0: screen 1 added (80x25, vt100 emulation)
wsdisplay0: screen 2 added (80x25, vt100 emulation)
wsdisplay0: screen 3 added (80x25, vt100 emulation)
wsdisplay0: screen 4 added (80x25, vt100 emulation)

無事にld0にあるdk0から起動できました。