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利用 Android 虚拟化框架（AVF）运行自定义 Linux 虚拟机

Android 虚拟化框架（AVF）提供安全且私密的执行环境来执行代码。Android 提供了实现 AVF 所需的所有组件的参考实现。尽管 AVF 主要用来提供比 Android 应用沙盒安全系数更高、甚至经过正式验证的隔离保证，但我们也可以利用它来运行自定义 Linux 虚拟机。Android 15 QPR2 及以上版本的“Linux 开发环境”也验证了这一点。

系统需求

  • 操作系统：Android 13 及以上
  • SoC：Google Tensor、联发科天玑 9400、三星猎户座 2500 及更新的 SoC

ℹ️注意：由于高通的限制，骁龙 8 Elite 目前仅支持受保护的虚拟机 ，如 Microdroid，不能运行未经 Google 或 OEM 签名的自定义 Linux 虚拟机。但如果有 root 权限，您也可以参考 polygraphene 的指南。您可以使用 adb shell 运行命令 /apex/com.android.virt/bin/vm run-microdroid 来确定您的 Android 设备是否支持运行自定义 Linux 虚拟机，运行 Microdroid 时可能需要通过 adb -s localhost:8000 shell 连接虚拟机的 Shell。本文所有操作步骤适用于大部分的 Linux 发行版，其他操作系统使用相应的命令即可。

无头虚拟机

由于从头开始自行制作虚拟机镜像的步骤较为繁琐，所以本节仅讨论使用 Google 官方专门为 AVF 制作的 Debian 镜像的情况。

1. 下载镜像

  1. 下载 Google 官方最新的 Debian 镜像并解压。
wget https://dl.google.com/android/ferrochrome/latest/aarch64/images.tar.gz
tar -zxvf images.tar.gz
  1. 将解压得到的 root_part 4K 对齐。向上调整 root_part 的文件大小，字节数需要为 4096 的整倍数。可参考以下命令。
truncate -s 6442450944 root_part # 调整为 6 GiB

2. （可选）修改镜像

可以利用 chroot 对 root_part 做一些简单的修改，如更改语言、安装升级软件包等。

  1. 挂载镜像和系统特殊目录。
sudo mkdir -p /mnt/debian_vm
sudo mount -o loop root_part /mnt/debian_vm
sudo mount --bind /dev /mnt/debian_vm/dev/
sudo mount --bind /proc /mnt/debian_vm/proc/
sudo mount --bind /sys /mnt/debian_vm/sys/
  1. 如果主系统不是 aarch64 架构，需要使用 qemu-aarch64-static 来进行二进制翻译。若主系统是 Debian 系发行版，可参考以下命令。
sudo apt update
sudo apt install -y qemu-user-static binfmt-support
sudo cp /usr/bin/qemu-aarch64-static /mnt/debian_vm/usr/bin/
  1. 进入 chroot 环境并进行修改。
# 进入 chroot 环境
sudo chroot /mnt/debian_vm
# 配置 DNS
rm /etc/resolv.conf
echo "nameserver 8.8.8.8" | tee /etc/resolv.conf
# 升级软件包
apt update && apt upgrade -y
# 根据您的需要安装新的软件包
apt install -y vim nano wget curl git sysbench locales
# 重新配置语言环境
dpkg-reconfigure locales
  1. 退出 chroot 环境并卸载相关挂载点。
exit
sudo umount /mnt/debian_vm/sys
sudo umount /mnt/debian_vm/proc
sudo umount /mnt/debian_vm/dev
sudo umount /mnt/debian_vm
sudo rmdir /mnt/debian_vm

3. 运行虚拟机

  1. 可以修改 vm_config.json 文件来配置虚拟机。比如修改分配给虚拟机的运行内存大小：
"memory_mib" : 8192,
  1. 将 images.tar.gz 解压后的文件发送到您的 Android 设备。
adb push vm_config.json /data/local/tmp/
adb push vmlinuz /data/local/tmp/
adb push initrd.img /data/local/tmp/
adb push kernel_extras_part /data/local/tmp/
adb push root_part /data/local/tmp/
  1. 在 adb shell 内执行以下命令来运行虚拟机。
/apex/com.android.virt/bin/vm run /data/local/tmp/vm_config.json
  1. 在虚拟机的 Shell 内执行以下命令来关闭虚拟机。
shutdown 0

使用 u-boot 运行虚拟机

1. 下载 u-boot.bin

  1. 使用浏览器前往 aosp_u-boot-mainline | Branch Grid 网站，在 boot_crosvm_aarch64 列选择最新的项目。

  1. 在打开的新标签页中选择 u-boot.bin 文件，浏览器会自动下载该文件。

2. 下载 Linux 发行版的原始磁盘映像

使用的原始磁盘映像需要包含 Linux 系统完整的分区。本文选择的是 Debian 13 的 nocloud 云镜像，您也可以前往 Debian Official Cloud Images 自行下载。

wget https://cloud.debian.org/images/cloud/trixie/latest/debian-13-nocloud-arm64.tar.xz
tar -xvf debian-13-nocloud-arm64.tar.xz
mv disk.raw debian-13-nocloud-arm64.raw

3. （可选）修改镜像

  1. 扩容镜像中的分区。若主系统是 Debian 系发行版，可参考以下命令。
sudo apt update
sudo apt install -y qemu-utils
qemu-img resize -f raw debian-13-nocloud-arm64.raw 8G
sudo losetup -fP debian-13-nocloud-arm64.raw
# 使用 KDE 分区管理器或 GParted 等应用调整 /dev/loop0 的分区（请根据实际情况确定循环设备编号）
sudo losetup -d /dev/loop0
  1. 如果主系统不是 aarch64 架构，可使用 qemu-system-aarch64 来启动虚拟机。若主系统是 Debian 系发行版，可参考以下命令。
sudo apt update
sudo apt install -y qemu-system
qemu-system-aarch64 \
  -machine virt \
  -cpu cortex-a72 \
  -smp 8 \
  -m 8192 \
  -drive if=none,file=debian-13-nocloud-arm64.raw,format=raw,id=hd0 \
  -device virtio-blk-pci,drive=hd0 \
  -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::2222-:22 \
  -device virtio-net-pci,netdev=net0 \
  -device virtio-gpu-pci \
  -device qemu-xhci \
  -device usb-kbd \
  -device usb-tablet \
  -display gtk,gl=on \
  -bios /usr/share/qemu-efi-aarch64/QEMU_EFI.fd
  1. 虚拟机启动后，可在 QEMU 的 serial0 视图登录 root 账户并进行修改。
# 升级软件包
apt update && apt upgrade -y
# 根据您的需要安装新的软件包
apt install -y vim nano wget curl git sysbench locales
# 重新配置语言环境
dpkg-reconfigure locales

4. 运行虚拟机

  1. 编写 u_boot_vm_config.json 文件来启动虚拟机。可以使用或参照 u_boot_vm_config.json。

  2. 将相关文件发送到您的 Android 设备。

adb push debian-13-nocloud-arm64.raw /data/local/tmp/
adb push u-boot.bin /data/local/tmp/
adb push u_boot_vm_config.json /data/local/tmp/
  1. 在 adb shell 内执行以下命令来运行虚拟机。
/apex/com.android.virt/bin/vm run /data/local/tmp/u_boot_vm_config.json
  1. 在虚拟机的 Shell 内执行以下命令来关闭虚拟机。
shutdown 0

FAQ

虚拟机怎么连接网络？

由于 Android 的限制，创建虚拟网卡需要 root 权限。如果您的 Android 设备能够使用 root 权限，则可以使用 setup_network.sh 来为虚拟机创建一个虚拟网卡 crosvm_tap。

  1. 在您的 Android 设备上执行 setup_network.sh。
wget https://github.com/lfdevs/run-linux-on-android-guide/raw/refs/heads/main/scripts/avf/setup_network.sh
adb push setup_network.sh /data/local/tmp/
adb root
adb shell chmod +x /data/local/tmp/setup_network.sh
adb shell /data/local/tmp/setup_network.sh
adb unroot
  1. 在虚拟机内配置静态 IP 地址。如果您使用的是 Google 官方的 Debian 镜像或 Debian 官方的 nocloud 云镜像，则可以新建一个配置文件 /etc/systemd/network/20-virtio-net.network，并写入以下内容。
[Match]
Name=eth0

[Network]
Address=192.168.1.2/24
Gateway=192.168.1.1
DNS=8.8.8.8
DNS=1.1.1.1
  1. 重新加载 systemd-networkd 服务以应用新配置。
systemctl restart systemd-networkd

ℹ️注意：该方法参考了这篇 AVF 文档，如果您遇到了任何问题或有其他方案，欢迎在 Issues 中一起讨论。

虚拟机怎么使用桌面环境？

由于 Android 的限制，在 Android 和虚拟机之间进行端口转发或 vsock 通信均需要 root 权限。但我没有符合条件的设备进行测试，如果您有任何想法或方案，欢迎在 Issues 中一起讨论。

参考资料