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通过树莓派的 QEMU 运行 OpenWrt

给吃灰了几个月的树莓派找点活干
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前言

最近在研究路由器，但是没有合适的实验场地，正好家里有个吃灰的树莓派，跑个 OpenWrt 虚拟机，当个旁路由应该不成问题。[1]

网上找了很多资料，大部分教程都是用的 PVE 或者 ESXi 来做，但是这两个东西树莓派基本没法跑，我就决定自己摸索。一路上踩了不少坑，我把它记录了下来，避免以后再走弯路。

本文中树莓派的 shell 中始终使用 pi 用户，我会在需要 root 权限的命令前面加上 sudo ！

我的配置环境

硬件：

  • 树莓派 3B+
  • 家里的一个硬路由做主路由

树莓派上的一些信息：

  • 操作系统 debian 11 arm64
  • 网卡物理接口 eth0
  • 网关地址 192.168.0.1

完整的过程

准备工作

先装一下必要的软件包。

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sudo apt update # 更新软件包列表
sudo apt install qemu-system-arm screen bridge-utils iproute2 gzip telnet
  • qemu-system-arm 我用 qemu 命令行启动虚拟机
  • screen 让虚拟机后台运行
  • bridge-utils brctl 命令，用来管理网桥
  • iproute2 ip 命令，应该都预装了
  • gzip gzip 命令，用来解压 .gz 文件，应该都预装了
  • telnet telnet 命令，用于连接 OpenWrt 的串口

把 pi 用户加入 kvm 组，使 pi 不用 sudo 就能使用 kvm 。

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sudo usermod -a -G kvm pi

用 ip addr show eth0 可以看到当前 eth0 的 IP 地址是 192.168.0.102 。

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% ip addr show eth0
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether c6:0d:62:d6:04:df brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.102/24 brd 192.168.0.255 scope global dynamic noprefixroute eth0
       valid_lft 7175sec preferred_lft 6275sec
    inet6 fe80::1f9d:bfa:758b:7b17/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

网桥的配置

创建网桥

创建一个名为 br0 的网桥。

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sudo brctl addbr br0

用 sudo brctl show 查看网桥，网桥还没有连接任何接口。

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% sudo brctl show
bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
br0             8000.000000000000       no

现在打开该网桥，否则网络连接会断开。如果不在意，可以稍后再打开网桥。

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sudo ip link set br0 up

把 eth0 接口加入桥中。如果网桥没有打开，进行这一步将会断开网络连接。

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sudo brctl addif br0 eth0

用 sudo brctl show 查看网桥。

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% sudo brctl show
bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
br0             8000.b827eb1a6228       no              eth0

获取网桥 IP 地址

关闭 dhcpcd 服务。[2]

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sudo systemctl stop dhcpcd

获取网桥的 IP 地址。

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sudo dhclient br0

用 ip addr show br0 查看网桥的 IP 地址，不出意外的话，网桥获取的 IP 地址跟 eth0 的 IP 地址是一样的。

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% ip addr show br0
6: br0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether c6:0d:62:d6:04:df brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.102/24 brd 192.168.0.255 scope global dynamic br0
       valid_lft 6919sec preferred_lft 6919sec
    inet6 fe80::80e:23ff:fe89:59d/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

网桥有了 IP 地址之后， eth0 的 IP 地址就不是很必要了，用以下命令清除 eth0 的 IP 地址。

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sudo ip addr flush eth0

用 ip addr show eth0 可以看到当前 eth0 的 IP 地址没有了。

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% ip addr show eth0
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast master br-lan state UP group default qlen 1000
    link/ether c6:0d:62:d6:04:df brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

创建 tap 接口

创建一个名为 tap0 的 tap 接口并打开。

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sudo modprobe tun # 加载 tun 模块
sudo ip tuntap add mode tap tap0 # 创建接口
sudo ip link set tap0 up # 打开接口

用 ip link show tap0 可以看到该接口，虽然写着 DOWN ，但是实际上它已经可用了。

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% ip link show tap0
5: tap0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast master br0 state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 56:a3:7e:8e:cb:9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

把 tap0 接口加入桥中。

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sudo brctl addif br0 tap0

用 sudo brctl show 查看网桥。

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% sudo brctl show
bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
br0             8000.b827eb1a6228       no              eth0
                                                        tap0

至此，网桥就配置好了。

启动虚拟机

新建个 openwrt 目录来存放虚拟机的文件。

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mkdir openwrt
cd openwrt

下载最新版的 OpenWrt 内核和 rootfs 。

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wget https://mirrors.bfsu.edu.cn/openwrt/releases/22.03.3/targets/armvirt/64/openwrt-22.03.3-armvirt-64-Image # 下载内核
wget https://mirrors.bfsu.edu.cn/openwrt/releases/22.03.3/targets/armvirt/64/openwrt-22.03.3-armvirt-64-rootfs-ext4.img.gz # 下载 rootfs 镜像的压缩包
gzip -d openwrt-22.03.3-armvirt-64-rootfs-ext4.img.gz # 解压 rootfs 镜像

这样就有了这两个文件：

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% ls
openwrt-22.03.3-armvirt-64-Image
openwrt-22.03.3-armvirt-64-rootfs-ext4.img

可以启动虚拟机了。

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screen qemu-system-aarch64 -M virt -accel kvm -cpu host -m 128M -nographic -kernel openwrt-22.03.3-armvirt-64-Image -append "root=fe00" -serial telnet::8023,server,nowait -drive file=./openwrt-22.03.3-armvirt-64-rootfs-ext4.img,if=virtio -netdev tap,id=net0,ifname=tap0,script=no,downscript=no -device virtio-net,netdev=net0

命令很长，拆开来解释下：

  • screen 让 QEMU 不被打断，按下 Ctrl-AD 让 QEMU 后台运行（如果命令执行后立马退出，可能是参数有错误）
  • qemu-system-aarch64 运行 arm64 虚拟机的命令
  • -M virt 模拟叫做 virt 的机器
  • -accel kvm 开启 KVM 加速
  • -cpu host 模拟与宿主机相同的 CPU
  • -m 128M 分给虚拟机 128M 内存，实际上 64M 就够了
  • -nographic 不开启图形输出，反正开了也没显示
  • -kernel openwrt-22.03.3-armvirt-64-Image 指定内核，换成你下载的内核
  • -append "root=fe00" 告诉内核根分区在哪里，这一条大概是 OpenWrt 虚拟机通用的
  • -serial telnet::8023,server,nowait 通过 telnet 访问虚拟机的串口
  • -drive file=./openwrt-22.03.3-armvirt-64-rootfs-ext4.img,if=virtio 指定 rootfs 镜像，换成你下载的镜像
  • -netdev tap,id=net0,ifname=tap0,script=no,downscript=no -device virtio-net,netdev=net0 模拟一个 virtio 网络设备，使用 tap 方式，连接到 tap0 接口（刚才接进网桥的接口）

配置 OpenWrt

进入 shell

虚拟机启动后，按下 Ctrl-AD 后回到刚才的 shell ，就可以用 telnet 连接到 OpenWrt 虚拟机了。

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telnet 127.0.0.1 8023

就像这样：

% telnet 127.0.0.1 8023
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.

再次按下回车即可进入 OpenWrt 的 shell ：

% telnet 127.0.0.1 8023
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
<按回车>


BusyBox v1.35.0 (2023-01-03 00:24:21 UTC) built-in shell (ash)

  _______                     ________        __
 |       |.-----.-----.-----.|  |  |  |.----.|  |_
 |   -   ||  _  |  -__|     ||  |  |  ||   _||   _|
 |_______||   __|_____|__|__||________||__|  |____|
          |__| W I R E L E S S   F R E E D O M
 -----------------------------------------------------
 OpenWrt 22.03.3, r20028-43d71ad93e
 -----------------------------------------------------
root@OpenWrt:/#

再往下就是正常的 OpenWrt 配置过程了。

设置静态 IP 地址

用 vi 编辑 /etc/config/network

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vi /etc/config/network

里面有这样一些内容：

...(其它的东西)

config interface 'lan'
        option device 'br-lan'
        option proto 'static'
        option ipaddr '192.168.1.1'
        option netmask '255.255.255.0'
        option ip6assign '60'

把 option ipaddr '192.168.1.1' 改成 option ipaddr 'OpenWrt IP 地址' 。OpenWrt IP 地址跟同网段下的 IP 地址不冲突即可，比如我选择 192.168.0.120 。

新加一行 option gateway '网关地址' ，经测试，没有这一行 OpenWrt 就上不了网。

其它地方不用动，下面是我的例子：

...(其它的东西)

config interface 'lan'
        option device 'br-lan'
        option proto 'static'
        option ipaddr '192.168.0.120'
        option gateway '192.168.0.1'
        option netmask '255.255.255.0'
        option ip6assign '60'

重启 OpenWrt 的网络。

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/etc/init.d/network restart

更改软件源

国内访问 OpenWrt 的官方源比较慢，装点软件比较费劲，干脆直接换成国内源。

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sed -i 's_downloads.openwrt.org_mirrors.bfsu.edu.cn/openwrt_' /etc/opkg/distfeeds.conf # 换源
echo "nameserver 114.114.114.114" >>/etc/resolv.conf # 设置临时 DNS （重启失效）
opkg update # 更新软件包列表

设置密码

设置的密码将会作为 OpenWrt 的管理密码，输入密码时没有回显，合着眼输就行了。

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passwd

启用 LuCI

默认情况下 LuCI 是关闭的，现在可以把它打开。

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/etc/init.d/uhttpd start # 运行 LuCI
/etc/init.d/uhttpd enable # 设为开机自启

登录管理页面

在浏览器里输入 OpenWrt 的 IP 地址就可以进入管理页面了，比如我的是 http://192.168.0.120/ 。

如果设置了密码就输入密码，没设置密码就直接点击 Login 。

其它操作如安装中文语言包、设置 DNS 、安装插件等，我就不再赘述了。

关闭虚拟机

先用 telnet 登录 OpenWrt 的 shell ，把 OpenWrt 关机。

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poweroff

回到树莓派的 shell ，删除 tap 接口和网桥。

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sudo ip link del tap0
sudo ip link del br0

踩过的坑

我也不知道为什么，自从我写完这篇文章之后，之前遇到的坑都没法复现了，等以后再补充吧！ ૮₍ ˶•ᴗ•˶₎ა

  1. 经过测试 tap0 接口的速率只有 10Mbps ，用来试验还可以，接入家庭网络就有点不太合适了。 

  2. 树莓派的原版系统中默认开启了 dhcpcd networking 两个网络管理服务。如果不关闭 dhcpcd 服务将导致 eth0 不断地获取到 IP 地址，对下面的操作有影响。 

updatedupdated2023-02-042023-02-04