利用 vagrant 執行自己編譯的 kernel，快速搭建實驗環境
vagrant
vagrant 是一款建立及管理虛擬機的工具，利用 vagrant 可以快速在本機端架設實驗環境，並且可以把自己習慣的環境包裝後在任何有安裝 vagrant 的電腦執行，達到 IaC(Infrastructure as Code) 的特性，使用 vagrant 可以大幅降低環境的架設時間，趁這個機會順便學習一下基本的用法。
這學期在修 linux 的課程會有添加 system call 或者改 kernel 的需求，所以這篇文章紀錄一下如何使用 vagrant 來執行自己編譯好的 kernel，以及一些 vagrant 的基本用法，用虛擬機做實驗也降低了把自己的環境搞壞的風險。
install
安裝可以參考 官方網站，在 ubuntu 的環境安裝 vagrant 可以用以下指令:
$ curl -fsSL https://apt.releases.hashicorp.com/gpg | sudo apt-key add -
$ sudo apt-add-repository "deb [arch=amd64] https://apt.releases.hashicorp.com $(lsb_release -cs) main"
$ sudo apt-get update && sudo apt-get install vagrant
$ vagrant plugin install vagrant-vbguest
vagrant 只是一個管理虛擬機的工具，底層可以選擇 VirtualBox, VMware, AWS.. 等不同的虛擬機環境，在 linux 的主機中最方便安裝的就是 VirtualBox，所以在正式使用之前要記得先安裝 VirtualBox。
$ sudo apt install virtualbox
$ sudo apt upgrade virtualbox
建立基本的環境
虛擬機的底我們選擇使用 ubuntu 16.04 版本，可以看 Vagrant Cloud 中 ubuntu 官方提供的 Vagrant box 選擇自己想要的版本, ubuntu/boxes。
$ mkdir project
$ cd project
$ vagrant init ubuntu/xenial64
$ vagrant up
流程跑完之後可以先用 vagrant status 來確認虛擬機狀態
$ vagrant status
Vagrantfile
在執行 vagrant init 的指令時，會在該目錄底下創立一個 Vagrantfile，可以把這個文件當作虛擬機的配置檔案，有點像是 Dockerfile，如果想深入了解 Vagrantfile 的寫法還有詳細配置，可以參考 官方文檔
第一次使用 vagrant 時它會從雲端把指定的 image下載進本機，會花比較長的時間，下載好之後可以使用 vagrant ssh 來進入開啟的虛擬機中。
$ vagrant ssh
vagrant ssh 之後就可以正式操作我們創立的虛擬機了，利用 uname -r 確認 kernel 版本是 4.4.0-210-generic。
如果要關閉虛擬機要用 vagrant halt
$ vagrant halt
刪除虛擬機則是使用 vagrant destory
$ vagrant destory
重新啟動虛擬機可以使用 vagrant reload
$ vagrant reload
資料共享的特性
vagrant 還有一個方便的特性，在虛擬機中如果把檔案放到 /vagrant 內，就可以跟外部放置 Vagrantfile 的目錄做資料共享。舉例來說我們在虛擬機建立一個 Hello.txt 放到 /vagrant 目錄底下，離開虛擬機存取到該檔案。
host@ubuntu: ~$ vagrant ssh
vagrant@ubuntu: ~$ echo "Hello world" > /vagrant/Hello.txt
vagrant@ubuntu: ~$ exit
host@ubuntu: ~$ cat Hello.txt
Hello world
host@ubuntu: ~$
接下來我們就會利用這個特性在 Host 編譯好 kernel 然後再進去虛擬機啟動編譯好的 kernel。
在正式開始前先建立一個存檔點，利用 vagrant snapshot 指令把目前的環境紀錄下來，把這個存檔點的名稱設為 clean-env
host@ubuntu: ~$ vagrant halt
host@ubuntu: ~$ vagrant snapshot save clean-env
host@ubuntu: ~$ vagrant snapshot list
安裝編譯 kernel 所需要的套件
接下來安裝一些編譯 kernel 時依賴的套件，並且用 snapshot 紀錄一下目前的環境，把名稱設為 installed-tool-env
host@ubuntu: ~$ vagrant ssh
vagrant@ubuntu: ~$ sudo apt install bison flex libelf-dev libncurses5-dev \
openssl libssl-dev gcc bc make dpkg-dev git socat gdb libbabeltrace-dev
vagrant@ubuntu: ~$ exit
host@ubuntu: ~$ vagrant halt
host@ubuntu: ~$ vagrant snapshot save installed-tool-env
host@ubuntu: ~$ vagrant snapshot list
host@ubuntu: ~$ vagrant up
上一個段落有提到放置 Vagrantfile 的目錄與虛擬機中 /vargrant 目錄是共用的，所以我們可以把 kenrel source code 下載到本機的目錄中編譯好再用虛擬機開啟編譯好的 kernel。
下載 source code，下載的版本是 4.14.259
host@ubuntu: ~$ wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.259.tar.xz
host@ubuntu: ~$ tar Jxvf linux-4.14.259.tar.xz
host@ubuntu: ~$ rm linux-4.14.259.tar.xz
host@ubuntu: ~$ cd linux-4.14.259
下載好的 linux-4.14.259 資料夾因為共用機制 ，這個資料夾也會存在於虛擬機的 /vagrant/linux-4.14.259 路徑下。
至於 config 的部份，我們直接複製虛擬機 4.4 版本的 config 到 /vagrant/linux-4.14.259，建立 obj/x86-64 來存放編譯好的 deb 檔案，編譯部份我們跳回本機，並用 -j8 來加速編譯流程。
host@ubuntu: ~$ vagrant ssh
vagrant@ubuntu: ~$ cp /usr/src/linux-headers-`uname -r`/.config /vagrant/linux-4.14.259
vagrant@ubuntu: ~$ cd /vagrant/linux-4.14.259
vagrant@ubuntu: ~$ mkdir -p obj/x86-64
vagrant@ubuntu: ~$ make oldconfig
vagrnat@ubuntu: ~$ make O=obj/x86-64 oldconfig
vagrant@ubuntu: ~$ exit
host@ubuntu: ~$ cd linux-4.14.259
host@ubuntu: ~$ make O=obj/x86-64 -j8 && make O=obj/x86-64 bindeb-pkg -j8
等待完成之後進入虛擬機，利用編譯好的 .deb 檔案更改 kernel 版本，最後重新啟動虛擬機。
host@ubuntu: ~$ vagrant ssh
vagrant@ubuntu: ~$ cd /vagrant/linux-4.14-259/obj
vagrant@ubuntu: ~$ ls
linux-4.14.259_4.14.259-3_amd64.changes linux-image-4.14.259_4.14.259-3_amd64.deb x86_64
linux-headers-4.14.259_4.14.259-3_amd64.deb linux-libc-dev_4.14.259-3_amd64.deb
vagrant@ubuntu: ~$ sudo dpkg -i ./linux-image-4.14.259_4.14.259-3_amd64.deb
vagrant@ubuntu: ~$ sudo dpkg -i ./linux-headers-4.14.259_4.14.259-3_amd64.deb
vagrant@ubuntu: ~$ exit
host@ubuntu: ~$ vagrant reload
開啟虛擬機之後，可以看到 kernel 版本已經變成 4.14.259。
在這裡做一次存檔
host@ubuntu: ~$: vagrant snapshot save kernel_4.14_env
host@ubuntu: ~$: vagrant snapshot list
讀取 snapshot(存檔點)
host@ubuntu: ~$: vagrant snapshot restore kernel_4.14_env
host@ubuntu: ~$: vagrant up