Apple Silicon Mac üzerinde ARM64 Linux sanallaştırmak

Düzenlendi · Kapsam: macOS Sonoma/Sequoia üzerinde QEMU, Hypervisor.framework (HVF), EDK2 UEFI ve Ubuntu ARM64 cloud-init.

Apple Silicon (M1/M2/M3/M4) işlemcili Mac bilgisayarlar, ARM64 (AArch64) mimarisine dayanır. Bu mimari, x86 emülasyonunun yarattığı ağır performans kaybı olmadan, ARM64 Linux işletim sistemlerinin yerel donanım hızında çalıştırılmasına olanak tanır.

Bu kılavuzda Apple’ın yerel Hypervisor.framework (HVF) altyapısını kullanarak, açık kaynaklı QEMU ile sıfırdan başsız (headless), SSH erişimli ve Cloud-Init ile otomatik yapılandırılan bir ARM64 Ubuntu sanal makinesinin nasıl kurulacağını ele alacağız.

1. Mimari temeller ve donanım hızlandırma (HVF)

QEMU, macOS üzerinde donanım hızlandırması için Apple’ın Hypervisor.framework (-accel hvf) katmanını kullanır. Böylece işlemci talimatları yazılımsal olarak taklit edilmez; doğrudan Apple Silicon çekirdeklerinde çalıştırılır.

Temel QEMU parametreleri:

-accel hvf: Apple’ın hipervizör API’sini etkinleştirir.
-cpu host: Ana makinenin ARM çekirdek yeteneklerini doğrudan sanal makineye aktarır.
-M virt,highmem=on,gic-version=3: ARM sanallaştırma için standart anakart modeli. highmem=on 4 GB üzeri RAM adreslemesini sağlar. gic-version=3, ARMv8 donanımsal kesme denetleyicisini (GICv3) etkinleştirir.

2. Mimari fark: 16 KB (macOS) vs 4 KB (Linux) bellek sayfası bilmecesi

Apple Silicon ve Linux çekirdekleri arasında geliştiricilerin sıkça kafasını karıştıran kritik bir mimari fark vardır:

Ana Makine (macOS / Darwin): Belleği 16 KB sayfa boyutuyla (PAGE_SIZE = 16384) yönetir.
Standart Linux Misafiri (Ubuntu/Debian ARM64): Varsayılan çekirdekler 4 KB sayfa boyutuyla (CONFIG_ARM64_4K_PAGES=y) derlenmiştir.

Bu uyumsuzluk neden sanallaştırmada sorun yaratmaz?

ARMv8-A mimarisi iki aşamalı bir adres çevirisi (Two-Stage Address Translation) sunar:

Aşama 1 (Stage 1 - Misafir Çekirdek): Misafir Sanal Adresini (GVA) Misafir Fiziksel Adresine (GPA) çevirir. Linux çekirdeği bunu 4 KB tanecikliğinde yönetir.
Aşama 2 (Stage 2 - HVF Hipervizör): Misafir Fiziksel Adresini (GPA) Ana Makine Fiziksel Adresine (HPA) çevirir. Apple’ın hipervizörü bunu 16 KB tanecikliğinde yönetir.

ARM mimarisinde Aşama 1 ve Aşama 2 tanecik boyutları birbirinden tamamen bağımsızdır. QEMU misafir belleğini 16 KB sınırlarına hizaladığı sürece, standart 4 KB Ubuntu imajları Apple Silicon üzerinde hiçbir kernel yamasına gerek kalmadan mükemmel kararlılıkla çalışır.

3. Firmware: EDK2 ARM64 UEFI

ARM64 platformunda eski BIOS (Legacy PC BIOS) bulunmaz; sistemin başlaması için UEFI şarttır.

Homebrew ile kurulan QEMU paketinde gerekli EDK2 ikilileri yer alır:

Kod (Read-Only Flash): /opt/homebrew/share/qemu/edk2-aarch64-code.fd
Değişkenler (NVRAM / Read-Write Flash): /opt/homebrew/share/qemu/edk2-arm-vars.fd

NVRAM şablonu her sanal makine için yerel bir kopyaya alınmalıdır; böylece sanal makinenin UEFI önyükleme sırası ve ayarları kalıcı olarak saklanır.

4. Ön koşullar ve kurulum

macOS terminalinde Homebrew ile QEMU’yu kurun:

brew install qemu

5. Misafir imajı ve Cloud-Init otomasyonu

İnteraktif kurulum ISO’larıyla (klavye seçimi, saat dilimi vb.) vakit kaybetmek yerine, bulut sağlayıcılarının kullandığı resmi Ubuntu Cloud Image ve Cloud-Init kullanılır.

1. Adım: Çalışma dizini ve imaj indirme

mkdir -p ~/qemu-linux/cidata && cd ~/qemu-linux
curl -LO https://cloud-images.ubuntu.com/noble/current/noble-server-cloudimg-arm64.img

2. Adım: Sanal disk ve UEFI NVRAM oluşturma

# 25 GB boyutunda dinamik qcow2 diski oluştur
qemu-img create -f qcow2 -b noble-server-cloudimg-arm64.img -F qcow2 disk.qcow2 25G

# UEFI değişken şablonunu kopyala
cp /opt/homebrew/share/qemu/edk2-arm-vars.fd efi_vars.fd

3. Adım: Cloud-Init yapılandırması

Sanal makine açılır açılmaz kullanıcı adı (ubuntu), şifre (sifre123) ve sudo yetkilerini otomatik tanımlamak için NoCloud ISO’su üretilir:

cidata/user-data:

#cloud-config
password: sifre123
chpasswd: { expire: False }
ssh_pwauth: True
users:
  - name: ubuntu
    sudo: ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL
    shell: /bin/bash
    lock_passwd: False

cidata/meta-data:

instance-id: qemu-arm64-01
local-hostname: ubuntu-vm

macOS’in yerleşik hdiutil aracıyla ISO dosyasına dönüştürün:

hdiutil makehybrid -iso -joliet -default-volume-name cidata -o cloud-init.iso cidata/

6. Sanal makineyi başlatma betiği

Aşağıdaki başlatma komutunu baslat.sh adıyla kaydedin:

#!/usr/bin/env bash
exec qemu-system-aarch64 \
    -accel hvf \
    -cpu host \
    -M virt,highmem=on,gic-version=3 \
    -m 4G \
    -smp 4 \
    -drive if=pflash,format=raw,readonly=on,file=/opt/homebrew/share/qemu/edk2-aarch64-code.fd \
    -drive if=pflash,format=raw,file=efi_vars.fd \
    -device virtio-blk-pci,drive=hd0 \
    -drive if=none,id=hd0,file=disk.qcow2,format=qcow2 \
    -device virtio-blk-pci,drive=cloudinit \
    -drive if=none,id=cloudinit,file=cloud-init.iso,format=raw \
    -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::2222-:22 \
    -device virtio-net-pci,netdev=net0 \
    -nographic

Parametrelerin detayları:

-m 4G -smp 4: 4 GB RAM ve 4 sanal CPU çekirdeği tahsis eder.
virtio-blk-pci ve virtio-net-pci: Yüksek hızlı paravirtualized disk ve ağ sürücüleri.
hostfwd=tcp::2222-:22: Mac üzerindeki 2222 portunu sanal makinenin SSH portuna (22) bağlar.
-nographic: Grafik penceresi açmaz; seri konsolu doğrudan terminale bağlar.

7. Çalıştırma ve SSH bağlantısı

Betiğe çalıştırma izni verip başlatın:

chmod +x baslat.sh
./baslat.sh

Terminalde UEFI ve Linux açılış logları akacaktır. Yaklaşık 20 saniye sonra Cloud-Init kurulumu tamamlar.

İkinci bir terminal açarak Mac’inizden sanal makineye SSH ile bağlanın:

ssh -p 2222 ubuntu@localhost

Şifre olarak sifre123 girin.

Sanal makinede çekirdeği ve mimariyi doğrulayın:

uname -a
getconf PAGESIZE

Beklenen çıktı:

Linux ubuntu-vm 6.8.0-31-generic #31-Ubuntu SMP PREEMPT_DYNAMIC arm64 aarch64 GNU/Linux
4096

Çıkmak için seri konsol terminalinde Ctrl + A tuşuna basıp ardından x harfine basmanız QEMU’yu anında kapatacaktır.

Kaynaklar ve doğrulama ortamı

Bu kılavuz, Apple M2 Max işlemcili bir Mac (macOS Sonoma 14.5), Homebrew QEMU 9.0.0 ve Ubuntu 24.04 ARM64 Cloud Image ile test edilerek doğrulanmıştır.