在 AMD CPU 的机器上安装黑苹果之后，能用的虚拟机软件基本只有 VirtualBox 了。虽然能用，但是性能差的让人抠脚。通常来讲，虚拟机软件会优先利用 CPU 的虚拟化特性，比如 Intel 的 VT-X/VT-D 以及 AMD 的 SVM，在硬件虚拟化不可用的时候，会使用纯软件模拟的方式运行 Guest 系统指令。macOS 截止目前，全部运行在 Intel 的 CPU 上，所以其虚拟化框架 Hypervisor.framework，也全部是基于 Intel 的虚拟化指令实现，并没有兼容 AMD，这也是 VMWare 等其他虚拟机软件无法在 AMD CPU 的黑苹果上运行的根本原因。
VirtualBox 看起来没有强依赖 Hypervisor.framework，因此在 AMD CPU 上也可以运行。但是这糟糕的性能让我怀疑它没有使用 SVM 来运行虚拟机，而是纯软件模拟。为了一探究竟，我准备在 macOS 上自行编译 VirtualBox。
准备工作
- 系统：macOS 10.15.1
- CPU：AMD Ryzen 3700X
- Xcode：Xcode 11.3
- 重启至 Recovery 模式，关闭
SIP
编译
准备源码
VirtualBox 的源码在其下载页面即可看见。有两种，SVN 同步或者直接下载当前版本的 tar 包。没用过 SVN，我选择下载 tar 包，下载链接：VirtualBox-6.1.0.tar.bz2
安装编译依赖
按照官方的编译指南，编译 VirtualBox 需要 libidl openssl pkg-config qt 这些第三方依赖，不过指南里用的是 MacPort，而我使用的是 Homebrew，所以，安装命令有所不同：
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brew install libidl openssl pkg-config qt
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除此之外，在编译过程中还会用到 Java，所以还得安装 JDK。可以选择从 Oarcle 的官网下载安装，或者使用 jabba 安装：
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# 安装 Jabba
curl -sL https://github.com/shyiko/jabba/raw/master/install.sh | bash && . ~/.jabba/jabba.sh
jabba install [email protected]
jabba alias default [email protected]
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安装 Mac OS X 10.9 SDK
VirtualBox 的编译脚本是以 10.9 版本系统为目标 SDK 编写的，而且其使用的部分 IOKit 的方法已经在 10.11 版本中移除，使用新版本 SDK 无法编译通过，所以在开始编译之前需要安装一下 10.9 的 SDK。
用的工具是 XcodeLegacy，一个开源的 shell 脚本，可以自动处理和安装低版本 Xcode 中携带的 SDK。
除此之外，还需要一个 Xcode 6.4 版本的安装镜像，下载地址（官方地址，需要登录）：Xcode_6.4.dmg，下载完成后，与 XcodeLegacy 放置在同一目录。
使用方式：
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wget https://raw.githubusercontent.com/devernay/xcodelegacy/master/XcodeLegacy.sh
chmod +x XcodeLegacy.sh
./XcodeLegacy.sh -osx109 buildpackages
sudo ./XcodeLegacy.sh -osx109 install
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编译
按照编译指南，执行 ./configure --disable-hardening 生成编译脚本，报错如下：
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...
Checking for Darwin version: failed to determine Darwin version. (uname -r: 19.0.0)
Check /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/configure.log for details
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从字面意思来看，就是未知的 Darwin 系统版本：19.0.0，打开 configure 文件，编辑 check_darwinversion 函数，添加对 macOS 10.15 的支持：
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@@ -2196,6 +2196,15 @@ check_darwinversion()
test_header "Darwin version"
darwin_ver=`uname -r`
case "$darwin_ver" in
+ 19\.*)
+ check_xcode_sdk_path "$WITH_XCODE_DIR"
+ [ $? -eq 1 ] || fail
+ darwin_ver="10.15" # macOS Catalina
+ sdk=$WITH_XCODE_DIR/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX10.9.sdk
+ cnf_append "VBOX_WITH_MACOSX_COMPILERS_FROM_DEVEL" "1"
+ cnf_append "VBOX_PATH_MACOSX_DEVEL_ROOT" "$WITH_XCODE_DIR/Developer"
+ CXX_FLAGS='--std=c++11'
+ ;;
17\.*)
check_xcode_sdk_path "$WITH_XCODE_DIR"
[ $? -eq 1 ] || fail
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顺便添加了 --std=c++11，打开 C++ 11 的支持。
再次执行 ./configure --disable-hardening，报错如下：
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...
Checking for Darwin version: Please specify --with-xcode-dir option.
Check /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/configure.log for details
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要求使用 --with-xcode-dir 传入 Xcode 的安装路径，OK，改用新的命令 ./configure --disable-hardening --with-xcode-dir=/Applications/Xcode.app，报错如下：
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...
Checking for ssl:
libcrypto not found at -lssl -lcrypto or openssl headers not found
Check the file /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/configure.log for detailed error information.
Check /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/configure.log for details
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找不到 openssl，执行 ./configure --help，可以看到其支持通过 --with-openssl-dir= 指定 openssl 目录，OK，命令改成：./configure --disable-hardening --with-xcode-dir=/Applications/Xcode.app --with-openssl-dir=/usr/local/opt/[email protected]/，这是 Homebrew 安装的 openssl 的路径，报错如下：
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...
Checking for Qt5:
** Qt5 framework not found (can be disabled using --disable-qt)!
Check /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/configure.log for details
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找到 openssl 了，但是 qt5 没有找到，同样的，我们通过 --with-qt-dir 指定一下，命令：./configure --disable-hardening --with-xcode-dir=/Applications/Xcode.app --with-openssl-dir=/usr/local/opt/[email protected]/ --with-qt-dir=/usr/local/Cellar/qt/5.14.0，配置成功，日志如下：
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Checking for environment: Determined build machine: darwin.amd64, target machine: darwin.amd64, OK.
Checking for kBuild: found, OK.
Checking for Darwin version: found version 10.15 (SDK: /Applications/Xcode.app/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX10.9.sdk), OK.
Checking for gcc: found version 4.2.1, OK.
Checking for Open Watcom:
** Open Watcom was not found, using alternative BIOS sources!
Checking for libIDL: found version 0.8.14, OK.
Checking for ssl: found version OpenSSL 1.1.1d 10 Sep 2019, OK.
Checking for libcurl: found version 7.64.1, OK.
Checking for OpenGL support: enabled
Checking for Qt5: found version 5.14.0, OK.
Checking for Python support: enabled
Checking for Java support: OK.
Successfully generated '/Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/AutoConfig.kmk' and '/Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/env.sh'.
Source '/Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/env.sh' once before you start to build VBox:
source /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/env.sh
kmk
+++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++
Hardening is disabled. Please do NOT build packages for distribution with
disabled hardening!
+++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++ WARNING +++
Enjoy!
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按照提示，执行 source /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/env.sh 配置环境变量，然后执行 kmk 开始编译。
报错如下：
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...
The failing command:
@yasm -f macho64 -DASM_FORMAT_MACHO -D__YASM__ -Worphan-labels -I/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Runtime/include/ -I/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/libs/liblzf-3.4/ -I/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/libs/libxml2-2.9.4/include/ -I/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/include/ -I/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/out/darwin.amd64/release/ -DVBOX -DVBOX_OSE -DVBOX_WITH_64_BITS_GUESTS -DRT_OS_DARWIN -D__DARWIN__ -DRT_ARCH_AMD64 -D__AMD64__ -D_REENTRANT -DLIBXML_STATIC -DLIBXML_STATIC_FOR_DLL -DIN_RING3 -DLOG_DISABLED -DIN_BLD_PROG -DIN_RT_R3 -DIN_ADV_BLD_PROG -DIN_RT_R3 -DLDR_WITH_NATIVE -DLDR_WITH_ELF32 -DLDR_WITH_LX -DLDR_WITH_MACHO -DLDR_WITH_PE -DRT_WITH_VBOX -DRT_NO_GIP -DRT_WITHOUT_NOCRT_WRAPPERS -DNOFILEID -DRT_WITH_ICONV_CACHE -DIPRT_WITHOUT_LDR_VERIFY -DRT_NO_GIP -DMAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED=1090 -DMAC_OS_X_VERSION_MAX_ALLOWED=1090 -l /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/out/darwin.amd64/release/obj/RuntimeBldProg/common/misc/zero.lst -o /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/out/darwin.amd64/release/obj/RuntimeBldProg/common/misc/zero.o /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Runtime/common/misc/zero.asm
kBuild: Compiling RuntimeBldProg - /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Runtime/common/misc/zero.asm
kmk: execvp: yasm: Bad CPU type in executable
kmk: *** [/Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/kBuild/footer-pass2-compiling-targets.kmk:292: /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/out/darwin.amd64/release/obj/RuntimeBldProg/common/misc/zero.o] Error 127
kmk: *** Waiting for unfinished jobs....
...
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yasm: Bad CPU type in executable，看起来 yasm 不是一个正确的 Mach-O 可执行文件。执行 file tools/darwin.amd64/bin/yasm，结果：
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tools/darwin.amd64/bin/yasm: Mach-O executable i386
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嗯，macOS 10.15 正式放弃对 32bit 应用的支持，所以 i386 架构的可执行文件已经不可执行了。执行 brew install yasm 安装 yasm，然后 cp /usr/local/Cellar/yasm/1.3.0_2/bin/yasm tools/darwin.amd64/bin/ 替换掉原来的 yasm 可执行文件。kmk 继续编译：
再次报错：
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kBuild: iasl VBoxDD - /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Devices/PC/vbox.dsl
kmk: execvp: /Users/tylinux/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/tools/darwin.amd64/bin/iasl: Bad CPU type in executable
kmk: *** [/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Devices/Makefile.kmk:850: /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/out/darwin.amd64/release/obj/VBoxDD/vboxaml.hex] Error 127
kmk: *** Waiting for unfinished jobs...
...
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看来 tools/darwin.amd64/bin/iasl 也是一个 32bit 应用，不过这个 Homebrew 上没有，所以用知名大佬 RehabMan 的仓库中提供的 iasl 替代，下载地址：acpica，下载完成后同样的方式替换掉 tools/darwin.amd64/bin/iasl。kmk` 继续编译：
报错信息：
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kBuild: Generating tstVMStructSize - /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/out/darwin.amd64/release/obj/VMM/tstAsmStructsHC.h
In file included from /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Debugger/testcase/tstVBoxDbg.cpp:22:
In file included from /usr/local/Cellar/qt/5.14.0/Frameworks/QtWidgets.framework/Versions/5/Headers/qapplication.h:43:
In file included from /usr/local/Cellar/qt/5.14.0/Frameworks/QtWidgets.framework/Headers/qtwidgetsglobal.h:43:
In file included from /usr/local/Cellar/qt/5.14.0/Frameworks/QtGui.framework/Headers/qtguiglobal.h:43:
In file included from /usr/local/Cellar/qt/5.14.0/Frameworks/QtCore.framework/Headers/qglobal.h:105:
/usr/local/Cellar/qt/5.14.0/Frameworks/QtCore.framework/Headers/qcompilerdetection.h:558:6: error: Qt requires a C++11 compiler and yours does not seem to be that.
# error Qt requires a C++11 compiler and yours does not seem to be that.
^
kBuild: Compiling tstMediumLock - /Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Main/testcase/tstMediumLock.cpp
...
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QT5 提供的头文件，需要编译器支持 C++ 11 才能使用，编辑 tools/kBuildTools/VBoxXcode62.kmk，给 C++ 文件和 Objective-C++ 文件添加 --std=c++ 选项：
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TOOL_VBoxXcode62_CXXOBJSUFF ?= .o
-TOOL_VBoxXcode62_CXXFLAGS ?=
+TOOL_VBoxXcode62_CXXFLAGS ?= --std=c++11
TOOL_VBoxXcode62_CXXFLAGS.debug ?= -g
TOOL_VBoxXcode62_CXXFLAGS.profile ?= -O2 #-g -pg
TOOL_VBoxXcode62_CXXFLAGS.release ?= -O2
@@ -107,7 +107,7 @@ TOOL_VBoxXcode62_OBJCINCS ?=
TOOL_VBoxXcode62_OBJCDEFS ?=
TOOL_VBoxXcode62_OBJCXXOBJSUFF ?= .o
-TOOL_VBoxXcode62_OBJCXXFLAGS ?=
+TOOL_VBoxXcode62_OBJCXXFLAGS ?= --std=c++11
TOOL_VBoxXcode62_OBJCXXFLAGS.debug ?= -g
TOOL_VBoxXcode62_OBJCXXFLAGS.profile ?= -O2 #-g -pg
TOOL_VBoxXcode62_OBJCXXFLAGS.release ?= -O2
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kmk 继续编译，错误如下：
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/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/src/VBox/Devices/USB/darwin/USBProxyDevice-darwin.cpp:1126:34: error: comparison between pointer and integer ('CFMutableDictionaryRef' (aka '__CFDictionary *') and 'io_object_t'
(aka 'unsigned int'))
AssertReturn(RefMatchingDict != IO_OBJECT_NULL, VERR_OPEN_FAILED);
~~~~~~~~~~~~~~~ ^ ~~~~~~~~~~~~~~
/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/include/iprt/assert.h:390:26: note: expanded from macro 'AssertReturn'
if (RT_LIKELY(!!(expr))) \
^~~~
/Volumes/macOSData/Developer/Sources/vbox/VirtualBox-6.1.0/include/iprt/cdefs.h:1778:53: note: expanded from macro 'RT_LIKELY'
# define RT_LIKELY(expr) __builtin_expect(!!(expr), 1)
^~~~
1 error generated.
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指针类型和整型做比较，报错了，改成这样：
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CFMutableDictionaryRef RefMatchingDict = IOServiceMatching(kIOUSBDeviceClassName);
- AssertReturn(RefMatchingDict != IO_OBJECT_NULL, VERR_OPEN_FAILED);
+ AssertReturn(RefMatchingDict, VERR_OPEN_FAILED);
uint64_t u64SessionId = 0;
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kmk，编译成功。
运行
编译结果在 out/darwin.amd64/release/dist 目录下，VirtualBox.app 是 App，*.kext 则是 VirtualBox 需要的内核扩展。执行 loadall.sh 加载内核扩展，报错如下：
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Code Signing Failure: not code signed
Disabling KextAudit: SIP is off
(kernel) kxld[org.virtualbox.kext.VBoxDrv]: The following symbols are unresolved for this kext:
(kernel) kxld[org.virtualbox.kext.VBoxDrv]: _g_abSUPBuildCert
(kernel) kxld[org.virtualbox.kext.VBoxDrv]: _g_cbSUPBuildCert
(kernel) Can't load kext org.virtualbox.kext.VBoxDrv - link failed.
...
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嗯，我们的编译生成的 kext 没有代码签名，被拒绝加载了。
解决方案：
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按照 https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Security/Conceptual/CodeSigningGuide/Procedures/Procedures.html 所述，生成自签证书。
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在 VirtualBox 源码目录下新建 LocalConfig.kmk，文件内容：
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VBOX_SIGNING_MODE = test
VBOX_CERTIFICATE_SUBJECT_NAME = My Code Signing Cert
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其中，VBOX_CERTIFICATE_SUBJECT_NAME 就是你在生成自签证书是起的名字，重新 kmk，编译成功。
参考链接
- Mac OS X build instructions
- My experience building VirtualBox from Subversion on Mojave
- xcodelegacy
- jabba