WSL (Windows 10)

头图

本章主要介绍了在 Windows 系统下运行 Linux 系统的方法。

由于截至 2020 年 6 月,大部分系统尚未安装 Windows 10 2020 年 5 月更新(内部版本 19041),本章仅介绍 WSL。


引言1

众所周知,尽管现在大部分学校的竞赛练习环境都是构建 XP 等 Windows 系操作系统,但是在 NOI 系列赛中,早已用上了 NOI Linux 这个 Ubuntu 操作系统的阉割版。

NOI 竞赛的环境要求如下。2

类别 软件或模块 版本 备注说明
系统 Linux 内核 5.4.0-42-generic 64 位 x86 (AMD64)
语言环境 GCC(gccg++ 9.3.0 C 和 C++ 编译器
FPC 3.0.4 Pascal 编译器
Python 2 2.7 非竞赛语言
Python 3 3.8 非竞赛语言
调试工具 GDB 9.1
DDD 3.3.12 GDB 的 GUI 前端
集成开发环境(IDE) Code::Blocks 20.03 C/C++ IDE
Lazarus 2.0.6 Pascal IDE
Geany 1.36 C/C++/Pascal(轻量级)IDE
文本编辑工具 Visual Studio Code 1.54.3
GNU Emacs 26.3
gedit 3.36.2
Vim 8.1
Joe 4.6
nano 4.8
Sublime Text 3.2.2
其它软件 Firefox 79.0 浏览器
Midnight Commander (mc) 4.8.24 文件管理器
xterm (uxterm) 3.5.3 终端
Arbiter-local 1.02 程序评测工具单机版

考场环境与一般联系环境会有一系列差异:

  • 命令行上的操作和图形界面上的操作会有差异。
  • Linux 和 Windows 的差异,如对于大小写的敏感性。
  • 不同编译器的行为(MSVC 和 GCC)和不同版本的编译器(Windows 上和 Linux 上的 GCC,32 位和 64 位的 Linux GCC,GCC 7 和 GCC 8 等)的行为,如变量初始化和对数组下标越界的处理,会有差异。
  • 不同评测系统(洛谷和 Arbiter)的超时检查和内存限制检查会有差异。

这有可能导致一系列的尴尬情况:

  • 想用Ctrl+C复制,结果退出了程序。
  • 平时 AC 的程序模板到了 Linux 上就 WA。

为了防止考场上出现此类尴尬情况,我们必须要提前熟悉下 Linux 系统的操作方法。

虽然 NOI 的官网已经放出了 NOI Linux 的 ISO 镜像,但是如果跑虚拟机的话,配置也相当麻烦,包括激活 VMware,用 VMware 装系统开虚拟机等步骤,且 NOI Linux 默认自带图形界面,无法保证在低配系统上流畅运行。

Windows 10 在一周年更新时推出了 Linux 子系统(WSL),在 2020 年 5 月更新中升级到了 WSL 2。截至 2020 年 6 月 1 日,WSL 已支持安装 Ubuntu、openSUSE Leap、Kali、Debian……等主流 Linux 分发版。但 WSL 并不支持 NOI 评测用的 Arbiter。

什么是 Linux 子系统(WSL)

适用于 Linux 的 Windows 子系统(英语:Windows Subsystem for Linux,简称 WSL)是一个为在 Windows 10 和 Windows Server 2019 上能够原生运行 Linux 二进制可执行文件(ELF 格式)的兼容层。

WSL 可让开发人员按原样运行 GNU/Linux 环境 - 包括大多数命令行工具、实用工具和应用程序 - 且不会产生虚拟机开销。

WSL 仅在版本 1607 之后的 64 位版本的 Windows 10 中可用。它也可在 Windows Server 2019 中使用。


WSL 还是 WSL 2

参见:比较 WSL 2 和 WSL 1

如果系统已经安装了 2020 年 5 月更新(内部版本 19041)或更高版本,则可以考虑开启 WSL 2。建议权衡自己的需求选择适合的版本。

WSL 1 的机制,总体上是在运行时将 Linux 系统调用翻译为 NT API 调用,从而在 NT 内核基础之上模拟实现 Linux 内核。

无论是在 ABI 还是 API 层模拟,Linux/UNIX 与 Windows NT 毕竟是两类内核,设计理念、设计标准等多方面差异甚大,无法实现完全对等模仿,WSL 1 无法兼容所有 Linux 系统调用,程序无法在 WSL 中运行的情况时有发生。

也许是因为 WSL 1 靠翻译系统调用来模拟 Linux 内核的方法存在诸多问题,这种黑科技思路在 WSL 2 中被微软完全抛弃。WSL 2 基于长期支持版内核 Linux 4.19,并在此基础上加以修改而成。新的内核经过了微软悉心改造,以便与 Windows 相配合,获得更好的用户体验。WSL 2 同时采用了虚拟机的技术,将 Linux 内核塞到一个轻量级的虚拟机(英文:Virtual Machine,简称:VM)中运行,使用体验基本与 WSL 保持一致。

使用虚拟机的方式带来了运行效率和兼容性两方面的提升。根据微软自己的测试,与 WSL 1 相较,在 WSL 2 中解压 zip 文档的速度提升了 20 倍,使用 git clone、npm install、cmake 的速度提升了大约 2~5 倍。由于使用了真正的 Linux 内核,WSL 2 全面兼容了 Linux 系统调用,理论上能在 GNU/Linux 上运行的程序也都能在 WSL 2 中不经修改直接运行。

性能方面,WSL 和 WSL 2 各有优势。如果不和本机系统交互,WSL 2 的性能非常不错,但如果访问 Windows 文件系统下的文件,IO 性能会下降很多。

微软给出的建议是,如果经常使用 WSL 来访问 Windows 文件系统上的项目文件,或者需要对相同的文件使用 Windows 和 Linux 工具进行交叉编译,那么建议这些用户使用 WSL 1,因为目前 WSL 1 能跨 OS 文件系统实现更高的性能。

Note

目前 WSL 1 完全不支持 systemd(这意味着一些需要 systemd 的功能无法实现或需要别的 hack),WSL 2 可以使用 genie。 此外,yuk7/arch-systemctl-alt 项目提供了一个在 WSL 1 与 2 都可用的 alternative script,但是它只具有部分兼容且只在 ArchWSL 进行了测试。

启用 WSL4

Warning

本部分适用于 Windows 10 秋季创意者更新(内部版本 16215)和更高版本。

在安装适用于 WSL 的任何 Linux 分发版之前,必须在下述两种方法中选择一种,以确保启用“适用于 Linux 的 Windows 子系统”可选功能:

使用 Powershell

  1. 以管理员身份打开 PowerShell 并运行:

    1
    Enable-WindowsOptionalFeature -Online -FeatureName Microsoft-Windows-Subsystem-Linux
    
  2. 出现提示时,重启计算机。

使用 GUI

Windows 功能

  1. 打开“控制面板”

  2. 访问“程序和功能”子菜单“打开或关闭 Windows 功能”

  3. 选择“适用于 Linux 的 Windows 子系统”

  4. 点击确定

  5. 重启

安装与使用 Ubuntu5

本章以 Ubuntu 长期更新版为例。

安装

搜索页

进入 Microsoft Store,搜索“Ubuntu”,然后选择“Ubuntu”,点击“安装”进行安装。也可打开 Ubuntu 的商店页面

Warning

Microsoft Store 的 Ubuntu 随着 Ubuntu 的更新而更新,因此内容可能会有所改变。如果想获取稳定的 Ubuntu 长期支持版,可以在 Microsoft Store 安装 Ubuntu 的 LTS 版本。

运行 Ubuntu

打开“开始”菜单找到 Ubuntu 并启动,或使用 wsl 命令从 Windows 命令行启动。

可以为 Ubuntu 创建应用程序磁贴或固定至任务栏,以在下次方便地打开。

初始化

第一次运行 Ubuntu,需要完成初始化。

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Installing, this may take a few minutes...

等待一两分钟时间,系统会提示创建新的用户帐户。

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Please create a default UNIX user account. The username does not need to match your Windows username.
For more information visit: https://aka.ms/wslusers
Enter new UNIX username: chtholly

输入完用户名以后会提示输入密码。在 Linux 中,输入密码时屏幕上不显示文字属于正常现象。

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Enter new UNIX password:

设置好帐户名和密码后,WSL 就安装完成了。

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Installation successful!
To run a command as administrator (user "root"), use "sudo <command>".
See "man sudo_root" for details.

[email protected]:~$

基础配置

初次安装好的系统不附带任何 C/C++ 编译器,需要手动配置环境。

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$ gcc
The program 'gcc' is currently not installed. You can install it by typing:
sudo apt install gcc
$ g++
The program 'g++' is currently not installed. You can install it by typing:
sudo apt install g++

更换为国内软件源

Ubuntu 默认的软件源在国外。可以换成国内的软件源以加快速度,如 清华 TUNA 的软件源

使用与自己系统版本匹配的软件源

请在页面中寻找与自己系统版本相配的源(可使用 sudo lsb_release -a 查看 Ubuntu 版本)。

除非你知道你在做什么,否则不要使用与自己的系统版本不匹配的源!

使用以下命令更新软件和软件源:

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# cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak
# vim /etc/apt/sources.list
...(按 i 之后将上文的源右键粘贴进去,编辑完后按 Esc,再输入 :wq 和回车)
# apt update
# apt upgrade -y

安装中文环境

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# apt install language-pack-zh-han* -y
# locale-gen zh_CN.GB18030 && locale-gen zh_CN.UTF-8
# apt install fontconfig -y
# apt install fonts-noto-cjk -y # 中文字体
# apt install fonts-wqy-microhei -y
# apt install fonts-wqy-zenhei -y
# dpkg-reconfigure locales

使用 sudo dpkg-reconfigure locales 进入菜单,按空格选择带 zh_CN 的选项(推荐 zh_CN.UTF-8 UTF-8),选完后回车。

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Locales to be generated:

    ...
    [ ] zh_CN.GBK GBK
    [*] zh_CN.UTF-8 UTF-8
    [ ] zh_HK BIG5-HKSCS
    ...

        <Ok>            <Cancel>

下一个菜单中选择 zh_CN.UTF-8 回车。

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Default locale for the system environment:

             None
             C.UTF-8
             en_US.UTF-8
            [zh_CN.UTF-8]

        <Ok>            <Cancel>

之后关闭 WSL 并重启,系统就会变成中文。

再依次输入下列命令,把 man 帮助页替换为中文。6

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# apt install manpages-zh
# sed -i 's|/usr/share/man|/usr/share/man/zh_CN|g' /etc/manpath.config

可以用 man help 测试。

安装编译环境7

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# apt install -y build-essential vim ddd gdb fpc emacs gedit anjuta lazarus

GUIDE 的安装请参考 Debian 或 Ubuntu 下 GUIDE 的安装

这里安装的是基础 + NOI 官方要求的环境,如有需要可以用 apt install <程序名> 来安装其它软件包。 若想安装其他版本可以参考 Debian 官方的 包管理手册

以下为一个示例程序:

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$ vim cpuid.cpp
...
$ g++ -Wall cpuid.cpp -o cpuid
$ ./cpuid
AMD Ryzen 5 1400 Quad-Core Processor
Note

Linux 环境下可执行文件可不带扩展名,实现方式看上方命令。

进阶操作

安装图形环境,并使用远程桌面连接

以下以 Xfce 为例。

如果只想安装 Xfce,可以执行以下命令:

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# apt install xfce4 tightvncserver -y

如果除 Xfce 外想要更多的软件,可以执行以下命令:

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# sudo apt install xubuntu-desktop -y

图形环境文件较大,下载解包需要一定时间。

配置 xrdp:

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# apt install xrdp -y
$ echo "xfce4-session" >~/.xsession
# service xrdp restart

为了防止和计算机本来带的远程桌面冲突,最好换一下端口。

不换端口的结果

运行命令 sudo sed 's/port=[0-9]{1,5}/port=otherport/' /etc/xrdp/xrdp.ini,其中 otherport 为其他端口(如 3390)。

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[globals]
...
port=3390

运行 sudo service xrdp restart,然后去开始菜单,用 localhost:otherport 来访问。

使用 Xming 连接

进入 Ubuntu 环境,安装 xterm:

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# apt install xterm -y

退出 Ubuntu。

Xming X Server 下载地址 下载最新的 Xming Server,然后安装:

如果安装完后忘记勾选 Launch Xming,需在开始菜单里打开 Xming:

别忘了!

之后再回到 Ubuntu,键入如下指令:

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$ DISPLAY=:0 xterm

如果使用了 xfce4,可以在弹出的窗口中使用如下命令激活 xfce4:

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$ xfce4-session

运行结果如图。(在 Xming 中使用Ctrl+C就可以退出该界面。)

与 Windows 内原硬盘分区交互

硬盘分区作为文件夹在 /mnt/ 里存放,因此可以直接交互,如直接编译二进制文件,或者往 Ubuntu 里传文件。

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PS C:\Users\chtholly> bash
/mnt/c/Users/chtholly$ echo "Hello world!" > hello
/mnt/c/Users/chtholly$ exit
PS C:\Users\chtholly> cat hello
Hello world!
PS C:\Users\chtholly> echo "Welcome!" > welcome
PS C:\Users\chtholly> bash
/mnt/c/Users/chtholly$ cat welcome
Welcome!

配合 Visual Sudio Code 进行编辑

如果习惯在 Windows 环境下使用 Visual Studio Code 进行代码编辑,可以安装 VSC 中的 Remote - WSL 插件,更方便地对 WSL 系统中的文件进行编辑。

通过 Remote - WSL,可以在 Windows 下的 VS Code 界面中直接对 WSL 子系统进行操作,更加方便地编辑子系统目录下的文件、更方便地使用终端进行调试。

通过在 WSL 中直接键入 code .,可以在该目录下直接唤出 Visual Studio Code,对于该目录下的文件进行编辑。

同时,可以通过类似 code readme.md 的命令,对于目录下的指定文件(这里是 readme.md)进行编辑。

在插件 Remote - WSL 的 Getting Started 页面,包含对于编辑操作的详细简介。

同时,也可以参考 Visual Studio Code 的官方文档中关于 WSL 的内容(Remote development in WSL),这篇文章包含从 WSL 安装到配合插件使用的全流程的更详细的介绍。

FAQ

参见:常见问题WSL 2 常见问题解答

  • 如何在子系统下进行 xxx?

    可以用自带命令行,或者使用图形界面。 比如说 vim,在命令行中键入 man vim,会给出一份详尽的使用方法。 亦可使用 vim --help

    关于命令行,可阅读 命令行

  • 占用量大?

    这个系统和 Windows 10 共用 Host,所以理论上是比虚拟机占用小的。而且只要别装太多应用,应该还是可以带动的。

  • 汉语化时提示不存在?

    玄学问题,可以忽略。修了个疏忽导致的错误,可以重上一下试试。

  • 如何从文件管理器访问 WSL 目录?

    只需在资源管理器的路径或运行(Win+R)中输入 \\wsl$,即可进入访问 WSL 的目录。

    这个变量直接指向 WSL 目录,故也可以直接使用诸如 \\wsl$\Ubuntu\home\ 的路径访问其子文件夹。

外部链接

参考资料与注释


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