windows上的linux子系統（WSL）

原文：

https://www.pianshen.com/article/5064324329/

目錄

• 一 介紹
• 二 原理
• 2.1 wsl組件
• 2.2 wsl運行過程
• 2.3 文件系統
• 2.4 禁忌
• 三 使用
• 3.1 安裝
• 3.2 用戶賬戶和權限
• 3.3 wsl管理
• 3.3 互操作
• 參考
• 推薦閱讀

 

一 介紹

Windows Subsystem for Linux（WSL）是一個用於在本地運行linux二進制可執行文件（ELF格式）的兼容層。與虛擬機相比，wsl沒有虛擬硬件的過程，而是直接在windows上虛擬一個linux內核，模擬linux系統調用，以運行linux執行文件。因此效率要比虛擬機高，但是它使用的是自己實現的init進程而不是發行版的init進程，並且幾乎沒有實現任何系統服務，因此只適用於軟件的開發，而不是作為桌面環境或生產性的服務器。

• 並且wsl的目的也是如此，可以簡單的將它理解為可以運行linux可執行文件的、類似於powershell的shell，具有互操作性（在linux中執行windows命令，在windows中執行linux命令）。
• 在我看來，失去了發行版的init后，我們主要用到的是發行版的包管理器。

二 原理

2.1 wsl組件

wsl實現的組件涉及到了用戶和內核模式。在Windows NT內核模式中，LXCore，LXSS這兩個驅動提供了linux內核調用的實現，即將linux調用轉化為對應的windows NT內核調用；還提供了兩種文件系統：VolFs（掛載在/目錄上，支持linux文件系統所有特性）和DriverFs（掛載在/mnt/c，/mnt/d等等windows分區，主要為了支持系統間的互操作性）；驅動還會模擬內核的行為，對linux進程進行調度。

在用戶模式下，windows提供了一種特殊的進程類型：Pico進程，來支持linux進程的運行。windows會 “放松” 對該類型進程的控制，主要交由linux虛擬內核調用和管理，即隔離性（因此需要系統的支持，低版本的系統不能使用wls的功能）。pico會將ELF二進制可執行文件裝入到自己的地址空間，然后執行在linux虛擬內核提供的兼容層上。一個pico對應一個linux進程，並且pico進程也是windows的一種特殊進程，因此你可以在任務管理器上看到linux進程。

無論exe還是elf格式的二進制文件，原理上都可以在同架構的cpu上執行，只是結構不同操作系統不能解析罷了。而Pico能夠解析ELF格式的二進制文件，只需要linux虛擬內核能夠提供正確的系統調用，就能夠運行大部分linux命令。

LXSS管理服務主要用於協調windows和linux進程之間的關系，和給於Bash.exe（並不是shell，只是我們訪問wsl的入口）調用linux命令的接口。所有的運行的linux進程都會被加入到叫Linux實例（應該有LXSS記錄的）中，只有第一次請求訪問linux進程時才會創建Linux實例，才會創建init進程；當window關機時，會自動關閉linux實例，即關閉linux所有進程。

也就是wsl不會隨windows系統自啟而自啟，同時沒有使用發行版的init進程，導致wsl中沒有服務的存在。

2.2 wsl運行過程

linux中正常的啟動過程是引導程序載入內核，內核初始化后載入init進程，init進程開啟各項服務，將系統配置到用戶可用的狀態，如多用戶登錄、圖形界面登錄等。此時linux自啟完成，接着等待用戶的登錄，並且登錄方式多種，如控制台登錄、ssh登錄、虛擬終端登錄等等。

而wsl並不是一個真正的系統，而只是windows的一部分，可以執行linux二進制可執行文件。內核也是虛擬出來的，但是具有一定隔離性，如linux進程由虛擬內核調度，也具有互操作性。

因此當windows自啟結束並加載了上述LxCore、LXSS兩個驅動后，已經能夠提供linux進程系統調用了。此時wsl的init進程（windows自己實現的）並不會立刻運行，即暫時沒有一個linux實例。只有當第一次訪問wsl時（執行Bash.exe），才會創建linux實例，執行init服務進程（圖中左邊）。這個init進程會伴隨linux實例，直到實例結束。然后再創建bash shell 和 另一個init 進程（圖中右邊），在本次會話結束時（關閉Bash.exe窗口）這兩個進程結束。之后再通過Bash.exe連接wsl，都只會創建bash和右邊的init進程。

目前官網聲稱，后台進程能夠在會話結束后仍然運行（一般linux中會關閉），經測試，沒有標准輸出的后台進程才能夠存活。還是建議使用nohup。

至於詳細過程，請看上圖。

2.3 文件系統

上述講到了，wsl只有兩種windows設計的文件系統：VolFs和DriverFs。其中VolFs文件系統主要是為了支持linux文件系統的全部特性，如linux的文件權限、符號鏈接、不同於windows的文件名、文件名大小寫敏感等等。

而DriveFs主要是為了掛載windows的分區，並且實現互操作性而存在。實際上就是NTFS文件系統的包裝，能夠讓NTFS在linux中使用，即使也提供了大部分linux文件系統特性，但是限制很多，如：

• 文件目錄權限全為777，實際上就算是root用戶，在windows分區中也只有打開Base.exe命令擁有者的權限。說明普通用戶使用root權限也不能修改c盤中大部分文件。
• 最好不要在windows下創建文件名只有大小寫不同的文件，盡管NTFS支持了。
• 支持linux符號鏈接，為windows可執行文件創建符號鏈接時，注意添加后綴.exe。不要與windows的快捷方式混淆，它們目的一致，但結構不一致，不能在linux中使用。

2.4 禁忌

不要在任何情況下，使用windows工具訪問、創建、修改linux發行版的文件。再安裝了WSL后，可以在C盤中找到它的根目錄，含有linux標准目錄結構，但千萬不要修改它。

linux和windows文件系統的數據存放形式是不同的，為了支持linux文件系統，wsl實現了VolFs。VolFs本質上還是使用了windows的NTFS的文件格式（因此你能夠找到它），只是將Linux文件的元數據放入NTFS文件的擴展屬性中。因此linux文件系統可以正常執行，而在windows看來，它的文件不存在或者空；而使用windows修改它的文件時，不會保留它的擴展屬性，導致在linux中看起來不正常。

因此，如果想要實現兩個系統的互操作，應該將工作目錄置於windows分區內，linux文件夾外，在windows的文件夾中操作。

參考：Do not change Linux files using Windows apps and tools

三 使用

3.1 安裝

wsl需要系統支持，安裝之前最好將系統更新到最新版。

1. 開啟linux子系統（WSL），使用管理員權限打開PowerShell，運行：

   Enable-WindowsOptionalFeature -Online -FeatureName Microsoft-Windows-Subsystem-Linux 

2. 重啟
3. 安裝發行版，這里使用Ubuntu。打開應用商店，然后下載
   
4. 按win鍵，找到ubuntu，點擊運行，它會進行初始化。然后提示輸入普通用戶名和密碼，這是默認登錄用戶。ubuntu中默認root用戶不能登錄。
   
5. 進入Ubuntu后，更新發行版

   sudo apt update && sudo apt upgrade 

3.2 用戶賬戶和權限

wsl與windows有一定隔離性，wsl的用戶對linux文件、進程的權限與linux一致。但對於/mnt/c下windows的最高訪問權限取決於運行Base.exe（即使使用Ubuntu.exe，最終一致）擁有者的權限。即普通windows用戶以root身份運行wsl也不能隨意刪除、訪問、修改c盤文件。

3.3 wsl管理

有三種運行wsl的方法：

• 發行版提供的app，如ubuntu：進入到linux家目錄
• wsl.exe或bash.exe：linux置當前目錄為工作目錄
• wsl [command] 或 bash -c [command]：運行linux命令，當前目錄作為工作目錄

wsl中可以存在多個發行版，通過wslconfig管理，wslconfig /?可以查看具體功能：

• wslconfig /list [/all]：列出已注冊的發行版，/all額外列出正在安裝和卸載的發行版。
• wslconfig /setdefault：設置運行wsl時的默認發行版
• wslconfig /unregister：卸載發行版

具體的發行版提供的入口，如ubuntu，可以設置默認用戶，詳細參考ubuntu /?

3.3 互操作

上面多次提到互操作性，也就是可以在windows中運行linux進程，在linux中運行windows進程，並且支持兩個不同進程間的輸入輸出重定向。

在windows中使用wsl [command]運行linux命令，需要注意：

• linux命令使用當前目錄作為工作目錄
• 對於windows文件，擁有運行WSL的windows用戶權限；對於linux文件擁有登錄用戶權限
• 文件路徑使用linux格式

例子：

C:\temp> wsl ls -la <- contents of C:\temp -> C:\temp> wsl sudo apt-get update [sudo] password for username: Hit:1 https://archive.ubuntu.com/ubuntu xenial InRelease Get:2 https://security.ubuntu.com/ubuntu xenial-security InRelease [94.5 kB] C:\temp> wsl ls -la | findstr "foo" -rwxrwxrwx 1 root root 14 Sep 27 14:26 foo.bat C:\temp> dir | wsl grep foo 09/27/2016 02:26 PM 14 foo.bat C:\temp> wsl ls -la > out.txt C:\temp> wsl ls -la /proc/cpuinfo -r--r--r-- 1 root root 0 Sep 28 11:28 /proc/cpuinfo C:\temp> wsl ls -la "/mnt/c/Program Files" <- contents of C:\Program Files -> 

 

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在linux中運行windows命令，使用[binary name].exe（后綴不要省略），linux可以直接訪問windows命令的原因在於linux共享了windows的PATH環境變量（我猜是linux中唯一的守護進程init做的）。需要注意：

• 一般windows命令的工作目錄為當前linux的工作目錄。如果linux工作目錄位於linux文件系統內，則windows的工作目錄會改為Base.exe的工作目錄（原因見2.4小節）。
• 擁有與運行WSL擁有者一致的權限
• 需要注意路徑，看下面的例子

例子：

$ notepad.exe

$ ipconfig.exe | grep IPv4 | cut -d: -f2 172.21.240.1 10.159.21.24 $ ls -la | findstr.exe foo.txt $ cmd.exe /c dir <- contents of C:\ -> $#cmd 原生命名需要通過cmd.exe運行 $ cmd.exe /C dir <- contents of C:\ -> $ PING.EXE www.microsoft.com Pinging e1863.dspb.akamaiedge.net [2600:1409:a:5a2::747] with 32 bytes of data: Reply from 2600:1409:a:5a2::747: time=2ms $ notepad.exe "C:\temp\foo.txt" $ notepad.exe C:\\temp\\foo.txt 

 

參考

• 微軟官方文檔：介紹了安裝、使用
• Learn About Windows Console & Windows Subsystem For Linux (WSL)：介紹了wsl原理
• wsl wiki
• Do not change Linux files using Windows apps and tools:來自Rich的警告
• wsl官方博客集合

推薦閱讀

Setting Up WSL with Graphics and Audio：對WSL理解的很好