任务0:建立开发环境

受到新冠肺炎的影响,学校禁止学生返校,课程进行远程教学。指导本课程的金老师在周一时和我们在线上通过腾讯课堂进行了第一次课,并让我们在下周搭建好课程所需要的开发环境。

课程所需的工具之一是GNU Compiler Collection,主要会用到GCC中C语言相关功能。考虑到多数同学使用的Windows操作系统上没有GCC,金老师建议我们使用基于Linux内核的云主机,或者在Windows系统上安装虚拟机。

我自己的主力操作系统是Windows 10,近几天升级到了Insider测试中的2004版本。私以为,如果只是单纯地需要GCC,除金老师的建议外,还有“在Windows上使用Linux子系统”以及“在Windows上使用MSYS2”两种简单易行的方案。不过,这两种方案很可能会有坑点。

下面简要记录使用各个方案搭建环境的步骤。

使用基于linux内核的云主机

选购云服务器

阿里云腾讯云都提供基于Linux内核的云主机,并且都向学生提供优惠,基本版的云服务器月付人民币10元以下,提供一个公网IP、1Mbps的公网带宽、2GB内存以及足够大的磁盘空间。

完成学生认证就可以享受学生优惠了。我自己三年前买过一次,隐约记得需要提交学生证作为认证手段。但现在最新的政策是一定年龄(阿里云24岁,腾讯云25岁)以下就自动获得学生身份,非常便捷。

金老师建议我们购买的产品应该是云服务器(阿里云称之为“ECS”,请注意不要误选择“轻量应用服务器”),可以选择预装CentOS 7或者是Ubuntu操作系统,购买之后可以通过SSH远程连接到服务器。因为已经在桌面设备上用过Ubuntu了,为了体验不一样的感觉,这里我选择了CentOS 7。

PS. 下一个CentOS版本,CentOS 8已于2019年底发布,阿里云(腾讯云)不日将提供更新的操作系统以供选择吧。

连接到云服务器

购买之后在控制面板上查看服务器的公网IP,将这个IP记录下来,随后可以通过Windows上的SSH客户端工具连接到服务器。SSH客户端工具是Windows 10自带的一项系统功能。打开PowerShell或CMD,输入ssh并回车就能看到SSH所有可以使用的选项。

如果电脑中提示找不到SSH命令,可以在“添加或删除系统功能”对话框中选中“OpenSSH工具”,让Win10自动安装这个工具。

除了Windows 10自带的SSH外,Putty也是非常流行的工具。Putty提供了友好的图形界面,并且还能发送自带SSH工具所没有的鼠标消息。

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ssh root@ip-of-your-server # 通过这行指令连接到服务器。
# 输入正确的密码就可以登录服务器了。
# 输入密码时,窗口不会回显输入的字符。

SSH服务器会在客户端进入沉默状态(例如,没有任何键盘输入)后的一段时间内主动断开连接。要想SSH保持连接,可以使用-o ServerAliveInterval=60参数,让SSH工具每隔60秒就发送keep-alive消息到服务器,以保持连接。

经过上面的步骤应该就能连接到自己的服务器了。

PS. 阿里云(腾讯云)都有保卫服务器网络安全的“安全组”规则,安全组会默认放行SSH连接所需的22端口。而如果修改了SSH连接的端口,或者因为建立网站需要用到80端口等等,都需要在控制面板的安全组设置中开放相应的端口号,否则会出现无法连接的情况。

PS2. 在我的笔记本中有Linux常用指令笔记CentOS笔记

PS3. 鳥哥的Linux私房菜網站是内容很全面的参考站点。(虽然我曾经听身边的一些资深玩家吐槽过同名的实体书,槽点是内容过于陈旧。私以为,作为入门材料,这个网站依然具有很大的参考价值,并且鸟哥也在不断更新网站的内容。其实,孤陋寡闻的我是从鸟哥的网站上得知CentOS 8的消息的……)

PS4. 如果你觉得PowerShell或CMD的字体太丑,可以在Windows应用商店中搜索并下载Windows Terminal。这个软件提供美观的界面,并且具有标签页功能,可以在一个窗口中创建多个连接。

配置全新的服务器

登录自己的服务器之后就可以使用uname -r确认系统的内核版本了。

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$ uname -r
3.10.0-957.27.2.el7.x86_64 # 这里显示的是内核的版本。

$ cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.7.1908 (Core) # 这里显示的是CentOS的版本。

你是不是想知道uname指令为什么要使用-r参数呢?

在Linux系统中获取关于某个指令的帮助信息有几种方式,其一是在指令的后面附加--help参数,其二是使用man指令查询某个指令的Manual Page。例如,要获得uname指令的man page,可以使用man uname;要获得man指令本身的man page,可以使用man man指令。(并不是所有指令都有--help帮助信息或man page。)

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some-command --help  # 显示某命令的帮助,比Manual Page简短。
man some-command # 显示某命令的Manual Page。
info some-command # 类似于Manual Page。

用最高权限的root账户进行所有的日常操作不是很靠谱,因此接下来要使用useradd创建日常使用的账户。

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useradd lightyears -G wheel
# 以上命令创建名为lightyear的用户,并将它添加到wheel用户组。
# wheel用户组是CentOS上一个特殊的用户组,在这个用户组中的用户具有sudo权限。
# 所谓“具有sudo权限”,就是使用`sudo`指令执行一般用户不能执行的特权操作。
# 在随后步骤中要进行的“安装系统软件”操作就是特权操作之一。

随后就可以断开root的SSH连接了。

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history # 断开连线前,查看本次连接中都执行了哪些指令。
exit

接下来使用新的用户名和密码连接到服务器。

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ssh lightyears@server-ip

PS. 或许你已经注意到,在使用新的用户连接到服务器之后,“~”后的符号由“#”改变为了“$”。“$”是一般用户的标志。

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[root@hostname ~]#
[lightyears@hostname ~]$

PS2. 使用pwd指令可以显示当前目录;顺带一提,root用户的主目录默认为“/root/”。

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$ pwd
/home/lightyears

常用的文件操作有pwdcatecholstouchchmodrmmvcdmkdir等。

安装gcc

通过SSH连接到服务器后,就可以使用yum来安装gcc了。Linux系统与Windows系统差异之一是Linux系统主要是通过“包管理器”来安装软件。yum是CentOS 7就是使用的包管理器。

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$ sudo yum update   # 从网络上下载软件数据,这是一个特权指令,因此需要结合sudo使用。
$ yum search gcc # 以gcc为关键字进行搜索
# 这时可能会返回大量结果,实际上我们只需要名称“最短”的那个gcc。

$ yum info gcc # 搜索并显示GCC包的信息
$ sudo yum install gcc # 安装GCC

$ gcc --version # 显示gcc的版本号
gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39)

这样,GCC就安装好了,接下来可以尝试用gcc进行一次编译。但在编译之前要输入源代码。

nanovi都是Linux上好用的文本编辑器。(nano可以通过yum安装。)

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$ cd ~
$ mkdir -p esit-workspace/task0
$ cd esit-workspace/task0

$ nano hello-world.c
# 在弹出的Nano窗口中编写一个Hello, world程序。

$ cat hello-world.c
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%s", "Hello, world!\n");
}

$ gcc hello-world.c -o hello-world
# 如果你不清楚上述命令是在干什么,可以查阅Manual Page。
# 若要在`man`搜索字符串,可以按下“/”键然后输入要搜索的字符串并回车。
# 按下“N”或“Shfit + N”可以在跳到下一个或前一个搜索结果。

$ ./hello-world
Hello, world!

启用Software Collections仓库并更新gcc版本

通过yum info gcc可以看到系统中安装的GCC版本,目前CentOS7的base仓库中的GCC版本为4.8,而GCC 9已经推出。

可以通过Software Collections软件仓库下载比base仓库更新的软件。

这里提到的软件仓库对应的英语是repository,从仓库里可以下载其他维护者已经编译好的软件,省去了自行编译软件的麻烦。Software Collections(SCL,又译作“软件选集”)仓库是被CentOS官方所推荐的附加软件库之一,目前由一群软件爱好者维护,可以根据SCL官网上的文档安装这个软件仓库。安装好这个软件仓库后就可以从这个仓库下载软件了。

值得注意的是,GCC在SCL中被包含在devtoolset中,以“GCC”为名进行搜索是查找不到的。

下面的命令演示启用SCL仓库并安装GCC 8的过程。

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sudo yum update
sudo yum install centos-release-scl
sudo yum install devtoolset-8

scl enable devtoolset-8 bash
gcc --verison
which gcc
whereis gcc

上面的scl enable命令会为你新建一个Bash(Shell的一种),并在这个Bash中使用新版的gcc。当你使用exit命令退出这个Bash之后,系统就会使用原本的GCC。

每次要使用新版的gcc时,都需要使用scl enable devtoolset-8 bash命令来启用GCC。如果想让Shell默认使用新版本的GCC怎么办?你可以在/etc/profile.d新建一个enable-software-collections.sh文件,并放入以下内容:

提示:修改/etc/profile.d时务必要谨慎。)

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#!/bin/sh

source scl_source enable devtoolset-8

/etc/profile.d目录下的脚本会在Shell启动时执行。这样,每个新启动的Shell都会自动执行这样命令,并使用新版的GCC。

PS. 如果你想尝试默认的bash之外的其他Shell,不妨试试zshfish

在Windows上使用VirtualBox

在Windows平台上,VMWare和VirutalBox都是好用的虚拟机软件。VMWare我只用过第12版,作为一款出色的商业软件,它的性能比同时期的VirtualBox要好很多。但我更倾向于使用开放和免费的VirtualBox。

如果你在Windows平台上启用了Hyper V虚拟化,或许你有VirtualBox不能与Hyper V共存的印象。好消息是,最近发布的6.0版本的VirtualBox已经支持与Hyper V共存;只是当Hyper V启用时,VirtualBox不能嵌套VT-x/AMD-V,这样一来,在虚拟机中运行虚拟机将变得很慢。

但话说回来,我的“4核2.1GHz AMD FX-7500CPU + 8GB800MHZ内存”的联想小新V1070,运行Hyper V时卡在了Windows的启动界面上的动画都卡,Hyper V虚拟化接口比AMD-V引擎慢至少一百倍。即使Hyper V能与VirtualBox共存,平时我也不会启动它。它,实在是,太慢了。

得知AMD的CPU没有Android Emulator加速的时候,我明白FX-7500已经被这个时代抛弃了。

在Windows上使用Linux子系统

Windows Subsystem for Linux(WSL)组件可以在Windows平台上直接运行Ubuntu等著名的发行版。启用步骤简单,卸载也方便,常见的Linux程序多能在这个平台上运行,值得一试。

但截止到目前,这个子系统还没有实现SysV消息队列及一些其他原生Linux所具备的功能,因此一些GNU C的程序在这个平台上是跑不起来的。

在Windows上使用MSYS2

MSYS2继承MSYS项目,基于Cygwin和MinGW-w64,还可以追溯到原初的mingw项目。它使用Windows NT的API将整套POSIX的接口翻译了过来,因此可以在Windows上使用gcc编译出原生Windows程序。其实Git for Windows也有用到基于MSYS2的工作。

使用Chocolatey可以很方便地安装MSYS2。

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choco install msys2

在MSYS2的Shell窗口中搜索和安装gcc的过程如下。

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pacman -Syu gcc
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