基于Docker搭建屬于你的CC++集成編譯環境

常常，我會幻想著擁有一個隨時可以攜帶、隨時可以使用的開發環境，那該是多么美好的事情。

在工作中，編譯環境的復雜性常常讓我頭疼不已。稍有不慎，刪除了一些關鍵文件，整個編譯鏈就會瞬間崩潰。更糟糕的是，當我花費大量時間和精力搭建好的環境，不得不在不同的機器上重復這份工作時，心中的焦慮更是無以言表。尤其是當代碼需要交給同事處理，如果能將整個環境如同復制粘貼一般簡單傳遞，那將是多么美妙的事。

當然，虛擬機的確可以實現這種“復制粘貼”的效果，但從版本管理、鏡像托管和維護的角度來看，其成本卻頗高。這樣的方案，并不是我心目中理想的選擇。于是，我將目光轉向了Docker。

一、需求整理

我理想的C/C++編譯環境，至少需要具備以下環境或工具：

?Conan?: 一個我常用且比較流行的的C/C++包管理工具
?CMake?: 最流行的C/C++構建系統
基礎編譯環境：gcc?,make?,gdb?等
ARM編譯工具鏈：gcc-arm-none-eabi?, gcc-arm-linux-gnueabihf?, gcc-aarch64-linux-gnu?等
基礎開發庫：比如libssl-dev?, libgl-dev?等，這些主要是方便其他上層庫的編譯

二、Docker簡介

Docker 是一個容器引擎。對于沒有接觸過 Docker 的開發者來說可能比較陌生。可以將 Docker 大致理解為一個輕量級虛擬機框架，但實際上它比虛擬機更高效。Docker 具備以下幾點特性：

足夠快：Docker 容器啟動速度非常快，通常只需要幾秒鐘。這是因為容器共享主機操作系統的內核，而不像虛擬機需要啟動一個完整的操作系統。這種高效性使得開發和測試過程更加順暢。
管理方便：Docker 提供了豐富的命令行工具和 API，使得容器的創建、啟動、停止和銷毀變得非常簡單。同時，Docker Compose 允許開發者使用一個簡單的 YAML 文件來定義和管理多容器應用，使得部署和管理復雜應用變得更加方便。
生態好：Docker 擁有龐大且活躍的社區，提供了豐富的鏡像資源。通過 Docker Hub，開發者可以方便地下載和分享容器鏡像。Docker 還支持與各種 CI/CD 工具、云平臺和編排工具（如 Kubernetes）的集成，形成了一個完善的生態系統。
一致性：Docker 確保應用程序在開發、測試和生產環境中運行的一致性。這意味著開發者可以在本地開發和測試應用程序，然后將相同的容器部署到生產環境中，而不必擔心環境差異帶來的問題。
資源高效：與傳統的虛擬機相比，Docker 容器更加輕量級，消耗的資源更少。容器共享主機操作系統的內核，避免了虛擬機需要為每個實例分配完整操作系統資源的情況。
安全隔離：Docker 使用內核命名空間（namespace）和控制組（cgroup）技術提供進程和資源的隔離。這種隔離確保了每個容器之間的安全性，避免了相互干擾。
可移植性：Docker 容器可以在任何支持 Docker 的系統上運行，無論是本地開發環境、云服務還是數據中心。這種可移植性使得應用程序能夠在不同環境之間輕松遷移。

這些特性使得 Docker 成為現代軟件開發和部署過程中不可或缺的工具，極大地提高了應用的可移植性和開發效率。在Docker中包含三個基本概念，分別是：

鏡像（Image） ：Docker 鏡像（Image），就相當于是一個 root 文件系統。比如官方鏡像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu16.04 最小系統的 root 文件系統。
容器（Container） ：鏡像（Image）和容器（Container）的關系，就像是面向對象程序設計中的類和實例一樣，鏡像是靜態的定義，容器是鏡像運行時的實體。容器可以被創建、啟動、停止、刪除、暫停等。
倉庫（Repository） ：倉庫可看成一個代碼控制中心，用來保存鏡像。

Docker 的安裝方法不在這里贅述。目前 Docker 發布了 Docker Desktop 軟件，這款桌面軟件允許用戶通過 GUI 來管理 Docker 鏡像和容器。對新手來說會比較友好，至于是使用命令行還是 GUI 方式，可根據個人喜好進行選擇。

三、DockerFile

FROM ubuntu:22.04
ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive
COPY ./sources.list /etc/apt/sources.list# Install packages
RUN set -eux \&& apt-get update \&& apt-get -yq upgrade \&& apt-get -yq install \aptitude apt-rdepends bash build-essential ccache clang clang-tidy cppcheck curl doxygen diffstat gawk gdb git gnupg gperf iputils-ping \linux-tools-generic nano nasm ninja-build openssh-server openssl pkg-config python3 python-is-python3 spawn-fcgi net-tools iproute2 \sudo tini unzip valgrind wget zip texinfo gcc-multilib chrpath socat cpio xz-utils debianutils \patch perl tar rsync bc xterm whois software-properties-common apt-transport-https ca-certificates\dh-autoreconf apt-transport-https g++ graphviz xdot mesa-utils \&& exit 0# Install cmake
RUN set -eux \&& wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.28.5/cmake-3.28.5-linux-x86_64.sh -q -O /tmp/cmake-install.sh \&& chmod u+x /tmp/cmake-install.sh \&& mkdir /opt/cmake-3.28.5 \&& /tmp/cmake-install.sh --skip-license --prefix=/opt/cmake-3.28.5 \&& rm /tmp/cmake-install.sh \&& ln -s /opt/cmake-3.28.5/bin/* /usr/local/bin \&& cmake --version \&& exit 0# Install arm compiler
RUN set -eux \&& apt-get update \&& apt-get -yq install \gcc-arm-none-eabi \g++-arm-linux-gnueabi gcc-arm-linux-gnueabi \g++-arm-linux-gnueabihf gcc-arm-linux-gnueabihf \g++-aarch64-linux-gnu gcc-aarch64-linux-gnu \&& exit 0# Install python pip
RUN set -eux \&& python3 --version \&& curl https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py -o get-pip.py \&& python3 get-pip.py \&& rm get-pip.py \&& python3 -m pip install -U pip \&& pip3 --version \&& pip3 install --upgrade pip setuptools wheel \&& pip3 --version \&& exit 0# Install python packages
RUN set -eux \&& pip3 --version \&& pip3 install --upgrade pip setuptools wheel \&& pip3 --version \&& pip3 install --upgrade autoenv autopep8 cmake-format clang-format conan meson \&& pip3 install --upgrade cppclean flawfinder lizard pygments pybind11 GitPython pexpect subunit Jinja2 pylint CLinters \&& exit 0# Install libraries
RUN set -eux \&& apt-get install -yq \libgl-dev libgl1-mesa-dev \libx11-xcb-dev libfontenc-dev libice-dev libsm-dev libxaw7-dev libxcomposite-dev libxcursor-dev libxdamage-dev libxext-dev \libxfixes-dev libxi-dev libxinerama-dev libxkbfile-dev libxmu-dev libxmuu-dev libxpm-dev libxrandr-dev libxrender-dev libxres-dev \libxss-dev libxt-dev libxtst-dev libxv-dev libxxf86vm-dev libxcb-glx0-dev libxcb-render0-dev libxcb-render-util0-dev libxcb-xkb-dev \libxcb-icccm4-dev libxcb-image0-dev libxcb-keysyms1-dev libxcb-randr0-dev libxcb-shape0-dev libxcb-sync-dev libxcb-xfixes0-dev \libxcb-xinerama0-dev libxcb-dri3-dev uuid-dev libxcb-cursor-dev libxcb-dri2-0-dev libxcb-dri3-dev libxcb-present-dev \libxcb-composite0-dev libxcb-ewmh-dev libxcb-res0-dev libxcb-util-dev libxcb-util0-dev\&& apt-get -yq autoremove \&& apt-get -yq autoclean  \&& apt-get -yq clean  \&& rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/* \&& exit 0# Setup ssh
RUN set -eux \&& mkdir -p /var/run/sshd \&& mkdir -p /root/.ssh \&& sed -ri 's/^#?PermitRootLogin\s+.*/PermitRootLogin yes/' /etc/ssh/sshd_config \&& sed -ri 's/UsePAM yes/#UsePAM yes/g' /etc/ssh/sshd_config \&& echo 'root:root' | chpasswd \&& exit 0ENTRYPOINT ["/usr/bin/tini","--"]
CMD ["/usr/sbin/sshd","-D","-e"]

如您所見，我已經寫完了一份DockerFile。其中包含了一些基礎工具，如網絡工具、CMake、Python、ARM交叉編譯工具鏈等。甚至還有一些開發用的基礎庫，同時也配置好了SSH。點擊下方圖片查看最新完整代碼👇👇👇（歡迎START!!!🤩）

3.1 基礎鏡像和環境變量設置

FROM ubuntu:22.04
ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive
COPY ./sources.list /etc/apt/sources.list

FROM ubuntu:22.04：指定基礎鏡像為Ubuntu 22.04。
ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive：設置環境變量，使apt-get在非交互模式下運行，避免提示用戶輸入。
COPY ./sources.list /etc/apt/sources.list：將本地的sources.list文件復制到容器中的/etc/apt/sources.list，這里使用了清華源，如果不要請將此條代碼注釋掉。

3.2 安裝基礎軟件包

RUN set -eux \&& apt-get update \&& apt-get -yq upgrade \&& apt-get -yq install \aptitude apt-rdepends bash build-essential ccache clang clang-tidy cppcheck curl doxygen diffstat gawk gdb git gnupg gperf iputils-ping \linux-tools-generic nano nasm ninja-build openssh-server openssl pkg-config python3 python-is-python3 spawn-fcgi net-tools iproute2 \sudo tini unzip valgrind wget zip texinfo gcc-multilib chrpath socat cpio xz-utils debianutils \patch perl tar rsync bc xterm whois software-properties-common apt-transport-https ca-certificates\dh-autoreconf apt-transport-https g++ graphviz xdot mesa-utils \&& exit 0

set -eux：啟用嚴格模式，打印所有命令，并在出現錯誤時停止腳本執行。
apt-get update：更新包列表。
apt-get -yq upgrade：升級所有已安裝的包。
apt-get -yq install … ：安裝列出的各種軟件包，涵蓋編譯工具、開發工具、網絡工具等。

3.3 安裝CMake

RUN set -eux \&& wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.28.5/cmake-3.28.5-linux-x86_64.sh -q -O /tmp/cmake-install.sh \&& chmod u+x /tmp/cmake-install.sh \&& mkdir /opt/cmake-3.28.5 \&& /tmp/cmake-install.sh --skip-license --prefix=/opt/cmake-3.28.5 \&& rm /tmp/cmake-install.sh \&& ln -s /opt/cmake-3.28.5/bin/* /usr/local/bin \&& cmake --version \&& exit 0

wget … -O /tmp/cmake-install.sh：下載CMake安裝腳本到/tmp目錄。
chmod u+x /tmp/cmake-install.sh：給予安裝腳本執行權限。
mkdir /opt/cmake-3.28.5：創建安裝目錄。
/tmp/cmake-install.sh --skip-license --prefix=/opt/cmake-3.28.5：執行安裝腳本，跳過許可證，并安裝到指定目錄。
rm /tmp/cmake-install.sh：刪除安裝腳本。
ln -s /opt/cmake-3.28.5/bin/ /usr/local/bin*：創建符號鏈接，使CMake命令可用。
cmake --version：驗證CMake安裝。

3.4 安裝ARM編譯器

RUN set -eux \&& apt-get update \&& apt-get -yq install \gcc-arm-none-eabi \g++-arm-linux-gnueabi gcc-arm-linux-gnueabi \g++-arm-linux-gnueabihf gcc-arm-linux-gnueabihf \g++-aarch64-linux-gnu gcc-aarch64-linux-gnu \&& exit 0

apt-get update：更新包列表。
apt-get -yq install … ：安裝ARM編譯器，包括不同架構的編譯器，如ARM none-eabi?、ARM Linux-gnueabi?、ARM Linux-gnueabihf?、AArch64 Linux-gnu?。

3.5 安裝Python的pip工具

RUN set -eux \&& python3 --version \&& curl https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py -o get-pip.py \&& python3 get-pip.py \&& rm get-pip.py \&& python3 -m pip install -U pip \&& pip3 --version \&& pip3 install --upgrade pip setuptools wheel \&& pip3 --version \&& exit 0

python3 --version：檢查Python3版本。
curl https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py -o get-pip.py：下載pip安裝腳本。
python3 get-pip.py：安裝pip。
rm get-pip.py：刪除安裝腳本。
python3 -m pip install -U pip：升級pip。
pip3 --version：檢查pip版本。
pip3 install --upgrade pip setuptools wheel：安裝和升級常用的Python包。

3.6 安裝Python包

RUN set -eux \&& pip3 --version \&& pip3 install --upgrade pip setuptools wheel \&& pip3 --version \&& pip3 install --upgrade autoenv autopep8 cmake-format clang-format conan meson \&& pip3 install --upgrade cppclean flawfinder lizard pygments pybind11 GitPython pexpect subunit Jinja2 pylint CLinters \&& exit 0

pip3 --version：檢查pip版本。
pip3 install --upgrade pip setuptools wheel：確保pip及其依賴包是最新的。
pip3 install --upgrade autoenv autopep8 cmake-format clang-format conan meson：安裝開發工具包。
pip3 install --upgrade cppclean flawfinder lizard pygments pybind11 GitPython pexpect subunit Jinja2 pylint CLinters：安裝其他開發工具包。

3.7 安裝其他開發庫文件

RUN set -eux \&& apt-get install -yq \libgl-dev libgl1-mesa-dev \libx11-xcb-dev libfontenc-dev libice-dev libsm-dev libxaw7-dev libxcomposite-dev libxcursor-dev libxdamage-dev libxext-dev \libxfixes-dev libxi-dev libxinerama-dev libxkbfile-dev libxmu-dev libxmuu-dev libxpm-dev libxrandr-dev libxrender-dev libxres-dev \libxss-dev libxt-dev libxtst-dev libxv-dev libxxf86vm-dev libxcb-glx0-dev libxcb-render0-dev libxcb-render-util0-dev libxcb-xkb-dev \libxcb-icccm4-dev libxcb-image0-dev libxcb-keysyms1-dev libxcb-randr0-dev libxcb-shape0-dev libxcb-sync-dev libxcb-xfixes0-dev \libxcb-xinerama0-dev libxcb-dri3-dev uuid-dev libxcb-cursor-dev libxcb-dri2-0-dev libxcb-dri3-dev libxcb-present-dev \libxcb-composite0-dev libxcb-ewmh-dev libxcb-res0-dev libxcb-util-dev libxcb-util0-dev\&& apt-get -yq autoremove \&& apt-get -yq autoclean  \&& apt-get -yq clean  \&& rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/* \&& exit 0

這些主要是QT的依賴庫，后續也可以自行增加。

3.8 設置SSH

RUN \set -eux && \mkdir -p /var/run/sshd && \mkdir -p /root/.ssh && \sed -ri 's/^#?PermitRootLogin\s+.*/PermitRootLogin yes/' /etc/ssh/sshd_config && \sed -ri 's/UsePAM yes/#UsePAM yes/g' /etc/ssh/sshd_config && \echo 'root:root' | chpasswd && \exit 0

mkdir -p /var/run/sshd：創建sshd運行目錄。
mkdir -p /root/.ssh：創建root用戶的SSH目錄。
sed -ri ‘s/^#?PermitRootLogin\s+.*/PermitRootLogin yes/’ /etc/ssh/sshd_config：允許root用戶通過SSH登錄。
sed -ri ‘s/UsePAM yes/#UsePAM yes/g’ /etc/ssh/sshd_config：禁用PAM。
echo ‘root’ | chpasswd：設置root用戶密碼為’root’。

3.9 入口點和默認命令

ENTRYPOINT ["/usr/bin/tini" "--"]
CMD ["/usr/sbin/sshd" "-D" "-e"]

ENTRYPOINT ["/usr/bin/tini" "–"] ：使用tini作為init進程，處理信號和子進程。
CMD ["/usr/sbin/sshd" "-D" "-e"] ：啟動sshd服務并保持前臺運行。

四、構建鏡像

首先，請將第三部分的代碼復制將其保存為Dockerfile?文件。如果您需要切換其他APT源（如阿里源、清華源等），請手動到官方鏡像站獲取相關源地址，并將其保存為sources.list?。這里附上Ubuntu22.04清華鏡像源：

# 默認注釋了源碼鏡像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注釋
deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy main restricted universe multiverse
# deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-updates main restricted universe multiverse
# deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-backports main restricted universe multiverse
# deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-backports main restricted universe multiverse# 以下安全更新軟件源包含了官方源與鏡像站配置，如有需要可自行修改注釋切換
deb http://security.ubuntu.com/ubuntu/ jammy-security main restricted universe multiverse
# deb-src http://security.ubuntu.com/ubuntu/ jammy-security main restricted universe multiverse# 預發布軟件源，不建議啟用
# deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-proposed main restricted universe multiverse
# # deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-proposed main restricted universe multiverse

注意：請使用http而不要用https.

完成后您的文件夾應該為如下布局：

?
接下來請打開您的命令行程序并進入該文件夾，如果您使用的是Windows操作系統，推薦使用Powershell. 鍵入以下命令，開始構建：

docker buildx build . -t jelin-dev/ubuntu22.04

您可以在控制臺中看到構建過程：

[+] Building 218.2s (14/14) FINISHED                                                                     docker:default=> [internal] load build definition from Dockerfile                                                               0.0s=> => transferring dockerfile: 3.77kB                                                                             0.0s=> [internal] load metadata for docker.io/library/ubuntu:22.04                                                    3.5s=> [internal] load .dockerignore                                                                                  0.0s=> => transferring context: 2B                                                                                    0.0s=> [internal] load build context                                                                                  0.0s=> => transferring context: 1.28kB                                                                                0.0s=> [1/9] FROM docker.io/library/ubuntu:22.04@sha256:a6d2b38300ce017add71440577d5b0a90460d0e57fd7aec21dd0d1b0761b  6.9s=> => resolve docker.io/library/ubuntu:22.04@sha256:a6d2b38300ce017add71440577d5b0a90460d0e57fd7aec21dd0d1b0761b  0.0s=> => sha256:2af372c1e2645779643284c7dc38775e3dbbc417b2d784a27c5a9eb784014fb8 424B / 424B                         0.0s=> => sha256:52882761a72a60649edff9a2478835325d084fb640ea32a975e29e12a012025f 2.30kB / 2.30kB                     0.0s=> => sha256:a8b1c5f80c2d2a757adc963e3fe2dad0b4d229f83df3349fbb70e4d12dd48822 29.53MB / 29.53MB                   5.7s=> => sha256:a6d2b38300ce017add71440577d5b0a90460d0e57fd7aec21dd0d1b0761bbfb2 1.13kB / 1.13kB                     0.0s=> => extracting sha256:a8b1c5f80c2d2a757adc963e3fe2dad0b4d229f83df3349fbb70e4d12dd48822                          1.0s=> [2/9] COPY ./sources.list /etc/apt/sources.list                                                                0.1s=> [3/9] RUN     set -eux &&     apt-get update &&     apt-get -yq upgrade &&     apt-get -yq install     aptit  81.2s=> [4/9] RUN set -eux     && wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.28.5/cmake-3.28.5-linux  13.4s=> [5/9] RUN     set -eux &&     apt-get update &&     apt-get -yq install         gcc-arm-none-eabi         g+  61.0s=> [6/9] RUN     set -eux &&     python3 --version &&     curl https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py -o get-pip.p  9.8s=> [7/9] RUN     set -eux &&     pip3 --version &&     pip3 install --upgrade pip setuptools wheel &&     pip3   29.4s=> [8/9] RUN set -eux     && apt-get install -yq         libgl-dev libgl1-mesa-dev         libx11-xcb-dev libfon  5.8s=> [9/9] RUN     set -eux &&     mkdir -p /var/run/sshd &&     mkdir -p /root/.ssh &&     sed -ri 's/^#?PermitRo  0.4s=> exporting to image                                                                                             6.7s=> => exporting layers                                                                                            6.7s=> => writing image sha256:27e12e5d293fc972028bba5e9e488d4ed655ae5d479bd92b4fe1cb0295e6311d                       0.0s=> => naming to docker.io/jelin-dev/ubuntu22.04

構建完成后，您可以通過docker images?查看已有鏡像：

REPOSITORY              TAG       IMAGE ID       CREATED              SIZE
jelin-dev/ubuntu22.04   latest    27e12e5d293f   About a minute ago   5.25GB

您可以通過以下命令創建并啟動容器：

docker run -itd -p 2201:22 --name test jelin-dev/ubuntu22.04:latest

這樣容器就在后臺運行了，您可以通過SSH連接到容器，賬號密碼均為root?

五、使用建議

眾所周知，C/C++足夠底層，以至于其跨平臺特性也僅限于代碼層面，只能通過使用不同的編譯器編譯才能實現多平臺運行。所以它不像C#、Java、Python等編程語言有官方指定的包管理器，甚至連構建系統也五花八門。jelin-dev?這個鏡像挑選了業界主流的C/C++包管理器和構建系統，以及配備了我所涉及到需要交叉編譯的工具鏈，如果您有特殊的需要，您可以自行添加相關環境，再進行構建和使用。

Tap1. Conan包管理數據持久化

在 jelin-dev? 鏡像中，我使用了 Conan 作為包管理器。建議您在創建容器時將 /root/.conan2? 文件夾掛載到本地目錄中。這些數據很重要，因為 Conan 會將已經下載和編譯的庫存放在這個文件夾內。如果沒有做持久化，那么每次使用都將需要重新構建這些庫。

Tap2. 使用CLion

CLion 是一個非常好用的 IDE，功能多樣且靈活。它默認使用 CMake 進行構建，并且對 CMake 的支持比其他 IDE 都要強大，配置項目和管理變得非常輕松。除此之外，CLion 還提供了 Conan 插件，可以通過 GUI 方式配置依賴，使用體驗非常棒。另外，CLion 對 Docker 的支持也是一大亮點。啟動速度極快，幾乎感覺不到延遲，使用起來非常順暢。這些特性讓 CLion 成為開發 C++ 項目的理想選擇。