基于Docker搭建属于你的CC++集成编译环境

常常，我会幻想着拥有一个随时可以携带、随时可以使用的开发环境，那该是多么美好的事情。

在工作中，编译环境的复杂性常常让我头疼不已。稍有不慎，删除了一些关键文件，整个编译链就会瞬间崩溃。更糟糕的是，当我花费大量时间和精力搭建好的环境，不得不在不同的机器上重复这份工作时，心中的焦虑更是无以言表。尤其是当代码需要交给同事处理，如果能将整个环境如同复制粘贴一般简单传递，那将是多么美妙的事。

当然，虚拟机的确可以实现这种“复制粘贴”的效果，但从版本管理、镜像托管和维护的角度来看，其成本却颇高。这样的方案，并不是我心目中理想的选择。于是，我将目光转向了Docker。

一、需求整理

我理想的C/C++编译环境，至少需要具备以下环境或工具：

  1. ​Conan​: 一个我常用且比较流行的的C/C++包管理工具
  2. ​CMake​: 最流行的C/C++构建系统
  3. 基础编译环境：gcc​,make​,gdb​等
  4. ARM编译工具链：gcc-arm-none-eabi​, gcc-arm-linux-gnueabihf​, gcc-aarch64-linux-gnu​等
  5. 基础开发库：比如libssl-dev​, libgl-dev​等，这些主要是方便其他上层库的编译

二、Docker简介

​image​

Docker 是一个容器引擎。对于没有接触过 Docker 的开发者来说可能比较陌生。可以将 Docker 大致理解为一个轻量级虚拟机框架，但实际上它比虚拟机更高效。Docker 具备以下几点特性：

  1. 足够快：Docker 容器启动速度非常快，通常只需要几秒钟。这是因为容器共享主机操作系统的内核，而不像虚拟机需要启动一个完整的操作系统。这种高效性使得开发和测试过程更加顺畅。
  2. 管理方便：Docker 提供了丰富的命令行工具和 API，使得容器的创建、启动、停止和销毁变得非常简单。同时，Docker Compose 允许开发者使用一个简单的 YAML 文件来定义和管理多容器应用，使得部署和管理复杂应用变得更加方便。
  3. 生态好：Docker 拥有庞大且活跃的社区，提供了丰富的镜像资源。通过 Docker Hub，开发者可以方便地下载和分享容器镜像。Docker 还支持与各种 CI/CD 工具、云平台和编排工具（如 Kubernetes）的集成，形成了一个完善的生态系统。
  4. 一致性：Docker 确保应用程序在开发、测试和生产环境中运行的一致性。这意味着开发者可以在本地开发和测试应用程序，然后将相同的容器部署到生产环境中，而不必担心环境差异带来的问题。
  5. 资源高效：与传统的虚拟机相比，Docker 容器更加轻量级，消耗的资源更少。容器共享主机操作系统的内核，避免了虚拟机需要为每个实例分配完整操作系统资源的情况。
  6. 安全隔离：Docker 使用内核命名空间（namespace）和控制组（cgroup）技术提供进程和资源的隔离。这种隔离确保了每个容器之间的安全性，避免了相互干扰。
  7. 可移植性：Docker 容器可以在任何支持 Docker 的系统上运行，无论是本地开发环境、云服务还是数据中心。这种可移植性使得应用程序能够在不同环境之间轻松迁移。

这些特性使得 Docker 成为现代软件开发和部署过程中不可或缺的工具，极大地提高了应用的可移植性和开发效率。在Docker中包含三个基本概念，分别是：

  • 镜像（Image） ：Docker 镜像（Image），就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu16.04 最小系统的 root 文件系统。
  • 容器（Container） ：镜像（Image）和容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的类和实例一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。
  • 仓库（Repository） ：仓库可看成一个代码控制中心，用来保存镜像。

Docker 的安装方法不在这里赘述。目前 Docker 发布了 Docker Desktop 软件，这款桌面软件允许用户通过 GUI 来管理 Docker 镜像和容器。对新手来说会比较友好，至于是使用命令行还是 GUI 方式，可根据个人喜好进行选择。

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 0

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

如您所见，我已经写完了一份DockerFile。其中包含了一些基础工具，如网络工具、CMake、Python、ARM交叉编译工具链等。甚至还有一些开发用的基础库，同时也配置好了SSH。点击下方图片查看最新完整代码👇👇👇（欢迎START!!!🤩）

3.1 基础镜像和环境变量设置

FROM ubuntu:22.04
ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive
COPY ./sources.list /etc/apt/sources.list
  • FROM ubuntu:22.04：指定基础镜像为Ubuntu 22.04。
  • ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive：设置环境变量，使apt-get在非交互模式下运行，避免提示用户输入。
  • COPY ./sources.list /etc/apt/sources.list：将本地的sources.list文件复制到容器中的/etc/apt/sources.list，这里使用了清华源，如果不要请将此条代码注释掉。

3.2 安装基础软件包

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：启用严格模式，打印所有命令，并在出现错误时停止脚本执行。
  • apt-get update：更新包列表。
  • apt-get -yq upgrade：升级所有已安装的包。
  • apt-get -yq install … ：安装列出的各种软件包，涵盖编译工具、开发工具、网络工具等。

3.3 安装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：下载CMake安装脚本到/tmp目录。
  • chmod u+x /tmp/cmake-install.sh：给予安装脚本执行权限。
  • mkdir /opt/cmake-3.28.5：创建安装目录。
  • /tmp/cmake-install.sh --skip-license --prefix=/opt/cmake-3.28.5：执行安装脚本，跳过许可证，并安装到指定目录。
  • rm /tmp/cmake-install.sh：删除安装脚本。
  • ln -s /opt/cmake-3.28.5/bin/ /usr/local/bin*：创建符号链接，使CMake命令可用。
  • cmake --version：验证CMake安装。

3.4 安装ARM编译器

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 … ：安装ARM编译器，包括不同架构的编译器，如ARM none-eabi​、ARM Linux-gnueabi​、ARM Linux-gnueabihf​、AArch64 Linux-gnu​。

3.5 安装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：检查Python3版本。
  • curl https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py -o get-pip.py：下载pip安装脚本。
  • python3 get-pip.py：安装pip。
  • rm get-pip.py：删除安装脚本。
  • python3 -m pip install -U pip：升级pip。
  • pip3 --version：检查pip版本。
  • pip3 install --upgrade pip setuptools wheel：安装和升级常用的Python包。

3.6 安装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：检查pip版本。
  • pip3 install --upgrade pip setuptools wheel：确保pip及其依赖包是最新的。
  • pip3 install --upgrade autoenv autopep8 cmake-format clang-format conan meson：安装开发工具包。
  • pip3 install --upgrade cppclean flawfinder lizard pygments pybind11 GitPython pexpect subunit Jinja2 pylint CLinters：安装其他开发工具包。

3.7 安装其他开发库文件

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
  • 这些主要是QT的依赖库，后续也可以自行增加。

3.8 设置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：创建sshd运行目录。
  • mkdir -p /root/.ssh：创建root用户的SSH目录。
  • sed -ri ‘s/^#?PermitRootLogin\s+.*/PermitRootLogin yes/’ /etc/ssh/sshd_config：允许root用户通过SSH登录。
  • sed -ri ‘s/UsePAM yes/#UsePAM yes/g’ /etc/ssh/sshd_config：禁用PAM。
  • echo ‘root’ | chpasswd：设置root用户密码为’root’。

3.9 入口点和默认命令

ENTRYPOINT ["/usr/bin/tini" "--"]
CMD ["/usr/sbin/sshd" "-D" "-e"]
  • ENTRYPOINT ["/usr/bin/tini" "–"] ：使用tini作为init进程，处理信号和子进程。
  • CMD ["/usr/sbin/sshd" "-D" "-e"] ：启动sshd服务并保持前台运行。

四、构建镜像

首先，请将第三部分的代码复制将其保存为Dockerfile​文件。如果您需要切换其他APT源（如阿里源、清华源等），请手动到官方镜像站获取相关源地址，并将其保存为sources.list​。这里附上Ubuntu22.04清华镜像源：

# 默认注释了源码镜像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注释
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

# 以下安全更新软件源包含了官方源与镜像站配置，如有需要可自行修改注释切换
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

# 预发布软件源，不建议启用
# 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：请使用http而不要用https.

完成后您的文件夹应该为如下布局：

​image
接下来请打开您的命令行程序并进入该文件夹，如果您使用的是Windows操作系统，推荐使用Powershell. 键入以下命令，开始构建：

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

您可以在控制台中看到构建过程：

[+] 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

构建完成后，您可以通过docker images​查看已有镜像：

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

您可以通过以下命令创建并启动容器：

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

这样容器就在后台运行了，您可以通过SSH连接到容器，账号密码均为root​

五、使用建议

众所周知，C/C++足够底层，以至于其跨平台特性也仅限于代码层面，只能通过使用不同的编译器编译才能实现多平台运行。所以它不像C#、Java、Python等编程语言有官方指定的包管理器，甚至连构建系统也五花八门。jelin-dev​这个镜像挑选了业界主流的C/C++包管理器和构建系统，以及配备了我所涉及到需要交叉编译的工具链，如果您有特殊的需要，您可以自行添加相关环境，再进行构建和使用。

Tap1. Conan包管理数据持久化

在 jelin-dev​ 镜像中，我使用了 Conan 作为包管理器。建议您在创建容器时将 /root/.conan2​ 文件夹挂载到本地目录中。这些数据很重要，因为 Conan 会将已经下载和编译的库存放在这个文件夹内。如果没有做持久化，那么每次使用都将需要重新构建这些库。

Tap2. 使用CLion

CLion 是一个非常好用的 IDE，功能多样且灵活。它默认使用 CMake 进行构建，并且对 CMake 的支持比其他 IDE 都要强大，配置项目和管理变得非常轻松。除此之外，CLion 还提供了 Conan 插件，可以通过 GUI 方式配置依赖，使用体验非常棒。另外，CLion 对 Docker 的支持也是一大亮点。启动速度极快，几乎感觉不到延迟，使用起来非常顺畅。这些特性让 CLion 成为开发 C++ 项目的理想选择。

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