把 Windows 装进 Docker 容器里

本篇文章聊聊如何在 Docker 里运行 Windows 操作系统， Windows in Docker Container（WinD）。

写在前面

我日常使用 macOS 和 Ubuntu 来学习和工作，但是时不时会有 Windows 使用的场景，不论是运行某个指定的软件，还是要做一些跨平台软件的功能验证。

在去年开源 soulteary/docker-chatgpt 之前，还折腾过将 Chrome 容器化，提供有界面服务能力容器的事情，如果当时有这个方案，或许折腾过程能更简单一些。

环境准备

我们依旧是先从环境准备开始。想要使用这个方案，我们需要准备的东西有三个：安装了 Docker 的操作系统（我使用 Ubuntu）、Windows 操作系统的安装光盘（从 WinXP ～ Win11 都行）、开源项目 dockur/windows 的 Docker 镜像。

安装 Ubuntu 操作系统和 Docker

这套方案中采用了 KVM 加速，所以体验最好的方案是使用或者安装一个 Linux 环境，如果你本身就在使用 Ubuntu 之类的支持 KVM 非常方便的操作系统的话，那么只需要安装 Docker 就好啦。

如果你确实需要在容器中运行 Windows，想从零开始，可以参考之前的文章《在笔记本上搭建高性价比的 Linux 学习环境：基础篇》的方法来进行实践。安装 Ubuntu 的流程和以往并没有太大不同，依旧是老生常谈的三步曲：下载镜像、制作启动盘、安装系统。

如果你已经有了可以使用的 Linux 环境，可以参考上面文章中的 “更简单的 Docker 安装” 章节，完成基础环境的准备。

完成操作系统和 Docker 的准备后，我们还需要检查操作系统是否支持 KVM，需要先安装 cpu-checker。

sudo apt install cpu-checker -y

然后，执行 kvm-ok，顺利的话，将能够看到类似下面的日志输出：

# sudo kvm-ok
INFO: /dev/kvm exists
KVM acceleration can be used

获取 WIndows 操作系统光盘

虽然开源项目 dockur/windows 会根据用户指令，从 dl.bobpony.com 、archive.org，以及微软官网自动下载合适的英文版系统镜像，但如果你想更快的完成系统的安装，或者想快速的启动多个 Windows Docker 容器，那么手动下载 Windows 光盘还是非常有必要的。

开源项目包含了一些自动安装的预设配置，不过，这需要使用英文版的操作系统，你可以从这里下载。

当然，如果你需要使用中文版的操作系统，同样可以从官方下载，在初始化操作系统的时候，相比英文操作系统你需要额外点一些“下一步”。

获取 Windows in Docker 容器镜像

获取在 Docker 中运行 Windows 的容器镜像很简单：

docker pull dockurr/windows

当然，如果不能够直接下载，也可以选择本地构建：

git clone https://github.com/dockur/windows.git
cd windows
docker build -t dockurr/windows .

这个镜像主要依赖了几项技术：

qemus/qemu-docker，在容器中使用 QEMU，能够提供接近本机速度的虚拟机的网络、IO 速度等。
christgau/wsdd，让容器中的 Windows 能够出现在局域网中的其他设备的共享设备中。（Windows 10 的 1511 版本后，默认开始禁用 SMBv1，NetBIOS 设备发现功能失效，导致其他设备不能对其进行服务发现）。
qemus/virtiso，精简到 27MB 的 KVM/QEMU Virtio 驱动程序，能够让 Windows 在 Docker 环境中正常使用。
krallin/tini，正确启动 Docker 中 QEMU，以及确保进程异常能够被正确处理，或正确的终止容器进程。

好了，准备工作就绪后，我们就可以开始使用这个有趣的技术方案啦。

基础使用

我们先聊聊最简单的使用方案，启动一个“无状态”的临时的 Windows 操作系统，容器会自动下载我们所需要的镜像：

version: "3"
services:
  windows:
    image: dockurr/windows
    container_name: windows
    devices:
      - /dev/kvm
    cap_add:
      - NET_ADMIN
    ports:
      - 8006:8006
      - 3389:3389/tcp
      - 3389:3389/udp
    stop_grace_period: 2m
    restart: on-failure

将上面的配置保存为 docker-compose.yml，然后使用 docker compose up 或 docker compose -d 启动服务。

因为我们没有指定本地的镜像，所以如果你的网络环境访问微软 CDN 不够快的话，启动过程需要等待一些时间。

# docker compose up     
[+] Running 2/1
 ✔ Network win_default  Created                                                                                                                                                     0.1s 
 ✔ Container windows    Created                                                                                                                                                     0.1s 
Attaching to windows
windows  | ❯ Starting Windows for Docker v2.04...
windows  | ❯ For support visit https://github.com/dockur/windows
windows  | 
windows  | 
windows  | ❯ Downloading Windows 11...
windows  | [i] Downloading Windows media from official Microsoft servers...
windows  | [i] Downloading Windows 11...
windows  | [+] Got latest ISO download link (valid for 24 hours): https://software.download.prss.microsoft.com/dbazure/Win11_23H2_English_x64v2.iso?t=c603adeb-c6d7-4bb9-b084-875f3beabfc2&P1=1710146067&P2=601&P3=2&P4=ynPQkgNxZoZxQkmfORJRE5yaf94m7ONuLVngMtHmDfsYTooFKSXiAdWXTKJ8dpoF2WuDkUZ4fkP1u%2bhwAh%2brAdghU%2f1ssngioKg2aLDe2UXOG3ESUAGTyRk1q515ONoXIvyJby2xPoKBVoj%2bsNp6ECqosBjx9HllmF3saRvQFPQox6v8kuhtMxyuNiXT%2fYgKppSZOifx34t6YQb0Hpo6gTkLjxlxiFBF42jLt%2blVhf1HW7ELEtvVUW7eAn9UGfs9HF6yC3p1ep7ouKYNrY0Ek0fo%2bn2v%2by3bTGbqg8lHfXjxb6bPHGE6HWP3sSZDZw4JmPt53hr1uQl%2fmjT50p504Q%3
windows  | #=#=#                                                                          
                                                                           windows  | #=#=#                                                                          
                                                                           0.0%
                                                                           0.1%
                                                                           0.2%
                                                                           0.3%
...
#######################################################################   99.7%
#######################################################################   99.8%
#######################################################################  100.0%
######################################################################## 100.0%

windows  | 
windows  | [+] Successfully downloaded Windows image!
windows  | 
windows  | ❯ Extracting Windows 11 image...
windows  | ❯ Adding XML file for automatic installation...
windows  | ❯ Building Windows 11 image...
windows  | ❯ Creating a 64G growable disk image in raw format...
windows  | ❯ Booting Windows using QEMU emulator version 8.2.1 ...
windows  | 
...

当一切就绪后，我们可以使用两个方式来访问这个运行在 Docker 中的 Windows。

第一种方法，是使用浏览器访问容器所在主机的 IP地址:8006。

在容器中自动部署的 Windows

容器启动后，会自动下载、部署 Windows，稍等片刻，就能够在浏览器中正常使用它啦：

在浏览器中访问 Windows

第二种方法，是使用支持 RDP 远程访问功能的软件，在软件服务器地址和端口内容中分别填写 IP地址 和 3389，在用户名栏填写 docker，密码保持空白即可。

在 RDP 客户端中访问 Windows

加速使用 Windows 容器

默认情况，每次启动都需要见到它

当然，如果你的网络环境不是那么好，或者你不想每次启动容器都要等待很久，可以使用下面的方法。

让部署使用加速，主要和两个细节有关：是否进行了容器内容的持久化，是否提供了高性能的安装镜像下载方式。

比如，我们在上面的准备工作中，我们预先下载好 Windows 的安装镜像，然后将文件重命名为 win11x64.iso，接着将文件放置在目录的 ./iso 子目录中。那么，借助 Nginx，可以让整个安装部署过程变的飞快。

version: "3"
services:
  windows:
    image: dockurr/windows
    container_name: windows
    devices:
      - /dev/kvm
    cap_add:
      - NET_ADMIN
    ports:
      - 8006:8006
      - 3389:3389/tcp
      - 3389:3389/udp
    stop_grace_period: 2m
    restart: on-failure
    environment:
      VERSION: "http://winiso/win11x64.iso"
      MANUAL: "N"
    volumes:
      - ./win:/storage
    depends_on:
      - winiso


  winiso:
    image: nginx:alpine
    container_name: winiso
    restart: on-failure
    volumes:
     - ./iso:/usr/share/nginx/html

在上面的配置中，我们增加了一个用来将本地的 Windows 安装文件转换为 dockurr/windows 快速可安装的在线地址的容器。

将配置文件保存为 docker-compose.yml，然后使用 docker compose up 或者 docker compose up -d 启动配置，我们将看到类似下面的日志：

windows  | .
windows  | .
winiso   | 172.20.2.3 - - [11/Mar/2024:03:54:47 +0000] "GET /win11x64.iso HTTP/1.1" 200 6813366272 "-" "Wget/1.21.4" "-"
windows  | . 99% 1.59G 0s
windows  | 
windows  | 6651904K .
windows  |                           
windows  |         100% 1.95G
windows  | =3.7s
windows  | 
windows  | 
windows  | ❯ Extracting downloaded ISO image...
windows  | ❯ Detecting Windows version from ISO image...
windows  | ❯ Detected: Windows 11
windows  | ❯ Adding XML file for automatic installation...
windows  | ❯ Building Windows 11 image...
windows  | ❯ Creating a 64G growable disk image in raw format...
windows  | ❯ Booting Windows using QEMU emulator version 8.2.1 ...

下载镜像的速度马上从几MB、几十MB增加到了接近每秒 2GB，不到 4s 就能完成镜像的下载和处理。

因为在配置中增加了 volumes 卷的持久化（- ./win:/storage），所以我们可以放心的停止或者重新启动容器，而不必担心每次都要重新初始化“一台”新的 Windows Docker 容器。

使用技巧

聊聊其他的使用技巧。

更换 Windows 版本（不提前准备镜像）

如果你的网络环境非常棒，不需要提前下载安装镜像，或者直接使用云主机进行项目部署，那么可以考虑直接调整配置文件中的内容为合适的数值：

environment:
  VERSION: "win11"

支持我们调整使用的值包含：win11、win10、ltsc10、win81、win7、vista、winxp、2022、2019、2016、2012、2008。

调整 Windows 容器资源配置

默认情况下，这个 Windows 容器会使用 vCPU x2、4GB 内存、64G 的磁盘空间，来满足 Win11 的最低安装需求。我们可以根据自己的实际需求，来动态的调整容器的硬件资源限制。

environment:
  RAM_SIZE: "8G"
  CPU_CORES: "4"
  DISK_SIZE: "256G"

比如，在上面的配置中，我们调整 CPU 核心数到 4，内存到 8GB，磁盘到 256GB。

为容器分配独立的 IP 地址

默认情况下，Docker 会共享宿主机的 IP，如果我们想要让容器拥有独立的 IP 地址，需要先创建一个 macvlan 网络：

docker network create -d macvlan \
    --subnet=192.168.0.0/24 \
    --gateway=192.168.0.1 \
    --ip-range=192.168.0.100/28 \
    -o parent=eth0 vlan

创建完网卡后，调整上面使用的容器配置，根据自己的需求指定容器 IP 即可：

services:
  windows:
    container_name: windows
    ..<snip>..
    networks:
      vlan:
        ipv4_address: 192.168.0.100

networks:
  vlan:
    external: true

使用一整块磁盘

如果你的主机上有多块磁盘，或者想将某一块磁盘完整的分配给 Windows，可以采用下面的方法，其中 DEVICE 将作为你的主磁盘：

environment:
  DEVICE: "/dev/sda"
  DEVICE2: "/dev/sdb"
devices:
  - /dev/sda
  - /dev/sdb

在 Docker 中的 Windows 使用 USB 设备

我们首先需要使用 lsusb 来获取 USB 设备的 VendorID 和 ProductID ，然后将这些信息添加到配置中：

environment:
  ARGUMENTS: "-device usb-host,vendorid=0x1234,productid=0x1234"
devices:
  - /dev/bus/usb

最后

本篇文章先聊到这里，下一篇文章见。

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砥砺