WSL 2 (适用于 Linux 的 Windows 子系统 2 - Windows Subsystem for Linux 2) 是微软推出的一项技术，它允许开发者在 Windows 操作系统上直接运行原生 Linux 环境，而无需双启动或传统虚拟机。WSL 2 相较于其前身 WSL 1，最大的变化是它运行在一个轻量级的虚拟机中，其中包含一个完整的 Linux 内核，这极大地提升了文件系统性能、系统调用兼容性和 Docker Desktop 的体验。

核心思想：在 Windows 内部无缝集成一个高性能、高度兼容的原生 Linux 环境，兼顾 Windows 的图形界面和 Linux 的命令行工具优势。

一、为什么需要 WSL 2？

传统的 Linux 开发环境设置通常涉及以下几种方式：

  1. 双系统：需要重启电脑才能切换操作系统，且占用硬盘空间大。
  2. 虚拟机 (VirtualBox, VMWare)：性能开销大，与 Windows 系统的集成度不高，共享文件、剪贴板等操作相对繁琐。
  3. WSL 1：提供了一个兼容层，将 Linux 系统调用转换为 Windows NT 内核调用。性能优于虚拟机，但文件系统性能（尤其是涉及到大量文件操作）和系统调用兼容性仍有局限性。

WSL 2 通过引入真实的 Linux 内核，旨在解决这些痛点，提供以下核心优势：

  • 完全的系统调用兼容性：由于运行的是真实的 Linux 内核，几乎所有的 Linux 应用程序都可以运行，包括 Docker、Kubernetes 以及其他需要完整内核访问权限的工具。
  • 卓越的文件系统性能：在 Linux 文件系统内部操作文件时，性能与原生 Linux 几乎无异，尤其是在进行 git clone、npm install、apt update 等操作时感受明显。
  • 性能提升：整体性能优于 WSL 1 和传统虚拟机，启动速度快，资源占用低。
  • 与 Windows 进程高度集成：无需配置网络，Windows 和 WSL 之间可以直接通过 localhost 访问服务，并且可以直接在 Windows 文件管理器中访问 Linux 文件系统。
  • Docker Desktop 增强：Docker Desktop for Windows 可以直接使用 WSL 2 作为后端，极大地提升了其性能和稳定性。

二、WSL 2 的架构与工作原理

WSL 2 运行在轻量级的实用程序虚拟机中，它利用了 Windows 的 Hyper-V (虚拟化) 技术。与传统 Hyper-V 虚拟机不同的是，WSL 2 拥有更低的资源占用和更快的启动速度。

关键组件：

  • 轻量级 Utility VM：这是一个高度优化的 Hyper-V 虚拟机，专门为运行 WSL 2 实例而设计。它只占用所需的资源，并在不需要时自动释放内存。
  • 真实的 Linux 内核：微软基于最新的稳定版 Linux 内核进行了优化和定制，使其能够运行在 Utility VM 中。这个内核提供了完整的系统调用支持。
  • 文件系统集成：WSL 2 将 Linux 文件系统作为一个 VHD (Virtual Hard Disk) 文件存储在 Windows 文件系统上。Windows 提供了网络共享的方式，允许用户通过 \\wsl$\<DistroName> 路径直接访问 Linux 文件系统。
  • 网络桥接：WSL 2 虚拟机拥有自己的 IP 地址，并通过网络地址转换 (NAT) 与 Windows 主机进行通信。同时，Windows 通过一些后台服务将 WSL 2 的端口转发到 localhost，实现了两者间的无缝通信。

三、WSL 2 的安装与设置

3.1 环境要求

  • Windows 版本：Windows 10 版本 1903 或更高，或 Windows 11。
  • 启用虚拟化：BIOS/UEFI 中需要启用虚拟化功能 (如 Intel VT-x, AMD-V)。
  • WSL 功能：需要启用“适用于 Linux 的 Windows 子系统”和“虚拟机平台”组件。

3.2 命令行简化安装 (Windows 11 或更高版本，以及部分 Windows 10 更新)

对于大多数用户，可以通过一个命令进行简化安装：

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wsl --install

此命令将：

  1. 启用所需的 WSL 和虚拟机平台组件。
  2. 下载并安装最新的 Linux 内核。
  3. 安装 Ubuntu 作为默认的 Linux 发行版。

3.3 手动安装步骤 (适用于 Windows 10 旧版本或自定义安装)

  1. 启用 WSL 和虚拟机平台组件：
    以管理员身份打开 PowerShell 或命令提示符，执行以下命令：

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    dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart
    dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart

    然后重启电脑。

  2. 下载并安装 Linux 内核更新包：
    访问 WSL 的官方安装指南 1 下载 “WSL2 Linux 内核更新包”。安装该 .msi 包。

  3. 将 WSL 2 设置为默认版本：
    打开 PowerShell，执行：

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    wsl --set-default-version 2

    如果遇到错误，请确保已安装内核更新包。

  4. 安装 Linux 发行版：
    从 Microsoft Store 搜索并下载你喜欢的 Linux 发行版 (如 Ubuntu, Debian, Kali Linux)。
    首次启动发行版时，会提示你创建用户名和密码。

  5. 将已安装的 WSL 1 发行版升级到 WSL 2 (如果之前有 WSL 1)：
    首先，查看你的发行版列表：

    1
    wsl -l -v

    然后，将指定发行版升级到 WSL 2：

    1
    wsl --set-version <DistroName> 2

    例如：

    1
    wsl --set-version Ubuntu 2

四、WSL 2 常用指令详解

以下是 WSL 2 的一些关键命令行指令，用于管理和操作你的 Linux 发行版。

4.1 管理 WSL 发行版

  • 列出已安装的发行版及其状态：

    1
    wsl -l -v  # 或 wsl --list --verbose
    • NAME：发行版名称。
    • STATE：发行版状态 (如 Running, Stopped)。
    • VERSION：WSL 版本 (1 或 2)。

    示例输出：

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      NAME            STATE           VERSION
    * Ubuntu          Running         2
      Debian          Stopped         2

  • 设置默认 WSL 版本 (1 或 2)：

    1
    wsl --set-default-version <VersionNumber>

    这会影响未来新安装的发行版的默认版本。

  • 设置指定发行版的版本：

    1
    wsl --set-version <DistroName> <VersionNumber>

    例如，将 Ubuntu 切换到 WSL 1：

    1
    wsl --set-version Ubuntu 1

  • 将指定发行版设置为默认发行版：

    1
    wsl --set-default <DistroName>

    每次运行 wsl 命令，启动的将是这个默认发行版。

  • 终止指定发行版：

    1
    wsl --terminate <DistroName>  # 或 wsl -t <DistroName>

    这会强制停止正在运行的发行版。

  • 关停所有运行的发行版和 WSL 2 VM：

    1
    wsl --shutdown

    这会释放 WSL 2 占用的所有内存资源。

  • 注销/卸载发行版：

    1
    wsl --unregister <DistroName>

    警告：这将删除该发行版的所有数据和文件！

  • 修改 WSL 2 虚拟硬盘大小 (或移动)：
    WSL 2 的虚拟硬盘通常随着使用而增长，但不会自动收缩。你可以手动收缩。

    1. 首先，关停所有 WSL 2 实例：wsl --shutdown。
    2. 找到 VHD 文件路径。你可以在 Windows 资源管理器中输入 \\wsl$\，然后进入你的发行版，搜索 .vhdx 文件。通常在 %LOCALAPPDATA%\Packages\<DistroPackageName>\LocalState\ext4.vhdx。
    3. 打开 PowerShell 管理员模式，使用磁盘管理工具 (Diskpart)。
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      diskpart
      select vdisk file="<PathToYourVHDXFile>" # 替换为你的vhd文件路径
      attach vdisk readonly
      compact vdisk
      detach vdisk
      exit

4.2 访问 WSL 文件系统

  • 从 Windows 访问 Linux 文件系统：
    在 Windows 文件资源管理器中，你可以在地址栏输入 \\wsl$，然后会看到所有已安装的 WSL 发行版。点击进入即可像普通网络共享一样访问 Linux 文件。
    或者直接在 PowerShell 或 CMD 中：

    1
    explorer.exe \\wsl$\Ubuntu\home\<YourUserName>

  • 从 Linux 访问 Windows 文件系统：
    Windows 驱动器被自动挂载到 /mnt 目录下。
    例如，Windows 的 C 盘在 Linux 中是 /mnt/c。

    1
    cd /mnt/c/Users/<YourWindowsUserName>/Documents

4.3 启动和执行命令

  • 启动默认 WSL 发行版：
    直接在命令提示符或 PowerShell 中输入 wsl，会启动默认的 Linux 发行版。

  • 启动指定的 WSL 发行版：

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    wsl -d <DistroName>

    例如：

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    wsl -d Debian

  • 在 WSL 发行版中执行命令：

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    wsl <command>

    例如：

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    wsl ls -l /
    wsl apt update

    你也可以针对特定发行版执行命令：

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    wsl -d Ubuntu apt install gcc

  • 在 Windows 上执行 Linux 命令：
    反之亦然，你可以在 Linux 终端中运行 Windows 命令。

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    # 在 Linux 终端中运行 Windows powershell 命令
    powershell.exe Get-Service
    # 在 Linux 终端中运行 Windows notepad
    notepad.exe

4.4 网络配置

WSL 2 默认使用 NAT 网络模式，这意味着它有一个独立的 IP 地址，并且通过端口转发与 Windows 主机通信。

  • 在 Windows 访问 WSL 2 服务：
    如果你的 WSL 2 中运行了一个服务 (例如 Web 服务器在 8000 端口)，你可以直接在 Windows 浏览器中访问 http://localhost:8000。
    WSL 2 会自动进行端口转发。

  • 在 WSL 2 中访问 Windows 服务：
    Windows 主机的 IP 地址通常可以通过 cat /etc/resolv.conf 查看到 nameserver 的 IP，这就是你的 Windows 主机 IP。
    例如，如果 Windows 上运行的服务在 192.168.1.100:8080，那么在 WSL 中访问 http://192.168.1.100:8080 即可。

  • 固定 WSL 2 IP (高级)：
    由于 WSL 2 的 IP 地址会动态变化，这可能对一些高级网络配置造成不便。可以通过修改 .wslconfig 文件来固定 IP 地址 (但建议仅在确实需要时进行，因为这会增加维护成本)。

    创建一个 %UserProfile%\.wslconfig 文件 (如果不存在)，其内容示例如下：

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    [wsl2]
    # 固定 IP 地址 (仅示例，需要替换为你希望的子网和IP)
    # virtualSwitch = wsl
    # defaultIp = 192.168.50.10
    # defaultGateway = 192.168.50.1
    # dhcp = false

    # 限制 WSL 2 分配的内存和处理器核心数
    memory=4GB
    processors=2
    # 禁用自动挂载所有 Windows 驱动器
    # automount.enabled=false

4.5 与 Visual Studio Code 集成

Visual Studio Code 对 WSL 2 提供了原生支持，这是 WSL 2 最强大的功能之一。

  1. 安装 Remote - WSL 扩展：
    在 VS Code 中安装 “Remote - WSL” 扩展。

  2. 在 WSL 中打开项目：

    • 在 WSL 终端中，导航到你的项目目录，然后输入 code .。
    • 在 VS Code 中，点击左下角的绿色“远程指示器”，然后选择 “Connect to WSL”。
    • 在 VS Code 中，使用 “File” -> “Open Folder”，然后在弹出的对话框中选择 WSL 文件夹。

    VS Code 会在 WSL 中安装一个服务器，所有开发工作都在 Linux 环境中进行，但你依然使用 Windows 的 VS Code 界面。

五、WSL 2 的优缺点与适用场景

5.1 优点：

  1. 原生 Linux 内核：完整系统调用兼容性，几乎所有 Linux 应用和工具都能运行。
  2. 高性能：文件系统性能大幅提升，尤其是涉及大量文件操作的场景。
  3. 与 Windows 无缝集成：文件访问、网络互通、VS Code 远程开发体验极佳。
  4. Docker Desktop 完美后端：显著提升 Docker 在 Windows 上的性能和稳定性。
  5. 资源效率高：轻量级虚拟机，启动快，资源占用少。

5.2 缺点：

  1. 占用磁盘空间：每个发行版都是一个 .vhdx 文件，会随使用增长，需要手动收缩。
  2. 图形界面支持有限：虽然可以通过 X server 运行简单的 Linux GUI 应用，但体验不如原生桌面。
  3. 网络配置复杂性 (特定情况)：默认 NAT 模式对某些高级网络配置（如需要固定 IP、内网穿透）可能带来挑战。
  4. 初始设置略复杂 (旧版本 Windows)：对于没有 wsl --install 命令的旧版 Windows 10，需要手动安装步骤。

5.3 适用场景：

  • Web 开发：前端或后端 (Node.js, Python, Go, Ruby 等) 开发者，无需在 Windows 上搭建复杂的环境，直接使用 Linux 的包管理器和工具链。
  • 容器化开发 (Docker, Kubernetes)：Docker Desktop for Windows 配合 WSL 2 提供了近乎原生的容器体验。
  • 跨平台开发：在 Windows 上进行 Linux 环境下的 C/C++、Java 等开发。
  • 学习 Linux：想在不完全脱离 Windows 的情况下学习和使用 Linux 命令和工具。
  • 脚本和自动化：运行各种 Linux Shell 脚本。

六、总结

WSL 2 是微软在 Windows 与 Linux 融合方面迈出的重要一步，它为 Windows 开发者提供了一个强大、高性能且与 Windows 系统深度集成的 Linux 开发环境。无论是 Web 开发、容器化、系统编程还是仅仅想学习 Linux，WSL 2 都提供了一个无与伦比的体验。掌握其常用指令，将能让你更高效地利用这一强大工具，极大地提升你的开发效率和便利性。