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^[1] 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^[2] 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^[3]》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^[4] 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^[5]。

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^[6]，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^[7]，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^[8]，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^[9]，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^[10]，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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引用链接

[1] soulteary/docker-chatgpt: https://github.com/soulteary/docker-chatgpt
[2] dockur/windows: https://github.com/dockur/windows
[3] 在笔记本上搭建高性价比的 Linux 学习环境：基础篇: https://soulteary.com/2022/06/21/building-a-cost-effective-linux-learning-environment-on-a-laptop-the-basics.html
[4] dockur/windows: https://github.com/dockur/windows
[5] 这里下载: https://www.microsoft.com/en-us/software-download/windows11
[6] 官方下载: https://www.microsoft.com/zh-cn/software-download/windows11
[7] qemus/qemu-docker: https://github.com/qemus/qemu-docker
[8] christgau/wsdd: https://github.com/christgau/wsdd
[9] qemus/virtiso: https://github.com/qemus/virtiso
[10] krallin/tini: https://github.com/krallin/tini