Python 虚拟环境工作原理解析

Python 的虚拟环境用来创建一个相对独立的执行环境，尤其是一些依赖的三方包，最常见的如不同项目依赖同一个但是不同版本的三方包，而且，在虚拟环境中的安装包不会影响到系统的安装包。

不过，其具体的工作原理是怎样的，这里详细介绍。

简介

几乎每个语言都包含自己的包管理工具，这是一个非常复杂的话题，而不同语言选择的实现又略有区别，都会做一些选择和取舍。而 Python 的包管理解决方案很多，例如 pip、virtualenv、pyenv 等等。

不过 Python 语言本身的机制决定了其原理一样。

使用

比较常用的是 virtualenv 工具，可以参考 Guide to Python 中的详细介绍，另外，Python3 也提供了自己的虚拟环境创建模块，在创建完成后基本都是通过一个脚本启用独立环境。

例如，如下是使用 virtualenv 以及 venv 的虚拟环境创建过程。

$ mkdir /tmp/project && cd /tmp/project

$ virtualenv --no-site-packages foobar
$ python3 -m venv foobar

然后，就可以通过 source foobar/bin/activate 命令激活新环境。

激活脚本

所谓的独立环境，无非就是解决两个问题：A) 执行 Python 解析器所使用的版本；B) 使用独立的包。其中前者，在 Linux 主要是通过 PATH 环境变量设置，在 activate 脚本中有如下的内容。

VIRTUAL_ENV="/tmp/project/foobar"
export VIRTUAL_ENV

_OLD_VIRTUAL_PATH="$PATH"
PATH="$VIRTUAL_ENV/bin:$PATH"
export PATH

也就是将创建的目录添加到 PATH 环境变量最开始，那么就会优先查找该路径，这样就解决了 python 解析器独立的问题。

工作原理

如果要使用独立的包，那么关键就是如何在通过 import 导入时查找到所需的包。

包的查找顺序可以查看Python 模块简介 中的介绍，简单来说，就是先查看是否是内置模块，然后再从 sys.path 列表指定的地址中搜索。所以，这里的关键就是 sys.path 列表的生成。

关于 sys.prefix

在 Python 启动的时候，会先加载一个强依赖的 os.py 包，而查找这个包是根据解析器的当前路径，以及固定的查找规则来实现的。

简单来说，就是在当前路径加上 lib/python${VERSION}/os.py 逐层向上查找，注意，如果是 64 位的操作系统，那么会使用 lib64 替换掉之前的 lib 路径。

例如，默认的 Python3 的解析器路径为 /usr/bin/python3.6 ，那么基础路径是 /usr/bin/ ，所以，其查找顺序为。

/usr/bin/lib64/python3.6/os.py
/usr/lib64/python3.6/os.py
/lib64/python3.6/os.py

只要在任意路径上找到 os.py 包，那么就会退出查找，并设置好 sys.prefix 变量，详细可以通过 strace python 查看，会有如下的搜索路径。

stat("/usr/bin/Modules/Setup", 0x7fffb7146300) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat("/usr/bin/lib64/python2.7/os.py", 0x7fffb71462f0) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat("/usr/bin/lib64/python2.7/os.pyc", 0x7fffb71462f0) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat("/usr/lib64/python2.7/os.py", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=25910, ...}) = 0

在查找到 os.py 之后，会将该路径设置为 sys.prefix 变量，然后解析器就会到 ${sys.prefix}/lib/python${VERSION} 目录下查找包。

总结

那么其工作原理就是，将 python 解析器保存在 ${VENV_PATH}/bin/python ，然后创建 ${VENV_PATH}/lib/python${VERSION} 目录，并将相关的文件复制到该目录下，可以复制文件，也可以使用软连接。

其它

如上，如果是 Python3 就可以直接使用内置的 venv 模块，其原理与上述的相同，同时通过 pyvenv.cfg 配置文件来标识原始的 home 位置，该文件的内容如下。

home = /usr/bin
include-system-site-packages = false
version = 3.6.8

如果 include-system-site-packages 为 true ，解释器启动时就会将系统的库添加到 sys.path 里面，这样在虚拟环境就可以 import 系统中安装的包了。

注意，Python3 提供的 venv 模块只能根据当前版本创建，不能支持 Python2 。

参考 Virtualenv 官方文档，细节可以参考该文档。

Creation of virtual environments Python3 提供的 venv 介绍，包括常见参数以及配置文件。

到此这篇关于Python 虚拟环境工作原理解析的文章就介绍到这了,更多相关Python 虚拟环境原理内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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