Python 的虛擬環(huán)境用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的執(zhí)行環(huán)境，尤其是一些依賴的三方包，最常見的如不同項(xiàng)目依賴同一個(gè)但是不同版本的三方包，而且，在虛擬環(huán)境中的安裝包不會(huì)影響到系統(tǒng)的安裝包。

不過(guò)，其具體的工作原理是怎樣的，這里詳細(xì)介紹。

幾乎每個(gè)語(yǔ)言都包含自己的包管理工具，這是一個(gè)非常復(fù)雜的話題，而不同語(yǔ)言選擇的實(shí)現(xiàn)又略有區(qū)別，都會(huì)做一些選擇和取舍。而 Python 的包管理解決方案很多，例如 pip、virtualenv、pyenv 等等。

不過(guò) Python 語(yǔ)言本身的機(jī)制決定了其原理一樣。

比較常用的是 virtualenv 工具，可以參考 Guide to Python 中的詳細(xì)介紹，另外，Python3 也提供了自己的虛擬環(huán)境創(chuàng)建模塊，在創(chuàng)建完成后基本都是通過(guò)一個(gè)腳本啟用獨(dú)立環(huán)境。

例如，如下是使用 virtualenv 以及 venv 的虛擬環(huán)境創(chuàng)建過(guò)程。

$ mkdir /tmp/project && cd /tmp/project$ virtualenv --no-site-packages foobar$ python3 -m venv foobar

然后，就可以通過(guò) source foobar/bin/activate 命令激活新環(huán)境。

所謂的獨(dú)立環(huán)境，無(wú)非就是解決兩個(gè)問(wèn)題：A) 執(zhí)行 Python 解析器所使用的版本；B) 使用獨(dú)立的包。其中前者，在 Linux 主要是通過(guò) PATH 環(huán)境變量設(shè)置，在 activate 腳本中有如下的內(nèi)容。

VIRTUAL_ENV='/tmp/project/foobar'export VIRTUAL_ENV_OLD_VIRTUAL_PATH='$PATH'PATH='$VIRTUAL_ENV/bin:$PATH'export PATH

也就是將創(chuàng)建的目錄添加到 PATH 環(huán)境變量最開始，那么就會(huì)優(yōu)先查找該路徑，這樣就解決了 python 解析器獨(dú)立的問(wèn)題。

如果要使用獨(dú)立的包，那么關(guān)鍵就是如何在通過(guò) import 導(dǎo)入時(shí)查找到所需的包。

包的查找順序可以查看Python 模塊簡(jiǎn)介 中的介紹，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是先查看是否是內(nèi)置模塊，然后再?gòu)?sys.path 列表指定的地址中搜索。所以，這里的關(guān)鍵就是 sys.path 列表的生成。

在 Python 啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)先加載一個(gè)強(qiáng)依賴的 os.py 包，而查找這個(gè)包是根據(jù)解析器的當(dāng)前路徑，以及固定的查找規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在當(dāng)前路徑加上 lib/python${VERSION}/os.py 逐層向上查找，注意，如果是 64 位的操作系統(tǒng)，那么會(huì)使用 lib64 替換掉之前的 lib 路徑。

例如，默認(rèn)的 Python3 的解析器路徑為 /usr/bin/python3.6 ，那么基礎(chǔ)路徑是 /usr/bin/ ，所以，其查找順序?yàn)椤?/p>

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

只要在任意路徑上找到 os.py 包，那么就會(huì)退出查找，并設(shè)置好 sys.prefix 變量，詳細(xì)可以通過(guò) strace python 查看，會(huì)有如下的搜索路徑。

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，會(huì)將該路徑設(shè)置為 sys.prefix 變量，然后解析器就會(huì)到 ${sys.prefix}/lib/python${VERSION} 目錄下查找包。

那么其工作原理就是，將 python 解析器保存在 ${VENV_PATH}/bin/python ，然后創(chuàng)建 ${VENV_PATH}/lib/python${VERSION} 目錄，并將相關(guān)的文件復(fù)制到該目錄下，可以復(fù)制文件，也可以使用軟連接。

如上，如果是 Python3 就可以直接使用內(nèi)置的 venv 模塊，其原理與上述的相同，同時(shí)通過(guò) pyvenv.cfg 配置文件來(lái)標(biāo)識(shí)原始的 home 位置，該文件的內(nèi)容如下。

home = /usr/bininclude-system-site-packages = falseversion = 3.6.8

如果 include-system-site-packages 為 true ，解釋器啟動(dòng)時(shí)就會(huì)將系統(tǒng)的庫(kù)添加到 sys.path 里面，這樣在虛擬環(huán)境就可以 import 系統(tǒng)中安裝的包了。

注意，Python3 提供的 venv 模塊只能根據(jù)當(dāng)前版本創(chuàng)建，不能支持 Python2 。

參考 Virtualenv 官方文檔，細(xì)節(jié)可以參考該文檔。

Creation of virtual environments Python3 提供的 venv 介紹，包括常見參數(shù)以及配置文件。

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