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Hello,WireGuard

2020年1月28日,Linux之父Linus Torvalds正式将WireGuard merge到Linux 5.6版本内核主线

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图:WireGuard被加入linux kernel 5.6主线的commit log

这意味着在Linux 5.6内核发布时,linux在内核层面将原生支持一个新的VPN协议栈:WireGuard

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图:WireGuard Logo

一. VPN与WireGuard的创新

VPN,全称Virtual Private Network(虚拟专用网络)。提起VPN,大陆的朋友想到的第一件事就是fan qiang。其实fan qiang只是VPN的一个“小众”应用罢了^_^,企业网络才是VPN真正施展才能的地方。VPN支持在不安全的公网上建立一条加密的、安全的到企业内部网络的通道(隧道tunnel),这就好比专门架设了一个专用网络那样。在WireGuard出现之前,VPN的隧道协议主要有PPTPL2TPIPSec等,其中PPTP和L2TP协议工作在OSI模型的第二层,又称为二层隧道协议;IPSec是第三层隧道协议。

既然已经有了这么多的VPN协议,那么Why WireGuard?

WireGuard的作者Jason A. DonenfeldWireGuard官网给出了很明确地理由:

  • 简单、易用、无连接、无状态:号称目前最易用和最简单的VPN解决方案

WireGuard可以像SSH一样易于配置和部署。只需交换非常简单的公钥就可以建立VPN连接,就像交换SSH密钥一样,其余所有由WireGuard透明处理。并且WireGuard建立的VPN连接是基于UDP的,无需建立和管理连接,无需关心和管理状态的。

  • 先进加密协议

WireGuard充分利用安全领域和密码学在仅些年的最新成果,使用noise frameworkCurve25519ChaCha20Poly1305BLAKE2SipHash24等构建WireGuard的安全方案。

  • 最小的攻击面(最少代码实现)

WireGuard的内核模块c代码仅不足5k行,便于代码安全评审。也使得WireGuard的实现更不容易被攻击(代码量少,理论上漏洞相对于庞大的代码集合而言也会少许多)。

  • 高性能

密码学最新成果带来的高速机密原语和WireGuard的内核驻留机制,使其相较于之前的VPN方案更具性能优势。

以上这些理由,同时也是WireGuard这个协议栈的特性。

这么说依然很抽象,我们来实操一下,体验一下WireGuard的简洁、易用、安全、高效。

二. WireGuard安装和使用

WireGuard将在linux 5.6内核中提供原生支持,也就是说在那之前,我们还无法直接使用WireGuard,安装还是不可避免的。在我的实验环境中有两台Linux VPS主机,都是ubuntu 18.04,内核都是4.15.0。因此我们需要首先添加WireGuard的ppa仓库:

sudo add-apt-repository ppa:wireguard/wireguard

更新源后,即可通过下面命令安装WireGuard:

sudo apt-get update

sudo apt-get install wireguard

安装的WireGuard分为两部分:

  • WireGuard内核模块(wireguard.ko),这部分通过动态内核模块技术DKMS安装到ubuntu的内核模块文件目录下:
$ ls /lib/modules/4.15.0-29-generic/updates/dkms/
wireguard.ko

  • 用户层的命令行工具

类似于内核netfilter和命令行工具iptables之间关系,wireguard.ko对应的用户层命令行工具wireguard-tools:wg、wg-quick被安装到/usr/bin下面了:

$ ls -t /usr/bin|grep wg|head -n 2
wg
wg-quick

1. peer to peer vpn

在两个linux Vps上都安装完WireGuard后,我们就可以在两个节点(peer)建立虚拟专用网络(VPN)了。我们分为称两个linux节点为peer1和peer2:

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图:点对点wireguard通信图

就像上图那样,我们只分别需要在peer1和peer2建立/etc/wireguard/wg0.conf

peer1的/etc/wireguard/wg0.conf

[Interface]
PrivateKey = {peer1's privatekey}
Address = 10.0.0.1
ListenPort = 51820

[Peer]
PublicKey = {peer2's publickey}
EndPoint = {peer2's ip}:51820
AllowedIPs = 10.0.0.2/32

peer2的/etc/wireguard/wg0.conf

[Interface]
PrivateKey = {peer2's privatekey}
Address = 10.0.0.2
ListenPort = 51820

[Peer]
PublicKey = {peer1's publickey}
EndPoint = {peer1's ip}:51820
AllowedIPs = 10.0.0.1/32

我们看到每个peer上WireGuard所需的配置文件wg0.conf包含两大部分:

  • [Interface]部分

    • PrivateKey – peer自身的privatekey

    • Address – peer的wg0接口在vpn网络中绑定的路由ip范围,在上述例子中仅绑定了一个ip地址

    • ListenPort – wg网络协议栈监听UDP端口

  • [Peer]部分(描述vpn网中其他peer信息,一个wg0配置文件中显然可以配置多个Peer部分)

    • PublicKey – 该peer的publickey

    • EndPoint – 该peer的wg网路协议栈地址(ip+port)

    • AllowedIPs – 允许该peer发送过来的wireguard载荷中的源地址范围。同时本机而言,这个字段也会作为本机路由表中wg0绑定的ip范围。

每个Peer自身的privatekey和publickey可以通过WireGuard提供的命令行工具生成:

$ wg genkey | tee privatekey | wg pubkey > publickey
$ ls
privatekey  publickey

注:这两个文件可以生成在任意路径下,我们要的是两个文件中内容。

在两个peer上配置完/etc/wireguard/wg0.conf配置文件后,我们就可以使用下面命令在peer1和peer2之间建立一条双向加密VPN隧道了:

peer1:

$ sudo wg-quick up wg0
[#] ip link add wg0 type wireguard
[#] wg setconf wg0 /dev/fd/63
[#] ip -4 address add 10.0.0.1 dev wg0
[#] ip link set mtu 1420 up dev wg0
[#] ip -4 route add 10.0.0.2/32 dev wg0

peer2:

$ sudo wg-quick up wg0
[#] ip link add wg0 type wireguard
[#] wg setconf wg0 /dev/fd/63
[#] ip -4 address add 10.0.0.2 dev wg0
[#] ip link set mtu 1420 up dev wg0
[#] ip -4 route add 10.0.0.1/32 dev wg0

执行上述命令,每个peer会增加一个network interface dev: wg0,并在系统路由表中增加一条路由,以peer1为例:

$ ip a

... ...

4: wg0: <POINTOPOINT,NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 1420 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/none
    inet 10.0.0.1/32 scope global wg0
       valid_lft forever preferred_lft forever

$ ip route
default via 172.21.0.1 dev eth0 proto dhcp metric 100
10.0.0.2 dev wg0 scope link
... ...

现在我们来测试两个Peer之间的连通性。WireGuard的peer之间是对等的,谁发起的请求谁就是client端。我们在peer1上ping peer2,在peer2上我们用tcpdump抓wg0设备的包:

Peer1:

$ ping -c 3 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=34.9 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=34.7 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=34.6 ms

--- 10.0.0.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2002ms
rtt min/avg/max/mdev = 34.621/34.781/34.982/0.262 ms

Peer2:

# tcpdump -i wg0
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on wg0, link-type RAW (Raw IP), capture size 262144 bytes
13:29:52.659550 IP 10.0.0.1 > instance-cspzrq3u: ICMP echo request, id 20580, seq 1, length 64
13:29:52.659603 IP instance-cspzrq3u > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 20580, seq 1, length 64
13:29:53.660463 IP 10.0.0.1 > instance-cspzrq3u: ICMP echo request, id 20580, seq 2, length 64
13:29:53.660495 IP instance-cspzrq3u > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 20580, seq 2, length 64
13:29:54.662201 IP 10.0.0.1 > instance-cspzrq3u: ICMP echo request, id 20580, seq 3, length 64
13:29:54.662234 IP instance-cspzrq3u > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 20580, seq 3, length 64

我们看到peer1和peer2经由WireGuard建立的vpn实现了连通:在peer2上ping peer1(10.0.0.1)亦得到相同结果。

这时如果我们如果在peer2(vpn ip: 10.0.0.2)上启动一个http server(监听0.0.0.0:9090):

//httpserver.go
package main

import "net/http"

func index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("hello, wireguard\n"))
}

func main() {
    http.Handle("/", http.HandlerFunc(index))
    http.ListenAndServe(":9090", nil)
}

那么我们在peer1(vpn ip:10.0.0.1)去访问这个server:

$ curl http://10.0.0.2:9090
hello, wireguard

在peer2(instance-cspzrq3u)上的tcpdump显示(tcp握手+数据通信+tcp拆除):

14:15:05.233794 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [S], seq 1116349511, win 27600, options [mss 1380,sackOK,TS val 3539789774 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
14:15:05.233854 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [S.], seq 3504538202, ack 1116349512, win 27360, options [mss 1380,sackOK,TS val 2842719516 ecr 3539789774,nop,wscale 7], length 0
14:15:05.268792 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [.], ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 3539789809 ecr 2842719516], length 0
14:15:05.268882 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [P.], seq 1:78, ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 3539789809 ecr 2842719516], length 77
14:15:05.268907 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [.], ack 78, win 214, options [nop,nop,TS val 2842719551 ecr 3539789809], length 0
14:15:05.269514 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [P.], seq 1:134, ack 78, win 214, options [nop,nop,TS val 2842719552 ecr 3539789809], length 133
14:15:05.304147 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [.], ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 3539789845 ecr 2842719552], length 0
14:15:05.304194 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [F.], seq 78, ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 3539789845 ecr 2842719552], length 0
14:15:05.304317 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [F.], seq 134, ack 79, win 214, options [nop,nop,TS val 2842719586 ecr 3539789845], length 0
14:15:05.339035 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [.], ack 135, win 224, options [nop,nop,TS val 3539789880 ecr 2842719586], length 0

如果要拆除这个vpn,只需在每个peer上分别执行如下命令:

$ sudo wg-quick down wg0
[#] ip link delete dev wg0

2. peer to the local network of other peer

上面两个peer虽然实现了点对点的连通,但是如果我们想从peer1访问peer2所在的局域网中的另外一台机器(这显然是vpn最常用的应用场景),如下面示意图:

img{512x368}

图:从一个peer到另外一个peer所在局域网的节点的通信图

基于目前的配置是否能实现呢?我们来试试。首先我们在peer1上要将192.168.1.0/24网段的路由指到wg0上,这样我们在peer1上ping或curl 192.168.1.123:9090,数据才能被交给wg0处理并通过vpn网络送出,修改peer1上的wg0.conf:

// peer1's /etc/wireguard/wg0.conf

... ...
[Peer]
PublicKey = {peer2's publickey}
EndPoint = peer2's ip:51820
AllowedIPs = 10.0.0.2/32,192.168.1.0/24

重启peer1上的wg0使上述配置生效。然后我们尝试在peer1上ping 192.168.1.123:

$ ping -c 3 192.168.1.123
PING 192.168.1.123 (192.168.1.123) 56(84) bytes of data.

--- 192.168.1.123 ping statistics ---
3 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 2038ms

我们在peer2上的tcpdump显示:

# tcpdump -i wg0
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on wg0, link-type RAW (Raw IP), capture size 262144 bytes
14:33:38.393520 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 30426, seq 1, length 64
14:33:39.408083 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 30426, seq 2, length 64
14:33:40.432079 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 30426, seq 3, length 64

我们看到peer2收到来自10.0.0.1的到192.168.1.123的ping包都没有对应的回包,通信失败。Why?我们分析一下。

peer2在51820端口收到WireGuard包后,去除wireguard包的包裹,露出真实数据包。真实数据包的目的ip地址为192.168.1.123,该地址并非peer2自身地址(其自身局域网地址为192.168.1.10)。既然不是自身地址,就不能送到上层协议栈(tcp)处理,那么另外一条路是forward(转发)出去。但是是否允许转发么?显然从结果来看,从wg0收到的消息无权转发,于是消息丢弃,这就是没有回包和通信失败的原因。

为了支持转发(这是vpn常用场景的功能哦),我们需要为peer2的wg0.conf增加些转发配置:

// peer2's  wg0.conf

[Interface]

... ...
PostUp   = iptables -A FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -A FORWARD -o %i -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUT  ING -o eth0 -j MASQUERADE
PostDown = iptables -D FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -D FORWARD -o %i -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUT  ING -o eth0 -j MASQUERADE

... ...

重启peer2的wg0。在peer2的内核层我们也要开启转发开关:

// /etc/sysctl.conf

net.ipv4.ip_forward=1

net.ipv6.conf.all.forwarding=1

执行下面命令临时生效:

# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv6.conf.all.forwarding = 1

接下来,我们再来测试一下连通性。我们在peer1上再次尝试ping 192.168.1.123

$ ping -c 3 192.168.1.123
PING 192.168.1.123 (192.168.1.123) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.123: icmp_seq=1 ttl=46 time=200 ms
64 bytes from 192.168.1.123: icmp_seq=2 ttl=46 time=200 ms
64 bytes from 192.168.1.123: icmp_seq=3 ttl=46 time=200 ms

--- 192.168.1.123 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2002ms
rtt min/avg/max/mdev = 200.095/200.239/200.396/0.531 ms

这回通了!peer2上的Tcpdump输出中也看到了回包:

14:49:58.808467 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 402, seq 1, length 64
14:49:58.974035 IP 192.168.1.123 > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 402, seq 1, length 64
14:49:59.809747 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 402, seq 2, length 64
14:49:59.975240 IP 192.168.1.123 > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 402, seq 2, length 64
14:50:00.810802 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 402, seq 3, length 64
14:50:00.976202 IP 192.168.1.123 > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 402, seq 3, length 64

我们在192.168.1.123上运行上面的那个httpserver程序,再在peer1上用curl访问这个程序:

$ curl 192.168.1.123:9090
hello, wireguard

我们看到httpserver的应答成功返回。peer2上的tcpdump也抓到了整个通信过程:

14:50:36.437259 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [S], seq 3235649864, win 27600, options [mss 1380,sackOK,TS val 101915019 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
14:50:36.593554 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [S.], seq 2420552016, ack 3235649865, win 28960, options [mss 1460,sackOK,TS val 2323314775 ecr 101915019,nop,wscale 7], length 0
14:50:36.628315 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [.], ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 101915210 ecr 2323314775], length 0
14:50:36.628379 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [P.], seq 1:84, ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 101915210 ecr 2323314775], length 83
14:50:36.784550 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [.], ack 84, win 227, options [nop,nop,TS val 2323314822 ecr 101915210], length 0
14:50:36.784710 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [P.], seq 1:134, ack 84, win 227, options [nop,nop,TS val 2323314822 ecr 101915210], length 133
14:50:36.820339 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [.], ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 101915401 ecr 2323314822], length 0
14:50:36.820383 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [F.], seq 84, ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 101915401 ecr 2323314822], length 0
14:50:36.977226 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [F.], seq 134, ack 85, win 227, options [nop,nop,TS val 2323314870 ecr 101915401], length 0
14:50:37.011927 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [.], ack 135, win 224, options [nop,nop,TS val 101915594 ecr 2323314870], length 0

3. WireGuard的用户层实现

在linux上,我们务必使用WireGuard的内核模式,这显然是最高效的。在macOS、Windows上,WireGuard无法以内核模块驻留模式运行,但WireGuard项目提供了WireGuard的用户层实现。其作者Jason A. Donenfeld亲自实现了Go语言版本的wireguard-go。macOS上使用的就是wireguard的Go实现。我们可以使用brew在macOS上按照WireGuard:

$brew install wireguard-tools

配置好/etc/wireguard/wg0.conf后(和linux上的配置方式一致),同样可以通过wg-quick命令启动wireguard:

$sudo wg-quick up wg0

wg-quick实际上会通过wireguard-go来实现linux wireguard在内核中完成的功能:

$ps -ef|grep wireguard

    0 57783     1   0  3:18下午 ttys002    0:00.01 wireguard-go utun

三. WireGuard性能如何

关于WireGuard性能如何,官方给出了一个性能基准测试的对比数据(相较于其他vpn网络栈):

img{512x368}

图:WireGuard性能与其他vpn网络栈的对比(来自官方截图)

我们看到和IPSec、OpenVPN相比,无论从吞吐还是延迟,WireGuard都领先不少。

我们这里用microsoft开源的带宽测试工具ethr来直观看一下走物理网络和走WireGuard VPN的带宽差别。

在peer2上运行:

$ ethr -s

然后在peer1上分别通过物理网络和VPN网络向peer2发起请求:

  • peer1 -> peer2 (物理网络)
$ ethr -c  peer2's ip
Connecting to host [peer2 ip], port 9999
[  6] local 172.21.0.5 port 46108 connected to  peer2 ip port 9999
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID]   Protocol    Interval      Bits/s
[  6]     TCP      000-001 sec     1.54M
[  6]     TCP      001-002 sec     1.54M
[  6]     TCP      002-003 sec     1.54M
[  6]     TCP      003-004 sec     1.54M
[  6]     TCP      004-005 sec     1.54M

.... ...

  • peer1 -> peer2 (vpn网络)
$ ethr -c 10.0.0.2
Connecting to host [10.0.0.2], port 9999
[  6] local 10.0.0.1 port 36010 connected to 10.0.0.2 port 9999
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID]   Protocol    Interval      Bits/s
[  6]     TCP      000-001 sec     1.79M
[  6]     TCP      001-002 sec      640K
[  6]     TCP      002-003 sec     1.15M
[  6]     TCP      003-004 sec      512K
[  6]     TCP      004-005 sec     1.02M
[  6]     TCP      005-006 sec     1.02M
[  6]     TCP      006-007 sec     1.02M

我们看到走vpn的带宽相当于走物理网络的66%(1.02/1.54)左右。这里peer1(腾讯云)、peer2(百度云)之间走的是互联网,而在局域网测试的效果可能更好(留给大家^_^)。

四. 小结

经过上面的实验,我们看到了WireGuard的配置的确十分简单,这也是我目前使用过的配置过程最为简单的vpn。随着linux kernel 5.6内置对WireGuard的原生支持,WireGuard在vpn领域势必会有更为广泛的应用。

在容器网络方面,目前WireGuard已经给出了跨容器的网络通信方案,基于wireguard的k8s cni网络插件wormhole可以让pod之间通过wireguard实现的overlay网络通信。

国外的tailscale公司正在实现一种基于Wireguard的mesh vpn网络,该网络以WireGuard为数据平面的承载体,该公司主要实现控制平面。该公司目前聚集了一些Go核心开发人员,这里就包括著名的go核心开发团队成员、net/http包的最初作者和当前维护者的Brad Fitzpatrick。

五. 参考资料


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Go语言包管理简史

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包管理是Go一直被诟病做得不好的功能之一。先前版本(go 1.11之前)的主要缺点之一是go get是缺乏对依赖包版本的管理和对可复制构建(reproducible build)的支持。Go社区已经开发了一些包管理器和工具作为版本化包依赖的事实标准解决方案,如glidedep以及一些辅助工具等。

“我在生产构建中使用go get。” – 没有人这么说过。

Go语言的包管理实现可追溯到Google公司内的代码依赖管理(Google将内部所有源代码都存放在一个巨大的单体存储库中)。我们来分析一下在”Go module”之前Go语言的包管理工具都出了什么问题。

  • 依赖包的版本化
  • 依赖包的本地缓存(vendor)
  • GOPATH的必要性

依赖包的版本化

go get默认情况下不支持包版本控制。go软件包管理的第一版实现背后的想法是-不需要包版本控制,不需要第三方包存储库,您可以从当前分支中构建所有内容。

Go 1.11之前的版本中,添加依赖项意味着将该依赖项的源代码仓库克隆到$GOPATH下面。就是这样,没有版本的概念。版本始终指向克隆时刻的主分支。出现了另一个主要问题是,当不同的项目需要依赖包的不同版本时,Go包管理工具无法实现。

依赖包的本地缓存(vendor)

依赖包本地缓存通常是指相关依赖包与项目存储在同一位置。这通常意味着将您的依赖项源码也提交到源管理系统中,例如Git。

考虑这样一种情况- A使用依赖项B,而B使用了C版本在1.5版本中引入一个功能,这时B必须确保A在构建时使用的也是C 1.5或更高版本。在Go 1.5之前的版本中,没有一种机制可以在不重写导入路径的情况下将依赖包代码与命令绑定在一起。

GOPATH的必要性

GOPATH存在的主要原因有两个:

  1. 在Go中,import声明通过其完全限定的导入路径来引用包。GOPATH存在可以方便Go工具计算GOPATH/src内的任何目录所涉及软件包的绝对导入路径。
  2. 它是Go get命令存储包依赖项的位置。

这有什么问题?

  1. GOPATH 不允许开发人员像其他语言一样选择任意喜欢的目录签出项目的源代码。
  2. 此外,GOPATH不允许开发人员同时检出某个项目(或其依赖项)的多个副本。

Go Module介绍

Go 1.11引入了对Go模块(module)的初步支持。下面摘自Go Wiki:

一个模块是一组相关的Go包的集合,这个包集合被当做一个独立的单元进行统一版本管理。模块精确记录了依赖要求并支持创建可复制的构建。

Go模块带来了三个重要的内置功能:

  1. go.mod文件,它与package.json或Pipfile文件的功能类似。
  2. 机器生成的传递依赖项描述文件 – go.sum。
  3. 不再有GOPATH限制。模块可以位于任何路径中。
$ go help mod
Go mod provides access to operations on modules.

Note that support for modules is built into all the go commands,
not just 'go mod'. For example, day-to-day adding, removing, upgrading,
and downgrading of dependencies should be done using 'go get'.
See 'go help modules' for an overview of module functionality.

Usage:

    go mod <command> [arguments]

The commands are:

    download    download modules to local cache
    edit        edit go.mod from tools or scripts
    graph       print module requirement graph
    init        initialize new module in current directory
    tidy        add missing and remove unused modules
    vendor      make vendored copy of dependencies
    verify      verify dependencies have expected content
    why         explain why packages or modules are needed

Use "go help mod <command>" for more information about a command.

更多相关讨论在这里

迁移到Go Module

要使用Go模块,请更新Go到1.11及以上版本。由于不再需要GOPATH,因此可以通过以下两种方式之一激活模块支持(译注:下面的行为仅适用于Go 1.11~Go 1.12Go 1.13版本默认开启Go module,无论是否在GOPATH下,除非GO111MODULE=off):

  • 在GOPATH/src之外的目录中调用Go命令,并在当前目录中存在一个有效的go.mod文件。
  • 如果源码在GOPATH之下,Go模块将不起作用。要改变此行为,请设置环境变量GO111MODULE=on后再调用Go命令。

让我们通过以下简单的步骤开始迁移:

  • 由于GOPATH不再必要的了,将module移出GOPATH。

  • 在项目根目录中,创建初始模块定义 – go mod init github.com/username/repository。go mod还会自动转换现有的包管理器(如dep和Gopkg,glide以及其他六种)的依赖关系。这将创建一个名为go.mod的文件,该文件存储了模块名以及模块的依赖项及其版本。

$ cat go.mod
module github.com/deepsourcelabs/cli

go 1.12

require (
    github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e
    github.com/getsentry/raven-go v0.2.0
    github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9
)
  • 运行go build会创建一个go.sum文件,其中包含特定模块版本的内容的预期校验和。这是为了确保这些模块将来的下载内容与第一次下载是相同的。请注意,go.sum不是锁文件。
$ cat go.sum
github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e h1:9574pc8MX6rF/QyO14SPHhM5KKIOo9fkb/1ifuYMTKU=
github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e/go.mod h1:GJKEexRPVJrBSOjoqN5VNOIKJ5Q3RViH6eu3puDRwx4=
github.com/getsentry/raven-go v0.2.0 h1:no+xWJRb5ZI7eE8TWgIq1jLulQiIoLG0IfYxv5JYMGs=
github.com/getsentry/raven-go v0.2.0/go.mod h1:KungGk8q33+aIAZUIVWZDr2OfAEBsO49PX4NzFV5kcQ=
github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9 h1:dIsTcVF0w9viTLHXUEkDI7cXITMe+M/MRRM2MwisVow=
github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9/go.mod h1:bwawxfHBFNV+L2hUp1rHADufV3IMtnDRdf1r5NINEl0=

关于版本控制的注意事项:为了保持向后兼容性,如果模块的版本为v2或更高版本,则模板的主版本必须以/vN的形式被包含在go.mod文件中使用的模块路径的末尾。比如:module github.com/username/repository/v2

日常命令

列出依赖项

go list -m all 列出当前模块及其所有依赖项。

$ go list -m all
github.com/deepsourcelabs/cli
github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e
github.com/getsentry/raven-go v0.2.0
github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9

在go list输出中,当前模块(也称为主模块)始终是第一行,其后是路径排序所有依赖模块。

列出软件包的可用版本

go list -m -versions github.com/username/repository 列出软件包的可用版本。

$ go list -m -versions github.com/getsentry/raven-go
github.com/getsentry/raven-go v0.1.0 v0.1.1 v0.1.2 v0.2.0

添加依赖

添加依赖项是隐式的。在代码中导入依赖项后,运行go build或go test命令将获取模块的最新版本并将其添加到go.mod文件中。如果要显式添加依赖项,请运行go get github.com/username/repository。

依赖项的升级/降级

go get github.com/username/repository@vx.x.x下载并设置依赖项和更新go.mod文件的特定版本。

$ go get github.com/getsentry/raven-go@v0.1.2
go: finding github.com/getsentry/raven-go v0.1.2
go: downloading github.com/getsentry/raven-go v0.1.2
go: extracting github.com/getsentry/raven-go v0.1.2

$ cat go.mod
module github.com/deepsourcelabs/marvin-go

go 1.12

require (
    github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e
    github.com/getsentry/raven-go v0.1.2
    github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9
)

$ cat go.sum
github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e h1:9574pc8MX6rF/QyO14SPHhM5KKIOo9fkb/1ifuYMTKU=
github.com/certifi/gocertifi v0.0.0-20190410005359-59a85de7f35e/go.mod h1:GJKEexRPVJrBSOjoqN5VNOIKJ5Q3RViH6eu3puDRwx4=
github.com/getsentry/raven-go v0.1.2 h1:4V0z512S5mZXiBvmW2RbuZBSIY1sEdMNsPjpx2zwtSE=
github.com/getsentry/raven-go v0.1.2/go.mod h1:KungGk8q33+aIAZUIVWZDr2OfAEBsO49PX4NzFV5kcQ=
github.com/getsentry/raven-go v0.2.0 h1:no+xWJRb5ZI7eE8TWgIq1jLulQiIoLG0IfYxv5JYMGs=
github.com/getsentry/raven-go v0.2.0/go.mod h1:KungGk8q33+aIAZUIVWZDr2OfAEBsO49PX4NzFV5kcQ=
github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9 h1:dIsTcVF0w9viTLHXUEkDI7cXITMe+M/MRRM2MwisVow=
github.com/pkg/errors v0.0.0-20190227000051-27936f6d90f9/go.mod h1:bwawxfHBFNV+L2hUp1rHADufV3IMtnDRdf1r5NINEl0=

vendor依赖项

使用模块时,go命令将完全忽略vendor目录。为了向后兼容旧版Go,或确保将用于构建的所有文件一起存储在单个文件树中,请运行go mod vendor。

这将在主模块的根目录中创建一个vendor目录,并将依赖模块中的所有软件包存储在该目录中。

注意:要使用主模块的顶级vendor目录进行构建,请运行’go build -mod=vendor’。

删除未使用的依赖项

go mod tidy将删除未使用的依赖项并更新go.mod文件。

常见问题解答

  1. GOPATH不再需要了?
    是,永别了GOPATH。

  2. 默认情况下拉取哪个版本?
    go.mod文件和go命令通常将语义版本用作描述模块版本的标准形式,以便可以比较版本以确定哪个版本应早于或晚于其他版本。v1.2.3通过在基础源存储库中标记(tag)修订来引入类似的模块版本。未标记(untag)的修订版可以使用“伪版本”之类的来引用:v0.0.0-yyyymmddhhmmss-abcdefabcdef,其中时间是UTC的提交时间,最后的后缀是提交哈希的前缀。

  3. go.sum应该被检入到版本库中吗?
    是。

鉴于本人近期较忙,又不希望让博客长草,近一段时间会挑选翻译一些笔者认为比较优秀的外文文章分享给大家。

本文翻译自《Package management in Go – brief overview of package management in Go — pre and post Go modules》


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