前言

这学期学的《概率论与数理统计》课有作业需要用到 R，加上双十一从腾讯云搞了一台 2H4G8M 的机器，性能大大提升，因此打算打造一个云服务来运行 Python，同时兼顾 R。

在安装的过程中碰到了超级多的问题，所以下面介绍一下安装的流程，记录一些很久才解决的问题。

系统信息
OS: Ubuntu 20.04
Python: 3.8.10

方案

目前常用的方式是 Anaconda+R(使用 apt 安装)，而 Anaconda 会安装很多不必要的包，而在服务器（无图形界面）使用 apt 安装的 R 中的画图功能需要安装 X11 的相关环境，还不一定能搞定，所以最终采用的方案如下：

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./
├─pycal              Python虚拟环境
├─rsource            R安装包的源代码
├─rcal               自定义安装的R
├─project            项目文件夹
│  ├─R               R项目
│  └─Python          Python项目
└─requirements.txt   Python需要的包

安装

Python 相关环境

安装虚拟环境 

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python -m venv pycal
source pycal/bin/activate
pip install -r requirements.txt

Jupyter 初步配置

  1. 生成配置文件
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jupyter lab --generate-config

如果是 root 用户，可以在后面添加 --allow-root，完成后会返回配置文件位置。

ValueError: Can not patch loop of type <class 'NoneType'>
这是由于 nest_asyncio 的 bug 导致的，将其版本回退为 1.5.1 即可解决。[3]

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pip uninstall nest_asyncio
pip install nest_asyncio==1.5.1
  1. 生成密码
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(pycal) ~/calhub ❯❯❯ ipython
Python 3.8.10 (default, Sep 28 2021, 16:10:42) 
Type 'copyright', 'credits' or 'license' for more information
IPython 7.30.0 -- An enhanced Interactive Python. Type '?' for help.

In [1]: from notebook.auth import passwd

In [2]: passwd("password", 'sha1')
Out[2]: 'sha1:c3354c486202:4ddc858c5be0eef7b78547c6210c0d65df1023e9'
  1. 修改配置

修改配置文件，路径在 2.1 中给出，一般为 ~/.jupyter/jupyter_lab_config.py；在这一步后可以启动 jupyter lab，访问 http://[ip]:port 进行预览。

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c.ServerApp.ip = '0.0.0.0'
c.ServerApp.open_browser = False
c.ServerApp.password = u'sha1:c3354c486202:4ddc858c5be0eef7b78547c6210c0d65df1023e9' # 2.2中得到的加密密码
c.ServerApp.port = 8080 # 自定义端口
c.ServerApp.root_dir = '~/calhub/project' # 自定义工作目录

注意要在服务器的管理面板放行相关端口。

R 相关环境

下载

为了避免 X11 的配置问题，采用编译安装 R 的方式。从 CRAN 下载源代码（推荐清华镜像源），将其解压：

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wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/src/base/R-4/R-4.1.2.tar.gz
tar -zxvf R-4.1.2.tar.gz
mv R-4.1.2 rsource && cd rsource

安装前配置

有问题，多看手册：R Installation and Administration

在安装之前，我们需要先通过 rsource 目录下的 configure 文件生成安装的配置文件，在安装中我们需要指定 Cairo 代替 X11 环境（--with-x=no 和 --with-cairo），同时指定相应的图片格式（如 --with-libpng 代表 png 格式），还可以指定 R 的安装位置（--prefix=your path）。运行 [1]：

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./configure --prefix=~/calhub/rcal --with-libpng --with-jpeglib --with-libtiff --with-x=no --with-cairo

在这一步骤前，请先确认服务器上安装有以下包：libcairo2-dev、libjpeg-dev、libtiff-dev、libpng-dev。

configure: error: No Fortran compiler found
直接安装 Fortran 的编译器即可，如 sudo apt install gfortran。

configure: error: –with-readline=yes (default) and headers/libs are not available
安装 readline：sudo apt install libreadline6-dev

configure: WARNING: you cannot build info or HTML versions of the R manuals
这个问题是无法获取 R 手册的 html 版本，通过 sudo apt install texinfo 解决。

安装 

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make
make check
make install

安装后配置

  1. 确认正常

进入 R 环境（可以将 ~/calhub/rcal/bin 加入环境变量），查看 cairo 是否启用，各类图片是否支持。

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(pycal) ~/calhub ❯❯❯ ./rcal/bin/R
R version 4.1.2 (2021-11-01) -- "Bird Hippie"
...
Type 'q()' to quit R.

> capabilities()
       jpeg         png        tiff       tcltk         X11        aqua 
       TRUE        TRUE        TRUE       FALSE       FALSE       FALSE 
   http/ftp     sockets      libxml        fifo      cledit       iconv 
       TRUE        TRUE        TRUE        TRUE        TRUE        TRUE 
        NLS       Rprof     profmem       cairo         ICU long.double 
       TRUE        TRUE       FALSE        TRUE        TRUE        TRUE 
    libcurl 
       TRUE
  1. 配置 ~/.Rprofile

.Rprofile 文件是 R 的开始配置文件（Startup Configuration），一般情况下在用户目录下建立该文件即可，也可以在工作目录或者 R 的安装目录编写 [2]。通过该文件，我们指定图片默认使用 cairo，安装默认使用清华镜像源。

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## Set default 'type' for png() calls - useful when X11 device is not available!
## NOTE: Needs 'cairo' capability
options(bitmapType='cairo')
options("repos" = c(CRAN="https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/"))
cat("\nWelcome at", date(), "\n")
  1. 安装 Cairo

安装 Cairo，并查看是否支持各类图片格式。（未尝试过不安装是否可以）

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> install.packages("Cairo")
...
> library("Cairo")
> Cairo.capabilities()
   png   jpeg   tiff    pdf    svg     ps    x11    win raster 
  TRUE   TRUE   TRUE   TRUE   TRUE   TRUE   TRUE  FALSE   TRUE

ERROR: configuration failed for package ''Cairo'
服务器没有安装 cairo 的包，通过 sudo apt install libcairo2-dev 解决。

fatal error: X11/Intrinsic.h: No such file or directory
这个包是在编译安装 cairo 过程中需要用到的，通过 sudo apt install libxt-dev 解决。[4]

Jupyter 配置

添加 R kernel

  1. 安装依赖包
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> install.packages(c('repr', 'IRdisplay', 'evaluate', 'crayon', 'pbdZMQ', 'devtools', 'uuid', 'digest'))

installation of package 'devtools'/'gert'/'phangorn' had non-zero exit status
通过单独安装某个包（例如 install.packages("devtools")）的方式，可以获取报错，发现都是因为 git2 导致的，通过 sudo apt install libgit2-dev 解决。[5]

  1. 安装 kernel
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> devtools::install_github('IRkernel/IRkernel')

这一步对网络的要求比较高，可以设置代理进行。

Error in loadNamespace(i, c(lib.loc, .libPaths()), versionCheck = vI[[i]]) : 载入了名字空间'rlang' 0.2.2，但需要的是>= 0.3.0
先卸载 rlang 包，再重新安装：

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> remove.packages(c('rlang'), lib=file.path('包所在位置')) 
# 或
> remove.packages('rlang')
> install.packages('rlang')
  1. 添加 kernel
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# 给自己安装
> IRkernel::installspec()
# 给系统安装
> IRkernel::installspec(user = FALSE)

输出会给出 kernel 路径，如 Installed kernelspec ir in ~/.local/share/jupyter/kernels/ir。

Nginx 配置

在完成上述步骤后，可以通过 http://ip:port 的方式进行访问，如果需要绑定域名，我们还需要对 Nginx 进行配置，主要是实现 WebSocker 转发。

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location /
{
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header REMOTE-HOST $remote_addr;
    
    # 持久化连接相关配置实现wss转发
    proxy_connect_timeout 30s;
    proxy_read_timeout 86400s;
    proxy_send_timeout 30s;
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
    proxy_set_header Connection "upgrade";
    proxy_redirect off;
    
    add_header X-Cache $upstream_cache_status;
    
    #Set Nginx Cache
    add_header Cache-Control no-cache;
    
}

服务与插件

服务设置

为了使 Jupyter 在后台长期运行，可以选择使用 nohup，或者使用类似于 tmux 的应用，也可以选择创建系统服务：

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## /usr/lib/systemd/system/jupyter.service
[Unit]
Description=Jupyter Lab

[Service]
User=ubuntu
Group=ubuntu
WorkingDirectory=/home/ubuntu/calhub
ExecStart=/home/ubuntu/calhub/pycal/bin/jupyter lab

Restart=on-failure
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

随后运行 sudo systemctl daemon-reload 重载以下，后面就可以通过以下命令控制 Jupyter:

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sudo systemctl start jupyter    # 启动
sudo systemctl enable jupyter   # 设置开机自启
sudo systemctl status jupyter   # 查看状态
sudo journalctl -u jupyter      # 查看日志

插件安装

Jupyter Lab 拥有众多的插件，在左侧的 Extension Manager 中可以对插件进行管理。目前安装了两个较为需要的插件。

lsp

Coding assistance for JupyterLab (code navigation + hover suggestions + linters + autocompletion + rename) using Language Server Protocol

  1. 首先安装插件本体：
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pip install 'jupyterlab>=3.0.0,<4.0.0a0' jupyterlab-lsp
  1. 根据需要安装 LSP language server，例如我需要 Python 以及 R 语言：
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pip install 'python-lsp-server[all]'
R -e 'install.packages("languageserver")'
  1. 重启 Jupyter Lab 服务

system-monitor

  1. 安装插件本体：
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pip install jupyterlab-system-monitor
  1. 修改 Jupyter 配置 ~/.jupyter/jupyter_lab_config.py：
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# memory
c.ResourceUseDisplay.mem_limit = <size_in_GB> *1024*1024*1024

# cpu
c.ResourceUseDisplay.track_cpu_percent = True
c.ResourceUseDisplay.cpu_limit = <number_of_cpus>
  1. 修改插件配置：在 Settings 中选择 Advanced Settings Editor，找到 System Monitor，在右侧写入自己的配置：
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{
    // CPU Settings
    // Settings for the CPU indicator
    "cpu": {
        "label": "CPU Usage: "
    },

    // Memory Settings
    // Settings for the memory indicator
    "memory": {
        "label": "Memory Usage: "
    },

    // Refresh Rate (ms)
    // Refresh Rate to sync metrics data
    "refreshRate": 1000
}

附录

演示


requirements 内容 

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numpy
pandas
matplotlib
tables
astropy
handcalcs
jupyterlab

保存文件失败

  1. 防火墙设置

宝塔的专业版防火墙和免费 Nginx 防火墙都有 POST 最大参数限制，查看错误日志（如 /www/wwwlogs/free_waf_log/）发现有参数值长度超过20w已被系统拦截的字样，则说明防火墙出现问题，修改 /www/server/free_waf/init.lua 中的 200000 为更大的数字即可。

  1. websocket 问题

可参考官方推荐配置：

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map $http_upgrade $connection_upgrade {
        default upgrade;
        ''      close;
}

server {
        listen 80;
        server_name jupyter.somewhere.cool;

        location / {
                proxy_pass            http://localhost:9999;
                proxy_set_header      Host $host;
                proxy_http_version    1.1;
                proxy_set_header      Upgrade $http_upgrade;
                proxy_set_header      Connection $connection_upgrade;
        }
}
  1. 权限问题

请确认运行 jupyter lab 的用户拥有.ipynb 文件的读写权限。

参考资料

  1. 【上云第 1 期】访问云上的 jupyter 环境（保姆级搭建教程）
  2. Linux 环境下 R 语言安装笔记
  3. jupyter 中加入 R 语言 kernel 操作指南

  1. Compile R with Cairo support without X11 ↩︎

  2. startup: Friendly R Startup Configuration ↩︎

  3. Can not launch notebook after nest_asyncio upgraded to 1.5.2 ↩︎

  4. 【解决】fatal error: X11/XXXX.h: No such file or directory ↩︎

  5. Ubuntu, how to deal the error “<stdin>:1:10: fatal error: git2.h: No such file or directory”? ↩︎