📚 课程目录第1章 Singularity介绍与安装

第一章：Singularity介绍与安装

各位，咱们开始这门课的第一个台阶——先把Singularity这个家伙搞清楚到底是个什么东西，然后装到你的机器上，最后跑几个命令验证一下。我一向认为，工具选对了，后面的事能省一半力气。

为什么这一章就讲安装？很简单，后面所有关于Visium聚类部署的事，全在Singularity容器里跑。你装不好它，后面就没法玩。所以这一章，我建议你跟着敲一遍，别跳过。

1.1 什么是Singularity？为什么是它？

Singularity嘛，说白了就是专门给高性能计算（HPC）和科学计算场景设计的容器技术。你想想看，我们在生物信息学里天天面对什么？老旧的集群环境、古怪的操作系统版本、复杂的依赖关系。这时候你拿Docker去跑，权限问题就够你喝一壶的。

我个人习惯在集群上用Singularity，原因有三：

不需要root权限——普通用户就能创建和运行容器
原生支持HPC——能直接调用GPU、InfiniBand、MPI这些硬件资源
交互式运行方便——可以像执行普通程序一样跑容器，不搞花里胡哨

我在项目中遇到过好几次这样的情况：一个用Docker写好的Visium分析流程，拿到集群上一跑，权限报错，挂载失败，折腾了半天。换成Singularity之后，半小时搞定。所以这次课我们直接用Singularity来做Visium聚类部署。

1.2 核心概念：镜像 vs 容器

嗯，这里要区分两个东西。搞清楚了，后面就不容易搞混。

概念	说明
镜像（Image）	一个只读的模板，包含操作系统、软件、依赖和环境
容器（Container）	镜像的实例化运行环境，可读写文件，用完可丢弃

你可以把镜像想象成一个压缩包，容器就是这个压缩包解压后正在使用的那个文件夹。我们在课程里会先构建镜像，再基于它运行容器来执行Visium聚类分析。

1.3 安装Singularity——三种主流方式

安装Singularity其实不复杂，但版本和系统不一样，方法也有差别。我曾经在新配的服务器上因为系统版本太新，踩过不少坑。下面给你三种方式，你挑一个适合你的。

方式一：从源码编译安装

这是最推荐的方式。虽然多敲几行命令，但你能控制安装路径和编译选项。我个人在集群上基本都是这么干的。

先确认你的系统有这些依赖：

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y \
    build-essential \
    libssl-dev \
    uuid-dev \
    libgpgme11-dev \
    squashfs-tools \
    libseccomp-dev \
    wget \
    pkg-config \
    git \
    cryptsetup-bin

然后下载Go语言环境和Singularity源码：

export VERSION=1.19.0
wget https://go.dev/dl/go${VERSION}.linux-amd64.tar.gz
sudo tar -C /usr/local -xzf go${VERSION}.linux-amd64.tar.gz
export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin

git clone https://github.com/sylabs/singularity.git
cd singularity
git checkout v3.11.4

./mconfig
make -C builddir
sudo make -C builddir install

编译完记得验证一下：

singularity version

如果看到类似3.11.4的输出，说明安装成功。

方式二：通过包管理器安装

假如你不想编译，直接用系统包管理器装也是可以的。不过版本可能会滞后一点：

# Ubuntu 20.04+
sudo apt-get install -y singularity-container

# CentOS/RHEL 7+
sudo yum install -y singularity-container

# EPEL源
sudo yum install -y epel-release
sudo yum install -y singularity-container

小提示：包管理器安装的通常不是最新版。如果你后面要跑Visium相关的镜像，建议至少用Singularity 3.8以上版本。

方式三：使用Singularity容器镜像

听起来有点绕对吧？但确实可以在一台已经装了Docker的机器上，用Docker跑Singularity：

docker run -it --rm \
    -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock \
    sylabsio/singularity:3.11.4

这种方式适合快速测试，不推荐用于生产环境。

1.4 基础命令——先跑起来看看

装好之后，别急着学高级用法。先敲几个基础命令，感受一下Singularity是怎么工作的。

我建议你从拉取一个简单镜像开始：

# 从Docker Hub拉取一个Ubuntu镜像
singularity pull docker://ubuntu:22.04

# 查看镜像是否下载成功
ls -lh ubuntu_22.04.sif

你会看到一个.sif文件，这就是Singularity镜像文件格式的产物。后面我们构建Visium分析环境也会生成这个后缀的文件。

接下来，试试交互式启动容器：

singularity shell ubuntu_22.04.sif

# 进入容器后，你可以正常使用Shell
cat /etc/os-release
exit

还有一种更常用的方式是直接运行命令：

singularity exec ubuntu_22.04.sif echo "Hello from Singularity!"

是不是很简单？不需要daemon，不需要sudo，跟执行普通程序一模一样。

1.5 本章知识体系速览

为了让你有个整体印象，我画了一张结构图。它把本章的核心知识点串起来了：

1.6 验证安装——做个快速检查

装完如果不检查一下，心里总觉得不踏实。我用下面这套命令来验证环境是否正常：

# 1. 检查版本
singularity --version

# 2. 检查配置
singularity config global

# 3. 拉一个tiny的测试镜像
singularity pull docker://alpine:latest

# 4. 运行一个命令
singularity exec alpine_latest.sif cat /etc/alpine-release

如果每一步都通过，说明你环境没问题了。

注意：如果你在集群上安装，注意不要与已安装的模块冲突。我曾经遇到过一个情况，系统自带的Singularity版本太旧，编译工具链不兼容，最后只能单独编译安装到用户目录下才解决。

1.7 避坑指南

说几个我踩过的坑，你绕开走：

go版本太老——Singularity 3.11需要Go 1.17以上，否则编译报错
squashfs-tools没装——虽然不致命，但会影响镜像构建性能
用root装完用普通用户跑——这通常是ok的，但要注意/usr/local/bin的路径
在旧内核上跑新版本——比如CentOS 7默认内核3.10，Singularity的一些高级特性可能不支持

1.8 小结

这一章我们走完了Singularity的入门三部曲：了解概念、完成安装、验证命令。记得，我们后面所有的Visium聚类部署工作都将在Singularity容器里完成。所以这一章的内容不是看过就行，而是真的要在机器上跑通。

如果你在安装过程中遇到了问题，可以回头看看前面的安装方式对比，选一个适合你系统环境的路径。别怕麻烦，配置好环境是成功的一半。