2020-08-06 在hyper-V安装ubuntu并运行CellRanger count流程

准备工作

我的组装台式机主要配置

• 英特尔（Intel）i9-9820X 酷睿十核 盒装CPU处理器 （10核20线程）
• 微星（MSI）X299 GAMING PRO CARBON主板 （IntelX299/LGA 2066）
• 金士顿(Kingston) DDR4 2400 16GB 台式机内存条 骇客神条 Fury雷电系列 8条 （128GB）
• 西部数据(WD)黑盘 4TB SATA6Gb/s 7200转256M 台式游戏硬盘(WD4005FZBX)

主机系统

Windows 10 Pro

Linux 发行版iso镜像

Ubuntu 20.04 LTS desktop
我的Linux命令行技术实在太差，就用桌面版了。如果为了追求极限的运算性能肯定还是Server版好一些。

安装Ubuntu虚拟机

启用Hyper-V服务

• 控制面板 -- 程序与功能 -- 启动或关闭Windows功能：把Hyper-V及其子目录全部勾上：

  
  
  

• 重启计算机

• 在开始菜单搜索Hyper-V，打开Hyper-V管理器：

  
  
  

• 我这里已经创建了一些虚拟机：

  
  
  

创建虚拟机

• 在右侧操作窗口点击新建，创建虚拟机：
  

  

• 我的系统盘是SSD，这里需要把虚拟机装在4T的机械硬盘上：

  
  
  

• 选择第二代虚拟机：

  
  
  

• 分配内存：由于我计划要把几乎所有内存都用来跑CellRanger，这里需要把动态内存取消，设置为每次启动时直接将足量内存分配给虚拟机。否则虚拟机向宿主机索取内存时似乎会影响虚拟机中在跑的程序。

  
  
  

• 后面的配置网络和连接虚拟硬盘都不要配置，我们稍后再手动配置：

  
  
  
  
  
  

• 点击完成即可。

创建虚拟交换机

• 回到主界面，点击新建，选择创建虚拟硬盘：
  

  

• 磁盘格式选择默认的VHDX：

  
  
  

• 磁盘类型选择固定大小，以便获得最佳性能：

  
  
  

• 指定虚拟硬盘文件的路径，把它放到虚拟机的位置就可以：

  
  
  

• 指定虚拟硬盘大小，给够1.5个T：

  
  
  

• 依次点击下一步、完成即可完成创建。由于我们选择的是固定分配大小，这个写入过程会非常长，我记得花了大约2小时。

创建虚拟交换机

Hyper-V的虚拟机需要创建虚拟交换机才能使用互联网

• 回到主界面，点击虚拟交换机管理 -- 新建虚拟网络交换机：
  

  

• 设置虚拟交换机为外部网络。我用的是有线网络，所以就选主板上自带的那个接口。如果是用WIFI，需要选到相应的无线网络适配器。

  
  
  
  
  

  这样应该是相当于虚拟机直接使用物理机的网络适配器，就能连接外网了。

设置虚拟机

这里就以我之前已经创建好的虚拟机ubuntu设置为例：

• 选中指定虚拟机，点击设置：

  
  
  

• 弹出以下窗口：

  
  
  

• 首先设置CPU，我把18/20的逻辑处理器全部分配给了虚拟机：

  
  
  

• 设置SCSI控制器，我们需要分别添加硬盘驱动器和DVD驱动器（用于加载Ubuntu的安装镜像）：
  

  

• 选择硬盘驱动器，点击浏览把之前创建的虚拟硬盘路径添加进来（根据你创建硬盘时的设置）：
  

  

• 选择DVD驱动器，添加Ubuntu的映像文件：
  

  

• 点击网络适配器，选择我们自己创建的虚拟交换机：
  

  

• 点击下方的检查点，把启用检查点的勾去掉，否则每次关机会把大量的检查点文件写入硬盘。我们通常并不需要这个功能：
  

  

• 点击自动启动操作，选择无：
  

  

• 点击自动停止操作，选择强行关闭虚拟机。 这一点非常重要！ 否则每次还是会把内存中的内容写入硬盘，贼麻烦：
  

  

到这里，虚拟机设置已经完成了。回到主界面，选中你的虚拟机，点击启动即可。由于我们设置了在启动时把95%的内存一次性分配给虚拟机，请务必先关闭各种后台进程，保证足够的空闲内存，否则虚拟机将无法启动！

安装Ubuntu 桌面版

由于写这篇教程的时候我的电脑正在跑CellRanger，这里就用网上的图来举例子好了（https://www.sysgeek.cn/install-ubuntu-20-04-lts-desktop/）。

• 虚拟机启动后，需要点击连接才能与虚拟机交互。

• 如果顺利，此时应当进入Ubuntu的安装界面：

  
  
  
  
  
  

• 这一步注意我们应当改成最小安装，充分把性能用在刀刃上：
  

  

• 后面的就傻瓜式操作了：

  
  
  
  
  
  

• 这里注意，必须选择登录时需要密码，涉及到之后我们设置更好的交互界面：
  

  
  
  
  

• 安装完成后会提示重新启动系统，不要点击重启， 否则同样会将内存中的内容写入硬盘！应当在Hyper-V主界面点击关机。

应当注意的是，在Hyper-V中使用Ubuntu虚拟机，只能在电源处选择关机，再开启，而不能选择休眠或重启，否则会导致关机时将内存内容写入硬盘（亲测十分坑爹！！！）

配置Ubuntu

更新Ubuntu软件

• 在Hyper-V主界面再次启动虚拟机并连接，这时应该能正常进入Ubuntu了。
• 在完成一些个性化设置后，需要更新软件库：

sudo apt update
sudo apt upgrade

• 手动重启一次虚拟机，即可完成更新配置。

配置增强会话

相信大家一定发现Hyper-V自带的交互界面卡顿得令人发指，而且不能在虚拟机和宿主机之间传文件，我们下面通过配置增强会话来解决这个问题。

• 安装 git：

sudo apt install git

• 把以下Github仓库clone下来：

git clone https://github.com/Hinara/linux-vm-tools.git
cd ./linux-vm-tools/ubuntu/20.04/
sudo chmod +x ./install.sh
sudo ./install.sh

• 等待运行完，会提示重启虚拟机，同样不要忘记需要手动重启。
• 重启后，进入该目录再次运行（我印象中这一步似乎不需要了。如果你之前没有更新软件库的话，它会先帮你调用apt更新软件，然后提示你重启，重启后再次运行该文件才会帮你配置Xrog之类的库）：

sudo ./install.sh

• 关闭虚拟机。
• 以管理员打开powershell，运行：

Set-VM -VMName 你的虚拟机名字 -EnhancedSessionTransportType HvSocket

• 再次启动虚拟机并点击连接，应该会弹出Xrog的设置窗口：
  

  

• 点击显示选项，可以在本地资源勾选剪贴板共享
  

  

• 点击更多，可以设置共享硬盘（用来传文件）：
  

  

• 设置完成后，点击连接，输入用户名和密码（这就是为什么我们安装Ubuntu时不要勾选自动登录）：
  

  

• 然后你就可以在Ubuntu中愉快的玩耍了：

  
  

共享文件

• 打开文件夹，左侧栏有一个shared-drives：
  

  

• 里面其实就是你之前设置的可共享本地驱动器，可以用来在虚拟机和宿主机之间传递文件：

  
  
  

至此，我们已经拥有了Linux环境，可以在上面运行CellRanger了！

配置并运行CellRanger

根据10x Genomics官方的教程来做就行了：
https://support.10xgenomics.com/single-cell-gene-expression/software/pipelines/latest/installation

贴一张自己电脑跑CellRanger的截图：

其他

我过去用过VirtualBox搭建虚拟机跑CellRanger，经常在写入BAM文件那一步卡住，感觉是VirtualBox虚拟化技术导致的硬盘I/O问题。Hyper-V作为Type I虚拟机，是直接把Ubuntu系统架在物理机硬件上的，由于缺少虚拟化软件作为中介，理论上说性能应该比Type II虚拟机（Virtualbox或VMware）更好。