树莓派环境安装Alpine Linux

Alpine Linux for Raspberry Pi

在 Alpine Linux 官方下载 提供了多种安装模式，也提供了不同架构，包括ARM以及特定的树莓派镜像。我在 边缘云计算架构 中采用 Raspberry Pi Atlas 来构建 K3s - 轻量级Kubernetes 实现边缘计算。其中重点探索:

  • RASPBERRY PI: 运行在树莓派裸机上，提供轻量级的OS运行环境

  • MINI ROOT FILESYSTEM: 最小化root文件系统，用于容器和minimal chroots

下载和镜像

下载 alpine-rpi-3.15.0-aarch64.tar.gz

备注

所有的树莓派型号都可以使用 armhf 版本(包括Pi Zero 和 Compute Modules)； armv7 版本是兼容树莓派2B，而 aarch64 则兼容 Raspberry Pi 2 Model v1.2 , 树莓派Raspberry Pi 3 和 Compute Module 3 以及 树莓派Raspberry Pi 4

为了部署 边缘云计算架构 ，采用 sys 模式安装，也就是经典安装模式

准备

  • 在SD卡上划分2个分区:

    • 第一个分区是 fat32 ，只需要 256MB ，需要设置分区为 boot 和 lba 标记

    • 第二个分区是 ext4 分区，SD卡的剩余空间

备注

注意，准备TF卡分区是在独立的Linux主机上，使用TF卡读卡器连接，所以TF卡被识别成 sdb ，等到TF卡安装到树莓派上时，会被识别成 mmcblk0 。这里划分分区时是TF卡读卡器转换过的显示 sdb ，需要注意后文设备名变化。

fdisk /dev/sdb

执行磁盘划分，完成后如下:

sys安装模式alpine linux分区
 1Disk /dev/sdb: 59.5 GiB, 63864569856 bytes, 124735488 sectors
 2Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
 3Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
 4I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
 5Disklabel type: dos
 6Disk identifier: 0x00000000
 7
 8Device     Boot  Start       End   Sectors  Size Id Type
 9/dev/sdb1  *      2048    526335    524288  256M  c W95 FAT32 (LBA)
10/dev/sdb2       526336 124735487 124209152 59.2G 83 Linux

  • 磁盘文件系统格式化:

    sudo partprobe
sudo mkdosfs -F 32 /dev/sdb1
sudo mkfs.ext4 /dev/sdb2

备注

如果使用 Alpine Linux，要使用 mkfs.ext4 需要安装 e2fsprogs 包:

apk update
apk add e2fsprogs

复制Alipine系统

  • 划分完分区的SD卡磁盘(当前是通过USB转接，所以显示为 sdb )，然后重新插入U盘识别挂载，或者刷新分区表后直接挂载 /dev/sdb1 (以下命令案例是刷新后挂载)

    sudo mount /dev/sdb1 /mnt

  • 解压缩:

    cd /mnt
sudo tar zxvf ~/Downloads/alpine-rpi-3.15.0-aarch64.tar.gz

备注

Classic install or sys mode on Raspberry Pi 提到建议在 usercfg.txt 中添加配置:

enable_uart=1

配置激活 树莓派UART串口通讯 ，可以用于后续的串口通讯开发，以及系统调试

备注

对于headless使用，可以添加以下参数使得具有足够内存(对于树莓派bootloader需要32兆内存):

gpu_mem=32

备注

要支持音频，则添加:

dtparam=audio=on

  • 下载 headless overlay file (我使用headless模式，这样可以不用显示器)，存放到文件系统根目录(不需要解压缩):

    cd /mnt
sudo wget https://github.com/davidmytton/alpine-linux-headless-raspberrypi/releases/download/2021.06.23/headless.apkovl.tar.gz

备注

上述 headless 提供了树莓派启动到初始化，只要连接到提供DHCP的 私有云DNS服务(dnsmasq)和共享因特网(ICS) ，能够获得IP地址就能自动启动ssh服务提供远程访问以完成进一步配置

备注

如果是使用无线配置 headless ，则在根目录下创建一个 wifi.txt 格式是:

ssid password

  • 卸载挂载:

    sudo umount /mnt

启动

确定IP地址的方法是检查 dnsmasq 的 /var/lib/misc/dnsmasq.leases 状态文件，例如:

1641849999 b8:27:eb:f8:05:bd 192.168.6.21 localhost 01:b8:27:eb:f8:05:bd

  • 通过ssh登陆主机:

    ssh root@192.168.6.21

此时系统尚未配置root密码，所以可以直接登陆

安装

采用 sys 模式，参考 Classic install or sys mode on Raspberry Pi

  • 执行 setup-alpine 命令

    • 主机名设置(第一台案例): x-k3s-m-1.edge.huatai.me

    • 提示有2个网卡 eth0 wlan0 ，默认选择 eth0 ，并配置固定IP地址 192.168.7.11 ，默认网关 192.168.7.200

我这里遇到一个问题，默认启动 chronyd 作为NTP客户端，但是没有校准本机时间，导致无法连接软件仓库进行更新。原因是我配置了无线网卡DHCP同时又配置了有线网卡静态IP地址，都分配了默认网关，导致无法路由访问internet。修正(暂时关闭有线网络 default gw )路由后，恢复正常时钟同步，才能继续。

  • 注意，最后要在 save config 时回答 none ; 然后还要 save cache

    No disks available. Try boot media /media/mmcblk0p1? (y/n) [n]
Enter where to store configs ('floppy', 'mmcblk0p1', 'usb' or 'none') [mmcblk0p1] none
Enter apk cache directory (or '?' or 'none') [/var/cache/apk]

此时保存的配置实际上在内存中，只要不重启就不会丢失。接下来执行 sys 安装，所有数据都会实际存储到TF卡(持久化存储)。

  • 更新软件:

    apk update

添加 SD 卡分区作为系统分区

由于我们已经在上文中将 /dev/mmcblk0p2 格式化成 ext4 文件系统，现在开始挂载并配置成系统分区:

mount /dev/mmcblk0p2 /mnt
export FORCE_BOOTFS=1
# 这里添加一步创建boot目录
mkdir /mnt/boot
setup-disk -m sys /mnt

备注

这里一定要先执行 export FORCE_BOOTFS=1 设置这个环境变量，否则执行:

setup-disk -m sys /mnt

会提示报错:

ext4 is not supported. Only supported are: vfat

  所以这里我添加了一步:

   mkdir /mnt/boot

虽然文档中没有写，但是我发现没有创建 ``/mnt/boot`` 目录会提示错误::

   /sbin/setup-disk: line 473: can't create /mnt/boot/config.txt: nonexistent directory
   /sbin/setup-disk: line 474: can't create /mnt/boot/cmdline.txt: nonexistent directory

此时提示信息:

ext4 is not supported. Only supported are: vfat
Continuing at your own risk.
Installing system on /dev/mmcblk0p2:
100%
=> initramfs: creating /boot/initramfs-rpi
You might need fix the MBR to be able to boot

  • 然后重新以读写模式挂载第一个分区，准备进行更新:

    mount -o remount,rw /media/mmcblk0p1  # An update in the first partition is required for the next reboot.

  • 清理掉旧的 boot 目录中无用文件:

    rm -f /media/mmcblk0p1/boot/*
cd /mnt       # We are in the second partition
rm boot/boot  # Drop the unused symbolink link

  • 将启动镜像和 init ram 移动到正确位置:

    mv boot/* /media/mmcblk0p1/boot/
rm -Rf boot
mkdir media/mmcblk0p1   # It's the mount point for the first partition on the next reboot

  • 创建软连接:

    ln -s media/mmcblk0p1/boot boot

  • 更新 /etc/fstab

    echo "/dev/mmcblk0p1 /media/mmcblk0p1 vfat defaults 0 0" >> etc/fstab
sed -i '/cdrom/d' etc/fstab   # Of course, you don't have any cdrom or floppy on the Raspberry Pi
sed -i '/floppy/d' etc/fstab
cd /media/mmcblk0p1

  • 因为下次启动，需要标记root文件系统是第二个分区，所以需要修订 /media/mmcblk0p1/cmdline.txt

原先配置是:

modules=loop,squashfs,sd-mod,usb-storage quiet console=tty1

执行以下命令添加 root 指示:

sed -i 's/$/ root=\/dev\/mmcblk0p2 /' /media/mmcblk0p1/cmdline.txt

完成修订后 /media/mmcblk0p1/cmdline.txt 内容如下:

modules=loop,squashfs,sd-mod,usb-storage quiet console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2

  • 重启系统:

    reboot

这里我遇到一个问题 Alpine Linux在树莓派启动”clock skew”报错

系统简单配置

  • 添加huatai用户，并设置sudo:

    apk add sudo
adduser huatai
adduser huatai wheel
visudo

  • 作为服务器运行，关闭无线功能:

    rc-update del wpa_supplicant boot

参考