树莓派一代安装Alpine Linux

我尝试实现 最小和最低成本Kubernetes 使用 树莓派一代 这种非常古老和廉价的设备，实现分布式容器系统，来运行各种服务。为了尽可能降低对硬件的要求，选择 Alpine Linux 作为操作系统。

树莓派一代 是32位硬件，所以在 Alpine Linux 官方下载 下载 armhf 版本，并在本文记录安装部署过程。

下载和镜像

下载 alpine-rpi-3.15.1-armhf.tar.gz

注解

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

注解

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/sda

执行磁盘划分，完成后如下:

sys安装模式alpine linux分区
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Disk /dev/sda: 15.06 GiB, 16172187648 bytes, 31586304 sectors
Disk model: MassStorageClass
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x738a4d67

Device     Boot  Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/sda1  *      2048   526335   524288  256M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/sda2       526336 31586303 31059968 14.8G 83 Linux

  • 磁盘文件系统格式化:

    sudo partprobe
sudo mkdosfs -F 32 /dev/sda1
sudo mkfs.ext4 /dev/sda2

注解

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 sda )，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/sda1 (以下命令案例是刷新后挂载)

    sudo mount /dev/sda1 /mnt

  • 解压缩:

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

完成解压缩后可以看到 Alpine Linux 的 armhf 版本仅占用了不到100M空间:

/dev/sda1       253M   98M  155M  39% /mnt

  • 卸载挂载:

    sudo umount /mnt

启动

  • 将SD卡从USB转接器中取出，插入 树莓派一代 ，然后加电启动

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

主机名和IP分配见 边缘云计算架构

  • 执行 setup-alpine 命令

    • 主机名设置(第一台案例): a-k3s-n-0.edge.huatai.me

    • 树莓派一代 只有一个以太网 eth0 ，配置固定IP地址 192.168.10.10 ，默认网关 192.168.10.1

    • 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)。

遇到几个问题和处理方法

  • 时钟扭曲:

树莓派没有硬件时钟，所以启动时系统时间是错误的，并且由于和正确时间差距太大，导致 chrony (默认ntp服务)不能自动矫正。解决方法是手工执行一次 chronyc -a makestep 客户端命令强制进行时间同步。

注意，时间如果不准确，会导致主机无法连接internet进行软件仓库同步，这会导致进一步无法设置系统。所以在执行 setup-alpine 命令时如果遇到无法更新软件仓库，则应该检查一下系统时钟，并使用上述命令进行矫正。

  • 启动ssh服务后root用户无法远程登陆:

默认 /etc/ssh/sshd_config 没有配置允许root用户使用密码登陆，所以即使 setup-alpine 正确配置了root用户密码，也无法ssh远程登陆。解决方法是修改 /etc/ssh/sshd_config 配置:

#PermitRootLogin prohibit-password
PermitRootLogin yes

然后重启 sshd

  • 更新软件库索引:

    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

注解

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

注解

在 树莓派一代 上执行 setup-disk -m sys /mnt 速度慢到让我吃惊，似乎有什么异常需要解决。待排查

  • 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  # 这是增加挂载分区1
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 (详情见该文) ，所以还需要附加操作。

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