Raspberry Pi 3/4にUbuntuをインストール

概要

Ubuntu Server/Desktopのインストールについての説明．
このページはUbuntu Serverのインストールがメイン．素直にDesktopをインストールする場合は，UbuntuのRaspberry Piページのトップの位置あたりにある「desktop」を選択してtutorialを見た方がよい．

モチベーション

ROS2の少人数ゼミを行うときに，PC使うのではなくRaspberry Pi使った方が

• 安上がりじゃないか？
• ハードウェア扱うのに接続性が良くないか？
• 面白いんじゃない？

と思ったから．

ネットワーク環境の変動に対する考え方

raspberry piの場合，使用状況が色々変わる．持ち運びも考慮に入る．これにより状況によってネットワーク環境が変わることが想定される．ROSで遊ぶならDNS/DHCPなくても扱えるようにしたい．

無線LANの場合

無線LANで接続できる場合，IPが自動で割り振られる状況のみを想定する．IPが自動で割り振られない場合，そもそも無線サービスが使えないと考え，IPが割り振られれず利用できないままにしておく．

• 対処
  • ネットワーク設定にてdhcpによる割り振りを行う(netplanのyaml設定ファイルでdhcp4: trueとする)．
  • IPが変わる可能性があるので，ssh接続などは名前解決で行う．dnsがない可能性も考え，avahi-daemonによる名前解決を行う．

有線LANの場合

有線LANの場合，以下の状況が考えられる．

1. LANケーブルが刺さっていない
2. dhcpサーバによりIPが自動で割り振られる
3. dhcpサーバのないネットワークに接続しちゃった
4. 固定IPを設定しなければならないネットワークである

このうち，4.は考えず，1.から3.で適当にIP割り振っちゃっていい状況を対象とする．
わりとraspberry piを持ち運んだりして状況が変わると，1.になったり2.になったり途中で状況が変わるけど，それでも動くようにしたい．

• 対処
  • link-localによるプライベートIPの自動割り振り(169.254.0.0/16)を行う(netplanのyaml設定ファイルでlink-local: [ipv4]を使う)
  • avahi-daemonによる名前解決を行う(無線LANと同じ)

Ubuntu Serverのインストール・設定

microSDカードへのインストール

UbuntuのRaspberry Piページが充実している．このページの「Download Ubuntu Server」や「Download Ubuntu Desktop」からダウンロードしても良いが，トップの位置あたりにある「desktopやserver」を選択してtutorialを見た方がよい．ここではserverを選択．

Raspberry Pi Imagerによるインストール方法

server通りに実行．特に気を付けるところは以下の通り．

Raspberry Pi Imager for Windowsにて．Mac, Unixはserverに説明あり．

• CHOOSE OS
  • Other general purpose OS
    • Ubuntu ServerLTS(RPi 3/4/400) 64bit版のお好きなバージョンを選択
• 右下の歯車マークで事前に色々設定可

Ubuntu Serverの設定

起動・ログイン

microSDカード，HDMI，キーボード/マウスをつなげてRaspberry Piを起動すると普通のUbuntuインストールとなる．まずは普通のインストールを終わらせる．

最初の起動後，ID・パスともにubuntuでログインするかSDカードへの書き込み時に設定したID・パスでログインする．
ただ，最初は種々の設定を書き込む時間が必要で，すぐにログインできないかもしれない．数分待って画面半分くらいになんかメッセージが出たらログインできるようになる．

ネットワーク関連設定

基本設定

普通のインストール後に追加で設定．

• 設定ファイル
  • /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
• 今回の例
  • 有線・無線ともにDHCPにて自動割り当て
  • 無線LANのssidをmyssid，セキュリティキーをmypassとして説明するので適宜自分用に読み替え
  • renderer: networkdを使用¹

50-cloud-init.yaml

network:
    version: 2
    renderer: networkd
    ethernets:
        eth0:
            dhcp4: true
            dhcp6: true # 使わないならfalse
            link-local: [ ipv4, ipv6 ] # v6いらないなら [ ipv4 ]でおけ
    wifis:
        wlan0:
            dhcp4: true
            dhcp6: true # 使わないならfalse
            access-points: # 複数のssidを登録可
                "myssid":
                    password: "mypass"

設定後，以下のコマンドでネットワーク設定の有効化．

terminal

$ sudo netplan apply

非公開SSIDへの接続，パスワードの暗号化などは以下が参考となる．

• Raspberry Pi 4 (Ubuntu Server 20.04.1 LTS ) で非公開SSIDのアクセスポイントに接続する

avahi-daemon²

terminal

$ sudo apt install avahi-daemon
$ sudo systemctl enable avahi-daemon
$ sudo systemctl start avahi-daemon

• /etc/hostnameで名前を指定³
• 同じネットワーク内で名前が被らないように気を付ける
• 以下はとりあえずの例

/etc/hostname

pi001

これでホスト名.localでアクセス可能となる．この例の場合，pi001.localでアクセスできるようになる．
注意点として，ホスト名の中に.(ピリオド)は使えない．例えば，pi.001とはできない(pi.001.localでアクセスできない)．

その他通常の設定

念のため

入っていると思うが念のためインストール

$ apt install ssh git

hostnameの設定

設定

$ sudo hostnamectl set-hostname [コンピュータ名]

一時的な設定(再起動すると元に戻る)

$ hostname [コンピュータ名]

確認

$ cat /etc/hostname

時刻合わせ

• 設定ファイル編集

/etc/systemd/timesyncd.conf

NTP=ntp.nict.jp
FallbackNTP=ntp.ubuntu.com # 複数指定する場合にはスペース区切りで続けて記述

terminal

$ timedatectl set-ntp true
$ sudo systemctl enable systemd-timesyncd.service
$ sudo timedatectl set-timezone Asia/Tokyo
$ sudo systemctl restart systemd-timesyncd.service

ロケール・キーボード・スワップファイルの設定

ここを参考．

terminal

$ sudo locale-gen ja_JP.UTF-8
$ sudo dpkg-reconfigure -f noninteractive locales
$ echo "LANG=ja_JP.UTF-8" | sudo tee /etc/default/locale

/etc/default/keyboardを編集

• XKBMODEL="jp106"にする
• XKBLAYOUT="jp"にする

スワップファイルはメモリの使用状況をみて必要なら行う．

terminal

$ sudo fallocate -l 1g /swapfile
$ sudo chmod 600 /swapfile 
$ sudo mkswap /swapfile 
$ echo '/swapfile swap swap defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab
$ sudo swapon -a

2行目で1GBのスワップファイルを作成している．

システムアップデート⁴

terminal

$ sudo apt update && sudo apt upgrade

Tips

• Atomを使ってリモートでRaspberry Pi上のファイルを編集・実行
  • RaspberryPi内のPythonファイルをAtomのリモート機能で編集したら最高だった

デスクトップ環境のインストール

注意

もしDesktopのバージョンの問題(特定のバージョンが手軽にインストールできない等)がある場合，

1. Ubuntu Serverをインストール
2. デスクトップ環境(xubuntu)をインストール

と段階的に行う．この場合は以下の手順を参考に．
もし問題がなく，インストールしたいDesktop環境がRaspberry Pi Imager for Windowsでインストールできなるのであれば，チュートリアル通りに進めた方がよい．

段階的に行う場合の話

デスクトップ環境はひとつのアプリケーションなので色々インストールできる．serverの5. Install Desktopから選択できるものを紹介しているblogなどに飛べる．ちょっと紹介文が面白い．
ここではxubuntuを選択．

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade
$ sudo apt install xubuntu-desktop

xubuntuインストール途中の選択

• ディスプレイマネージャ
  • gdm3
  • LightDM
    • こっちの方がいいかな？

ディスプレイマネージャの変更

$ sudo dpkg-reconfigure gdm3

もしかしたら以下をやるようにメッセージが出るかもしれない．その場合には実行

$ sudo dpkg --configure lightdm

その他

SDカードのイメージ作成・復元

何台ものRaspberry Piを複数の人(学生)が同じ(ような)環境で使いたい場合，いちいちインストール・設定をするのは面倒．
そこで原初のSDカードを作成後，バックアップ(イメージの作成・保存)と復元(イメージからSDカードの作成)を考える．
ソフトウエアはWin32DiskImagerを使用する．リンクからDLしてもよし，以下のコマンドでいれても良し．

windows terminal

winget install --id Win32diskimager.win32diskimager

初手

必要なソフトウエアは全部入れておく．
raspberry pi上でavahi-daemonをdisableにしておく．

raspberry pi terminal

$ sudo systemctl disable avahi-daemon

その後電源落として，raspberry piからWindowsにSDカードを挿し替える．

SDカードのバックアップ(イメージ作成)・復元

有名なソフトなので「Raspberry Pi SDカード バックアップ 復元」などで沢山情報得られる．

後処理

以下について行う．

• raspberry piに挿し替えて起動
• パーティションの拡張
  • Win32DickImagerで復元したらそのまま最大容量まで使えていた．もし使えていないケースの場合，次のSDカードの未使用領域の拡張方法についてが参考になるかも？
• hostnameの変更
  • avahi-daemonを使用するので固有の名前をつける必要があるので必須
• avahi-daemonの有効化
  • 識別のためのhostnameを設定した後にavahi-daemonを有効化

raspberry pi terminal

$ sudo hostnamectl set-hostname [コンピュータ名]
$ sudo systemctl enable avahi-daemon
$ sudo systemctl start avahi-daemon

長期運用のための工夫

• Raspberry PiのSDカードが壊れた！寿命を延ばす方法 5+1選!【運用編を追加】

1. netplanの場合，rendererにnetworkdとNetworkManagerを選択できる．しかしNetworkManagerの場合，dhcp4: trueにするとlink-localのオプションが無効化されてしまう(netplan referenceのlink-localの項)．よってlink-localのオプションを使う場合，networkdにしないといけない． ↩

2. dhcp割り当てなのでIPが変わる可能性があり，IPによるssh接続は面倒となる．そこでホスト名による接続のためavahi-daemonを使う(手持ちのRaspberryPiをサクッとmDNSに対応させる)． ↩

3. 有効化のためのリブートが面倒ならhostnamectlコマンド使おう(server world) ↩

4. 本当はインストール直後にも行う．というか隙あらば行う． ↩