Ubuntu24.04でROS2 Humbleを快適に使う：LXDで22.04環境を構築

はじめに

現在Ubuntu24.04を普段使いしているが，ROS 2開発では依然Ubuntu22.04が主流である．しかし，デュアルブートで22.04と24.04の二つを用意するのは，切替時に再起動が必要となる面倒さや，リソースの圧迫といった弱点がある．また，仮想環境やDockerコンテナにより，ホストOS上で用意したいOSを起動する方法も存在するが，Docker単体では基本的に単一のサービスやアプリケーションの実行を前提とした設計であり，複数のプロセスやsystemdを含むフル機能の開発環境をそのまま扱うには工夫が必要となる．特にROS 2開発では，ノードの実行に加えてrvizやrqtといったGUIアプリケーション，さらには複数ノードの同時実行など，通常のLinux環境として扱いたい場面が多く，Dockerを用いた環境構築では構成が複雑になる．

そこで，本記事では，Ubuntuにおけるコンテナ管理ツールであるLXDを用い，UbuntuのホストOS上にもう一つのUbuntu環境を構築する方法を紹介する．LXDは，Dockerと同様にコンテナ技術を利用しながらも，より軽量な仮想マシンに近い形でOS環境を扱うことができ，systemdを含む通常のLinux環境をそのまま利用できる点に特徴がある．

LXDの特徴

Dockerと仮想マシンのいいとこどりで，軽量な仮想マシンのように扱える

LXDは仮想マシンと違いシステムコンテナであり，ホストOSのカーネルを共有して動作する．そのため，ゲストOSのように独立したカーネルを起動する必要がなく，起動時のオーバーヘッドが非常に小さいという特徴がある．起動時のメモリ使用量について筆者が試したところ，何もしていない場合では約80MBのメモリ使用量であった．

また前述のように，Dockerは単一のアプリケーションの実行に使われるのが基本であるため，ROS 2開発でよく行われる仮想マシン的な使い方はあまり向いていない．

LXDではDockerと同様に手軽にOSを用意でき，コンテナなので仮想マシンよりも軽量であるため，Dockerと仮想マシンのいいとこどりのような感じである．

なお，LXDは仮想マシンも管理することができる．

引用: https://ubuntu.com/blog/lxd-5-easy-pieces

構成

今回構築する構成は以下の通りである．なお，ホストOSはUbuntu推奨である．

	OS	ROS 2
ホストOS	Ubuntu 24.04 LTS	Jazzy
LXDコンテナ	Ubuntu 22.04 LTS	Humble

用意されているコンテナイメージは以下のリンクから確認できる．

Ubuntu 22.04 LXDコンテナの構築

LXDをインストールする

sudo snap install lxd

LXDのインスタンスを生成する前に，LXDにおけるネットワークやストレージのセットアップが必要である．基本的にはデフォルトのままでよく，最小構成の場合には—minimalオプションをつける．

sudo lxd init --minimal

sudoを使わずにLXDを操作するためには，ユーザーをlxdグループに入れる必要がある．

以下のコマンドを実行して，設定を反映するために再起動もしくは再ログインする

sudo usermod -a -G lxd $USER

Ubuntu22.04のイメージをサーバーからダウンロードし，Ubuntu-22-04-containerという名前でインスタンス生成を行う．lxc launchはlxc initとlxc startをまとめて実行するので，自動でコンテナが起動される．

lxc launch ubuntu:22.04 ubuntu-22-04-container

コンテナの基本操作

作成されたコンテナの確認

lxc list

コンテナの情報やリソース使用状況を確認

lxc info <コンテナ名>

コンテナの起動・停止

# 起動
lxc start <コンテナ名>
# 停止
lxc stop <コンテナ名>

コンテナへログイン

デフォルトではrootでログインする

lxc exec <コンテナ名> -- /bin/bash

ユーザー権限でログインする場合は，以下のコマンドでログイン

lxc exec <コンテナ名> -- su - <ユーザ名>

コンテナの削除

# まずコンテナの停止
lxc stop <コンテナ名>
# コンテナの削除
lxc delete <コンテナ名>

コンテナのコピー

lxc copy <コンテナ名1> <コンテナ名2>

コンテナのリネーム

# まずコンテナの停止
lxc stop <コンテナ名>
# コンテナのリネーム
lxc move <旧コンテナ名> <新コンテナ名>

Ubuntu 22.04 LXDコンテナの起動

一旦root権限でコンテナに入る

lxc exec ubuntu-22-04-container -- /bin/bash

ROS開発では非rootユーザー推奨であるため，新たにユーザーを作成する．ここではユーザ名をrosとした．パスワードなども設定する．

adduser ros
usermod -aG sudo ros

exitコマンドでコンテナを抜け，ユーザーとして入れるかを確認する．

# コンテナを抜ける
exit
# ユーザーrosとしてコンテナに入る
lxc exec ubuntu-22-04-container -- su --login ros

ログインには1秒もかからない．

X11によるGUIの有効化

LXDコンテナ上でrvizなどのGUIアプリケーションを実行するためには，ホスト側のXサーバとコンテナを接続する必要がある．ここでは，X11を用いてGUIを表示する方法を説明する．

X11ソケットの共有

まず，ホスト側のX11ソケットをコンテナにマウントする．

lxc config device add ubuntu-22-04-container X0 disk \
source=/tmp/.X11-unix \
path=/tmp/.X11-unix

Xサーバへのアクセス許可

ホスト側で以下を実行する

xhost +local:

これにより，ローカル環境からのXサーバ接続が許可される．なお，同一マシン上のすべてのユーザーがXサーバにアクセス可能となるため，特定ユーザーのみに限定したい場合は以下のコマンドを実行する．

xhost +SI:localuser:<ユーザ名>

DISPLAY環境変数の設定

コンテナ内で以下を設定する．

export DISPLAY=:0

GPUの有効化

rvizなどのGUIアプリケーションはGPUを使用するため，コンテナにGPUデバイスを渡しておくと動作が大幅に改善される．

ホスト側で以下を実行する

lxc config device add ubuntu-22-04-container gpu gpu

その後，コンテナを再起動する

lxc restart ubuntu-22-04-container

動作確認

sudo apt update
sudo apt install -y x11-apps
xeyes

目のイラストが表示されればGUIが正常に動作している．

永続化のためのTip

なお，ここまでをまとめると，これからUbuntu環境へログインしGUIアプリケーションが表示できるようにするには，以下のコマンドを実行することになる

# **** ホスト側 **** 
# X11サーバへのアクセス許可
xhost +local:
# ユーザーrosでコンテナにログイン
lxc exec ubuntu-container -- su - ros

# **** コンテナ内 ****
#　DISPLAY環境変数の設定
export DISPLAY=:0

しかし，これらをいちいちログインするたびに打つのは面倒である．よって，筆者は以下のように設定している．

ホスト側

ホスト側で実行する２つのコマンドを~/.bashrcにエイリアスとして定義．ここではubuntu22 というコマンド名にしている．

~/.bashrc

# 末尾に追加
ubuntu22() {
		# xhostの出力を抑制
    xhost +local: >/dev/null 2>&1
    lxc exec ubuntu-container -- su - ros
}

コンテナ内

起動時に自動でDISPLAY環境変数の設定を行う

~/.bashrc

# 末尾に追加
export DISPLAY=:0

これで，好きなコマンドでコンテナにログインし，GUIソフトウェアも扱える．

ROS 2環境の構築

ROS 2環境の構築は普通のUbuntu環境で構築する場合と同じである．ROS 2の公式ドキュメントなどを参考に構築するとよい．

最小限のインストール例

# ロケールの設定
locale
sudo apt update && sudo apt install locales
sudo locale-gen ja_JP ja_JP.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=ja_JP.UTF-8 LANG=ja_JP.UTF-8
echo "export LANG=ja_JP.UTF-8" >> ~/.bashrc

# リポジトリ追加
sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe

# ROS 2リポジトリ登録
sudo apt update
sudo apt install curl
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key \
  -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) \
signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] \
http://packages.ros.org/ros2/ubuntu \
$(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | \
sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

# インストール
sudo apt update
sudo apt install ros-humble-desktop

ROS 2開発やデバイス利用のために，ユーザー適切なグループへ追加しておくとよい

sudo usermod -aG dialout ros
sudo usermod -aG video ros
sudo usermod -aG plugdev ros
sudo usermod -aG render ros

動作確認

コンテナ内でターミナルを２つ用意し，それぞれ以下を実行する

# ターミナル1
ros2 run demo_nodes_cpp talker

# ターミナル2
ros2 run demo_nodes_cpp listener

listenerがtalkerからのデータを取得できていることを確認

rvizも起動してみる

rviz2

ちゃんと表示されることを確認した．UIを操作してみてもまったく遅延はなく，LXDの恩恵を受けられていると感じる．

Gazeboといったシミュレーションも問題なく扱える．