alpine_install_pi_1.rst

树莓派一代安装Alpine Linux

我尝试实现 the_most_smallest_cheapest_k8s 使用 pi_1 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。

pi_1 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

Note

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 , pi_3 和 Compute Module 3 以及 pi_4

为了部署 edge_cloud_infra ，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

Note

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:

alpine_install_pi_1/fdisk_p.txt

• 磁盘文件系统格式化:

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

Note

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 pi_1 ，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 edge_cloud_infra

• 执行 setup-alpine 命令
  • 主机名设置(第一台案例): a-k3s-n-0.edge.huatai.me
  • pi_1 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

Note

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

Note

在 pi_1 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_pi_clock_skew (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   

参考

• Installing Alpine Linux on a Raspberry Pi
• Alpine Linux Raspberry Pi
• Alpine Linux Raspberry Pi - Headless Installation 无显示器安装
• Alpine Linux Classic install or sys mode on Raspberry Pi 系统安装模式 这篇文档是主要的参考
• Setting Up a Software Development Environment on Alpine Linux-
• Is Alpine a good alternative to Raspberry Pi OS (RPi4) when it comes to running a home server + small website (pretty much all Docker-based)?