сегодня в 00:00
Малиновый Прог против Интернета Кирпичей, или Raspberry Pi с графикой на read-only microSD
Аннотация
Запуск Raspberry Pi с полной поддержкой графики на microSD, навсегда остающейся в режиме read-only после установки системы. Отсутствие какой-либо записи данных на флэш-память повышает надёжность устройства, приближая его к промышленному классу изделий. Пошаговая инструкция. Небольшой театр инженерного абсурда для развлечения аудитории.
Мне понадобилось сетевое устройство с открытым кодом и выходом HDMI, и я решил попробовать Малиновый Прог. Да, я именно так предлагаю переводить Pi: Прог. Понятное дело, даже одноплатнику нужна операционка. И вот, захожу я на официальный сайт, ожидая встретить там подробное руководство по созданию суровой, неломаемой Вещи à la turnkey box. Но народ, как ни в чём не бывало, устанавливает Ubuntu (т.е. Raspbian Jessie) прямо на microSD, размещая и swap там же. Как обычный десктоп, face palm.Но то цветочки. Малиновые ягодки — это проекты фоторамок из МалинПрога, требующие обязательного выключения кнопкой. Иначе фоторамка после сбоя питания может не заработать, вместо картинок предлагая воспользоваться fsck. Но и это не предел, под катом читателя ждёт настоящий шедевр инженерного абсурда, найденный автором на просторах сети.
Итак, по стандартной инструкции нормальный одноплатник превращается в раздутый десктоп со средним временем жизни год-полтора, пока изношенная флэшка не сдохнет, превратив в общем-то хороший девайс в кирпич. И большинство людей, похоже, это вполне устраивает. Меня — нет.
Куда мир катится
Прежде чем открывать спойлер, оденьте защитную маску, либо заранее возьмитесь руками за голову.
Неплохой проект, который испортила одна рекомендация
Представьте себе большой телевизор и демонстратор слайд-шоу на базе RPi, но с нейтрализацией скринсейвера аппаратным (!) имитатором ёрзающей мыши. Дескать, в оконном интерфейсе Raspbian тайм-аут скринсейвера больше 720 минут не выставляется. Поэтому, дабы каждые 12 часов не шевелить мышь вручную, народ автоматизирует процесс микроконтроллером, создающим виртуальные «ползки» USB-мыши каждые 4 минуты. Я не шучу, вот реальный проект на RPi, там же ссылка на микроконтроллер ECIO28P, и прошивка взбадривателя имеется.
Ладно, не буду отрицать самостоятельной полезности аппаратного взбадривателя: это реальный лайф-хак для тех, у кого почасовая оплата идёт за сидение перед монитором. Или для поддержания в тонусе какого-нибудь особо
Отключение DPMS, скринсейвера и заодно всех GUI-элементов
Для начала примем, что используется минималистичная оболочка LightDM, и отключим X-серверу DPMS в файле
Флажок
/etc/lightdm/lightdm.conf ... xserver-command=X -s 0 -dpms -nocursor ...Флажок
-nocursor убирает долой из центра экрана неподвижную стрелку курсора. А вместо нейтрализации скринсейвера можно просто закомментировать его запуск в файле ~/.config/lxsession/LXDE/autostart cron(8) с интервалом 718 минут команду xscreensaver-command -deactivate Я поступил просто: принял LightDM с автовходом, но оставил в файле
~/.config/lxsession/LXDE/autostart lxpanel, без pcmanfm, без xscreensaver, с отключённым DPMS и скрытым курсором несуществующей мыши.Минимальную графику очень легко получить командами
apt-get autostart, причём в системе будет всё необходимое для жизнедеятельности стандартных приложений, включая X-сервер, менеджер окон, менеджер сеансов и менеджер дисплея с автовходом пользователя. Но пока это ещё не Вещь, а всего лишь одноплатный десктоп.Задача
Сферический одноплатник в вакууме — это скучно. Не для того на Малиновом Проге целая гребёнка GPIO с I2C/PWM, а также всякие CSI-DSI и сторожевой таймер. Но я в качестве практического примера использую всё-таки сетевой демонстратор с HDMI-выходом, добавив возможность нескольким пользователям по очереди «захватывать» общий экран-табло и транслировать на него свой рабочий стол, не вставая с кресла. Экран повёрнут лицом в сторону гостей, в состоянии покоя тихонечко перебирает случайным образом картинки, выложенные в сети. Если надо показать гостю продукт, один из сидящих за стойкой администраторов временно превращает табло в «зеркало» своего монитора, но потом освобождает его для другого админинистратора. В моём случае это реальный бизнес-инструмент, висящий в реальном торговом зале. Кстати, благодарю пользователя Sauron за подсказку.
Однако, глянув на размер этой публикации, я решил отложить описание прикладного решения (т.е. собственно видеомодуля) в отдельную статью. Пока позвольте сфокусироваться на изначальной задаче: заставить Raspberry Pi загружаться и работать с microSD в режиме read-only, не боясь отключения питания и не запиливая флэш-память мусором.
Теория вопроса
Даже очень серьёзная файловая система с журналом в конечном итоге не может проконтролировать процессы, происходящие внутри SD-носителя при отключении питания. Например, серьёзные SSD-накопители для использования в ЦОД имеют конденсаторы, разряда которых как раз хватает на закрытие последней транзакции записи, и даже остаётся ещё немного. А что с отключением питания в microSD? Я уверен, там конденсаторов достаточной ёмкости нет, зато есть ненулевая вероятность того, что запись страницы NAND-памяти не успеет завершиться. И потом драйвер файловой системы от прочитанного придёт в такое недоумение, что потребуется ручное вмешательство оператора. Вот вам и фоторамка с fsck.
Насколько сложно перевести microSD Raspberry Pi в режим read-only методом Микеланджело, т.е. убирая лишние службы и пакеты? Достаточно просто, если нет графики (ссылка). Но стоит пустить в систему иксы с этими их многочисленными менеджерами всего, начинается долгий и нудный поединок с непредсказуемым результатом. Это вам не иголка в стоге сена, её хотя бы магнитом можно вытянуть. Представьте, что неизвестное количество иголок спрятаны в клубке из колючей проволоки, да ещё обильно присыпаны гвоздями. Какой там поиск иголок, не убиться бы насмерть.
Лемма: для выполнения даже самой элементарной новой функции линукс-система всегда подтянет кучу ненужных зависимостей, причём даже с «лёгкой» графикой рост системной энтропии получается кратный.
Теорема: в любом конечном наборе программных пакетов всегда найдётся бесконечно малый кусок кода, который попытается записать один бесконечно бесполезный бит на файловую систему, смонтированную в read-only, чем вызовет фатальную ошибку, повалит всю систему и перечеркнёт многочасовые усилия оператора.
Решение: UnionFS
Один немец несколько лет назад придумал очень красивый способ собрать все эти иголки в корыто с помощью UnionFS и просто сжигать их в печи при каждой перезагрузке. К сожалению, оригинальный пост уже погиб вместе с хостившим его доменом, но немец точно не одинок. Благодарные читатели сохранили идею, я считаю просто необходимым опубликовать её здесь.
Суть в том, что поверх постоянной «подложки» (read-only файловой системы на microSD) при каждом включении создаётся временная «нашлёпка» в ОЗУ, поглощающая всю ненужную энтропию и «сгорающая» при выключении питания устройства. Файловая система на microSD всё время остаётся read-only, и потому риск её повреждения снижается почти до нуля, как и риск преждевременного износа флэшки. Почему не строго до нуля? Знатоки EXT4, поправьте меня, но драйвер файловой системы всё-таки что-то записывает на носитель при каждом монтировании-демонтировании файловой системы, даже если она монтируется в read-only. И
noatime не поможет.Недостатки
Какие минусы, помимо «сгорания» логов? Устройства без аппаратных часов при старте всегда считают, что на дворе 1 января 1970 года, и пребывают в этом заблуждении вплоть до подъёма сетевого стэка и доступности NTP. Поэтому на момент данной публикации целый ряд файловых объектов «нашлёпки» будут примерно на 46 лет моложе, чем им кажется. С другой стороны, несколько секунд от начала эпохи — уже не ноль.
Обновления безопасности накатывать на такую систему довольно неудобно. Но, опять же, взломать такую Вещь несколько сложнее, чем эксплуатировать уязвимость Adobe Flash в браузере обычного десктопа.
Пошаговая инструкция
Поскольку я впервые в жизни установил Rasbian Jessie и особо не верю в долговечность microSD даже в read-only, то решил записать все шаги подробно. Вдруг понадобится повторить.
DISCLAIMER
Извините за переносы строк. Все команды запускаются с правамиroot, но аккуратный читатель может использовать каждый разsudo. Честно говоря, я не понимаю, зачем каждую команду запускать черезsudo, будто это защитит от чего-то. Вот скажите, когда вы в последний раз *не были* уверены, что хотите удалить данный файл в корзину? Это как выпить пять бокалов пива по пол-литра, но на дорожку ещё налейте один 0.33, пожалуйста, а то мне уже хватит… Я дам неправильный совет: если уж взялись за эти игрушки, выходите наrootкомандойsudo bash, не занимайтесь самообманом.
1. Инициализация
Установите Raspbian Jessie Lite. Утилитой
raspi-config задайте региональные настройки и пароль пользователя pi. Подключите сеть, Debian — дитя широкополосного доступа. Загрузку в графику пока не включайте.apt-key update apt-get update2. Установка и удаление программ
С графикой, установка:
apt-get install --no-install-recommends tightvncserver xtightvncviewer xserver-xorg xinit lxde-core lxappearance lightdm feh xprintidle policykit-1 busybox-syslogd ntpdate watchdog unionfs-fuseУдаление:
dpkg --purge rsyslog apt-get remove --purge wolfram-engine triggerhappy cron anacron logrotate dphys-swapfile fake-hwclock apt-get autoremove --purgeПакеты
tightvncserver, xtightvncviewer, xprintidle и feh понадобились мне для частной задачи, можете обойтись без них.Если без графики, вам *не* понадобятся также:
xserver-xorg xinit lxde-core lxappearance lightdm policykit-1.3. Создание графического окружения
Теперь утилитой
raspi-config можно включить автозапуск в графическом режиме с автовходом, который будет с правами пользователя pi. Чем зацикливаться на sudo, лучше поставить сильный пароль пользователю pi, и не использовать pi для автоматического входа в графический интерфейс. Вместо этого создать пользователя pu и запускать «иксы» с его правами. Причём командный интерпретатор (default shell) этого пользователя лучше либо отключить совсем (поставив /usr/sbin/nologin /usr/local/bin/pu. Об этом я намерен рассказать в другой публикации, посвящённой видеотабло с удалённым управлением по SSH, ради чего и создаётся отдельная учётная запись с пониженными правами. Ещё раз благодарю Sauron et al.adduser --home /home/pu --shell /usr/local/bin/pu --uid 990 --gecos "RPi p-u" --gid 1000 pu mkdir -p /home/pu/.config/lxsession/LXDE cp -p /etc/xdg/lxsession/LXDE/desktop.conf /home/pu/.config/lxsession/LXDE/desktop.conf touch /home/pu/.config/lxsession/LXDE/autostart chown -R pu:pi /home/pu sed -i 's/^#\?xserver-command=.*$/xserver-command=X -s 0 -dpms -nocursor/' /etc/lightdm/lightdm.conf sed -i 's/^#\?autologin-user=.*$/autologin-user=pu/' /etc/lightdm/lightdm.confВместо двух последних команд можете открыть редактором
/etc/lightdm/lightdm.conf ... xserver-command=X -s 0 -dpms -nocursor ... autologin-user=pu ...4. Сторожевой таймер (по желанию)
У меня Raspberry Pi 3 Model B, поэтому ядерный модуль сторожевого таймера зовут так:
modprobe bcm2835_wdt echo "bcm2835_wdt " | sudo tee -a /etc/modulesЗатем добавляем следующую строку в секцию
[Install] в конце файла /lib/systemd/system/watchdog.service [Install] WantedBy=multi-user.targetПосле этого включаем службу:
systemctl enable watchdog.serviceСторожевой таймер в минимальной конфигурации должен сработать, если зависло ядро. Но есть ещё много других вариантов, например, по чрезмерной нагрузке на систему, по истечению памяти, по перегреву системы, по отсутствию сигнального файла и т.д. См. также
watchdog(8) и watchdog.conf(5)5. Параметры старта
Я отключил отображение малинового лого и swap-файл, включил быструю загрузку. Для этого добавил в
/boot/cmdline.txt logo.nologo fastboot noswap. У меня в итоге получилось так:logo.nologo dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait fastboot noswap6. Запечатывание корневой файловой системы Raspberry Pi в read-only
Вот теперь мы добрались, наконец, до главного.
Ниже скрипт, который следует расположить под именем
mount_unionfs где-нибудь в /usr/local/bin chmod 755 или 555). Обратите внимание на суффиксы .orig и .rw, они должны совпадать с подготовкой (далее):#!/bin/sh DIR=$1 ROOT_MOUNT=$(awk '$2=="/" {print substr($4,1,2)}' < /etc/fstab) if [ $ROOT_MOUNT = "rw" ]; then /bin/mount --bind ${DIR}.orig ${DIR} else /bin/mount -t tmpfs ramdisk ${DIR}.rw /usr/bin/unionfs-fuse -o cow,allow_other,suid,dev,nonempty ${DIR}.rw=RW:${DIR}.orig=RO ${DIR} fiИз других инструкций я решил воспользоваться советом и сделать следующее:
insserv -r bootlogs insserv -r alsa-utils rm -rf /var/lib/dhcp/ ln -s /tmp /var/lib/dhcpГрафические приложения очень любят записывать в
/home что-нибудь ненужное, поэтому в дополнение к /etc и /var я включил ещё и /home. Подготовим разделы к переключению в режим UnionFS (внимание на суффиксы .orig и .rw): cp -al /etc /etc.orig mv /var /var.orig mv /home /home.orig mkdir /etc.rw /var /var.rw /home /home.rwНаконец, файл
fstab(5)proc /proc proc defaults 0 0 /dev/mmcblk0p1 /boot vfat ro 0 2 /dev/mmcblk0p2 / ext4 ro 0 1 mount_unionfs /etc fuse defaults 0 0 mount_unionfs /var fuse defaults 0 0 mount_unionfs /home fuse defaults 0 0 none /tmp tmpfs defaults 0 07. Аудит системы и тест
Окиньте взглядом систему, уберите за собой
.bash_history, всякие лог-файлы и т.д. Учтите, что они сейчас могут находиться не там, где обычно (например, в /var.orig var).Перезагрузите систему и посмотрите, что получилось. Если была допущена ошибка, есть большие шансы, что система уйдёт в single user и просто запустит консоль
root. Если файловая система цела, перемонтировать её из read-only в read-write довольно просто:mount -o rw,remount /Если же система загрузилась нормально в read-only и выполняет все функции, поздравляю!
Это родилась Интернет-Вещь.
8. Распечатывание файловой системы
Если нужно распечатать систему, сперва верните коневую систему в состояние read-write (см. выше). Затем закомментируйте в
fstab(5) строки, начинающиеся со слова mount_unionfs, после чего *обязательно* верните на место каталог /var.orig /home.orig /var, потеряете базу установленных пакетов, но ведь именно ради установки обновлений безопасности командой apt-get вы только что распечатали систему, не так ли? Перед apt-get перезагрузите систему и убедитесь в её адекватности. Как запечатывать обратно, знаете;)Альтернативы
Уважаемых читателей, которые знают готовые промышленные образы операционных систем (с поддержкой read-only) для Raspberry Pi и других одноплатных компьютеров, приглашаю делиться в комментариях. Надеюсь, с вашей помощью я смогу информационно обогатить этот раздел и других читаталей, резидентов и гостей уважаемого портала Geektimes:)
Что касается аппаратных альтернатив самому Малиновому Прогу в контексте прикладной задачи (сетевой HDMI-свисток), то я случайно наткнулся на один обзор, который, впрочем, намерен обсудить отдельно. Чисто экономически Raspberry Pi весьма выгоден, это пока главное:)
Ссылки
Make Raspbian System Read-Only
blog.pi3g.com/2014/04/make-raspbian-system-read-only
How to make RaspberryPi truly read-only, reliable and trouble-free
k3a.me/how-to-make-raspberrypi-truly-read-only-reliable-and-trouble-free
Stopping SD Card Corruption on Raspberry Pi's Raspbian
ideaheap.com/2013/07/stopping-sd-card-corruption-on-a-raspberry-pi
Raspberry Pi как информационное табло — с помощью VNC на localhost
habrahabr.ru/post/212661
*Easy Raspberry Pi Based Screensaver/Slideshow for Exhibitions/Store Front
www.instructables.com/id/Easy-Raspberry-Pi-Based-ScreensaverSlideshow-for-E
*у меня вызвал искреннее недоумение шаг 6
ECIO(TM), a powerful USB programmable single chip computer based on PICmicro microcontroller technology
www.matrixtsl.com/product.php?Prod=ECIO28P
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы
ПодробнееЯндекс.Директ
Реклама Подробнее
Похожие публикации
- Получаем настоящее 3D видео с Raspberry Pi 17,7k 40 29
Самое читаемое
- Почему земляне делают глючный софт и железо 6,7k 16 73
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.
Интересные публикации
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы
ПодробнееЯндекс.Директ
Реклама Подробнее
Original Page: https://geektimes.ru/post/283802/
Sent from my iPad
Комментарии (16)