第 02 章 - 樹莓派系統操作與設定

上次更新日期 2022/09/16

樹莓派其實就是個小型主機，裡面有個 Linux 作業系統，相關的動作都是 Linux 指令啊！因為樹莓派的硬體資源不是太好，所以，老是啟用圖形界面是不太妥當的！因此，需要有些額外的設定，讓系統進入變成文字界面，之後再來慢慢調整。沒有要大家學太多 Linux 指令，但是基礎的，還是得要知道才行！

學習目標：

設定 ~/.bashrc 的內容
了解 sudo 的操作
建立一般帳號
使用文字界面 raspi-config 進行樹莓派設定
查看與修改系統時間及網路自動校時
軟體的查詢、安裝
使用 vim 取代 nano 編輯器 (update-alternatives...)

2.1：建立基本操作環境 ~/.bashrc
2.2：了解 sudo 的指令用法與建立用戶
2.3：使用 raspi-config 設定系統 - SSH
2.4：進行時間校正
2.5：軟體安裝與查詢
2.6：簡易的 vim 編輯器
2.7：當週實做

2.1：建立基本操作環境 ~/.bashrc

既然是指令列模式，所以，需要了解一下指令下達的方式：

rasppi@raspberrypi:~ $ 指令 [-選項] [參數]

rasppi@raspberrypi:~ $ ls -l /home
總用量 4
drwxr-xr-x 18 rasppi rasppi 4096  9月 15 14:05 rasppi

一串指令裡面，通常用空白鍵隔開，最前面一定是指令，後面如果開頭是減號或兩個減號，就是選項部份，如果沒有帶減號，通常就是指令的參數，或者是選項的參數。上面的 ls 指令功能是『看檔名』，而 -l 是長串列出， /home 則是查看家目錄位置。

通用指令查詢方式 --help

一般來說，如果你想要知道某個指令的用法，只要輸入『指令 --help 』就可以看到指令用法！相當簡單，例如上面談到的 ls 這個指令：

rasppi@raspberrypi:~ $ ls --help
用法：ls [選項]... [檔案]...
列出指定檔案（預設為目前目錄）的訊息。
如果不指定 -cftuvSUX 中任意一個或--sort 選項，則根據字母大小排序。

必要參數對長短選項皆適用。
  -a, --all                  不隱藏任何以 . 開始的項目
  -A, --almost-all           列出除 . 及 .. 以外的任何項目
      --author               與 -l 同時使用時，列出每個檔案的作者
  -b, --escape               以 C 風格的跳脫序列表示不可列印的字元
....
  -l                            使用較長格式列出訊息
....

例題 2.1.1：熟悉一下 --help 的用法，並記憶一下指令功能！

列出 free 的相關用法，找到上週的 -m 是什麼意思？另外 -h 又是什麼意思？
列出 date 的相關用法，並嘗試找出 date +%Y-%m-%d 的意義為何？
承上，嘗試找出 date +%x' '%X 的意義為何？

使用命令別名建立 ll 等別名指令

如果慣用 RHEL 相關產品的用戶來說，樹莓派沒有 ll 真的很討厭！那可以加入 ll 嘛？可以的，那就是 alias 的功能！直接透過編輯 ~/.bashrc 即可！

rasppi@raspberrypi:~ $ alias
alias egrep='egrep --color=auto'
alias fgrep='fgrep --color=auto'
alias grep='grep --color=auto'
alias ls='ls --color=auto'

rasppi@raspberrypi:~ $ nano ~/.bashrc
# 大概在 90 行附近
alias ll='ls -l'
alias rm='rm -i'
alias mv='mv =i'
# 按下 [ctrl]-x 就可以儲存退出

rasppi@raspberrypi:~ $ source ~/.bashrc
rasppi@raspberrypi:~ $ ll
總用量 80
drwxr-xr-x 2 rasppi rasppi  4096  9月  7 05:43 Bookshelf
drwxr-xr-x 2 rasppi rasppi  4096  9月 15 10:49 Desktop
-rw-r--r-- 1 rasppi rasppi 39056  9月 15 14:50 raspinfo.txt
-rw-r--r-- 1 rasppi rasppi   372  9月 15 11:03 rpdiags.txt
drwxr-xr-x 2 rasppi rasppi  4096  9月 15 10:49 下載
....

若還有其他需求，就自行加入相關的 bash 功能吧！

2.2：了解 sudo 的指令用法與建立用戶

登入樹莓派的時候，預設的帳號就是第一次使用樹莓派時，所建立的用戶就是了。問題是，那個帳號並不是系統管理員，系統管理員的帳號名稱只能是『 root 』我們沒有這個帳號的密碼。

不過不要緊，當初建立一般帳號時，由於有給 sudo 這個群組，因此我們可以透過『 sudo 指令』來操作指令， sudo 後面接的指令，就可以使用 root 的身份來處理。讓我們來查詢看看：

rasppi@raspberrypi:~ $ whoami
rasppi

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo whoami
root

whoami 就如同字面的意思，系統會告訴你目前身份是誰。當我們使用 sudo 在前面時，就可以發現身份變成 root 了！讓我們測試一下，一般用戶建立其他帳號是怎麼回事？

rasppi@raspberrypi:~ $ useradd -G sudo user1
useradd: Permission denied.
useradd：無法鎖定 /etc/passwd；請稍候再試。

系統會告知你，其實是無法執行的 (Permission denied)。那如果在前面加上 sudo 呢？

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo useradd -G sudo user1

rasppi@raspberrypi:~ $ id user1
使用者id=1001(user1) id群組=1001(user1) 組=1001(user1),27(sudo)

這個帳號就建立了。但是，預設的情況下，這個帳號不會有家目錄！所以，建立帳號時，還是得要額外增加一些參數才行！可以這樣做看看：

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo useradd -G sudo -m user2

rasppi@raspberrypi:~ $ id user2
使用者id=1002(user2) id群組=1002(user2) 組=1002(user2),27(sudo)

rasppi@raspberrypi:~ $ ll /home
drwxr-xr-x 18 rasppi rasppi 4096  9月 15 15:04 rasppi
drwxr-xr-x  2 user2  user2  4096  9月 15 15:26 user2

你會發現到家了 -m 的參數後，使用者的家目錄才會建立起來！否則就會失敗啦！那登入時，還需要密碼，設定密碼的方式為：

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo passwd user1
新 密碼：
再次輸入新的 密碼：
passwd：密碼成功變更

密碼得要重複輸入兩次才會成功！最終看到變更成功，才是真的有該密碼的存在喔！那剛剛兩個帳號建立後，想說只是測試用，所以要刪除了，該如何處理？可以用 userdel -r 來處理！

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo userdel -r user1
userdel：找不到 user1 mail spool (/var/mail/user1)
userdel：找不到 user1 的家目錄 (/home/user1)

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo userdel -r user2
userdel：找不到 user2 mail spool (/var/mail/user2)

rasppi@raspberrypi:~ $ id user1
id: 「user1」：無此使用者
rasppi@raspberrypi:~ $ id user2
id: 「user2」：無此使用者

例題 2.2.1：收集你組員的帳號 (英文或者是學號均可)，使用英文小寫搭配數字即可，不要用中文喔！

建立組員的帳號，要注意，組員必須要有家目錄才行
設計組員的密碼，讓組員自己輸入密碼 (記得密碼長度要夠！至少 8 個字元！可以用身份證)

2.3：使用 raspi-config 設定系統 - SSH

除了直接使用 systemctl 來控制系統服務之外，樹莓派本身作業系統提供了 raspi-config 進行一些額外的設定！挺有趣的！在指令列模式直接輸入『 sudo raspi-config 』即可進入『類圖形界面』的畫面，如果從外部連進來，會有點像這樣：

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo raspi-config

1. 進階設定項目： Advancede Options

在系統效能的改善方面，你用方向鍵到『 Advanced Options 』的地方，然後按下 Enter 之後，會有幾個簡單項目可以選擇：

A1 Expaned Filesystem：可以將你的 SD 卡容量完整放大！
A2 GL Driver：可以選擇 G2 GL (Full KMS) 的項目來完整支援 OpenGL，圖形界面會有比較好的展示
AA Network Config：建議選擇 2 NetworkManager，之後我們可以來自己設定網路喔！

2. 界面設定： Interface Options

一開始還真的看不懂這啥東西！後來點進去才知道，原來是各個界面的連線方式，其實，可以說是遠端連線協定設計啦！因為我們已經提供了用戶帳密，接下來就得要讓使用者可以登入系統才行！目前建議使用有加密的 SSH 來連線！因此，點選 Interface Options 之後，進入 I2 SSH 的項目，並按下『是』，系統會給你『不好的密碼規則會讓你的樹莓派很危險』的展示... 記得要注意使用者的密碼長度才行！

大致上的設定就是這樣！有興趣的同學再自己慢慢摸索～其實設定挺有趣的！最後用 [tab] 按鈕到『 finish 』的按鈕上，就可以離開了。如果你剛剛的設定有比較重要的，那系統會提示你得要重新開機！那你就重新開機吧！如果是遠端登入的同學要重新開機，可能得要從指令列下達『 sudo reboot 』才行喔！

例題 2.3.1：確認使用 ssh 登入樹莓派：

使用 sudo netstat -tlnp 指令，看看有沒有 0.0.0.0:22 字樣的輸出，若有，代表 ssh 啟動了
使用 ifconfig eth0 會得到你的樹莓派 IP 位址
在 windows 的執行，輸入 cmd 指令，會跳出 DOS 視窗
在 cmd 環境下，使用 ssh user@your.pi.ip 來登入到樹莓派
若 cmd 的游標不見了，可以透過拉動視窗大小，就可以重新繪出游標。
使用 w 就可以看到登入系統的用戶們

2.4：進行時間校正

因為樹莓派不像一般主機，主機板上面通常有個小電池，可以提供一點點電力，以維護系統時間的紀錄與正確性。樹莓派沒有這顆電池，所以，重新開機之後，在沒有網路的情況下，樹莓派的時間都會是錯誤的！那如何觀察時間呢？如果在沒有圖形界面的情況下，我們可以使用 date 指令來查看時間：

rasppi@raspberrypi:~ $ date
西元2022年09月16日 (週五) 11時12分02秒 CST

你會發現，咦！時間沒有問題啊！這是因為我們上課所使用的樹莓派環境有網路啦！而樹莓派會主動的通過 NTP (Network Time Protocal) 協定，自動的跑去網路上找到正確的時間伺服器，進行時間的校正。讓我們來查看下目前的時區與時間校正主機吧！

rasppi@raspberrypi:~ $ timedatectl
               Local time: 五 2022-09-16 11:14:00 CST  <==目前本地時間
           Universal time: 五 2022-09-16 03:14:00 UTC  <==格林威治標準時間
                 RTC time: n/a
                Time zone: Asia/Taipei (CST, +0800)    <==目前系統的所在時區
System clock synchronized: yes                         <==網路校時是成功的！ (yes)
              NTP service: active                      <==目前有網路校時功能 (active)
          RTC in local TZ: no

查看目前的時間伺服器設定狀態

既然目前的時間是正常的，表示我們有規劃好時間伺服器才對，那麼這個時間伺服器的設定為何？我們依舊可以透過 timedatectl 來查看：

rasppi@raspberrypi:~ $ timedatectl show-timesync
FallbackNTPServers=0.debian.pool.ntp.org 1.debian.pool.ntp.org 2.debian.pool.ntp.org ...
ServerName=0.debian.pool.ntp.org
ServerAddress=118.163.81.62
RootDistanceMaxUSec=5s
PollIntervalMinUSec=32s
PollIntervalMaxUSec=34min 8s
PollIntervalUSec=34min 8s
NTPMessage={ Leap=0, Version=4, Mode=4, Stratum=2, Precision=-25, RootDelay=442us, ...
Frequency=78074

rasppi@raspberrypi:~ $ timedatectl timesync-status
       Server: 118.163.81.62 (0.debian.pool.ntp.org)
Poll interval: 34min 8s (min: 32s; max 34min 8s)
         Leap: normal
      Version: 4
      Stratum: 2
    Reference: C0A80002
    Precision: 1us (-25)
Root distance: 32.813ms (max: 5s)
       Offset: -1.180ms
        Delay: 7.434ms
       Jitter: 1.188ms
 Packet count: 44
    Frequency: +1.191ppm

很簡單的發現了使用的 Server 來自於『0.debian.pool.ntp.org』這個時間伺服器主機名稱。但是某些情況下，你的主機指定的時間伺服器，需要是工作單位內的 IP 才可以！舉例來說，崑山科大建議校內的所有伺服器，其時間伺服器需要指定到 ntp.ksu.edu.tw 這台才可以！所以，我們得要修改一下這個設定值。

使用 root 權限進行時間伺服器修改

修改時間伺服器位址，需要有 root 權限才行！需要修改設定檔喔！假設大家尚未學過 vim 這個工具那麼至少得要會 nano 這個編輯軟體才行。修改的設定檔在 /etc 底下，處理方法有點像這樣：

# 1. 先修改設定檔：
rasppi@raspberrypi:~ $ sudo nano /etc/systemd/timesyncd.conf
[Time]
#NTP=
FallbackNTP=ntp.ksu.edu.tw
#FallbackNTP=0.debian.pool.ntp.org 1.debian.pool.ntp.org 2.debian.pool.ntp.org...
#RootDistanceMaxSec=5
#PollIntervalMinSec=32
#PollIntervalMaxSec=2048

# 2. 重新啟動時間同步的服務
rasppi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl restart systemd-timesyncd.service

# 3. 觀察時間伺服器有沒有更新？
rasppi@raspberrypi:~ $ timedatectl timesync-status
       Server: 120.114.100.1 (ntp.ksu.edu.tw)
Poll interval: 1min 4s (min: 32s; max 34min 8s)
         Leap: normal
      Version: 4
      Stratum: 3
    Reference: 76A3513E
    Precision: 4us (-18)
Root distance: 87.951ms (max: 5s)
       Offset: +5.696ms
        Delay: 752us
       Jitter: 0
 Packet count: 1
    Frequency: +15.092ppm

這樣就確定時間更新來源是在你的樹莓派附近！

2.5：軟體安裝與查詢

在有網路存在的情況下，我們可以簡單的透過樹莓派官網提供的軟體倉儲系統，很快速的找到、安裝我們所需要的軟體喔！所需要的指令也只有 apt-cache 以及 apt-get 兩個而已！

使用 apt-cache 搜尋軟體

基本上，在樹莓派上面的所有軟體都會有軟體名稱、軟體簡介、軟體說明等資料，我們可以透過關鍵字來找到軟體名稱～例如，我們想要知道有沒有軟體跟 GPIO 這個關鍵字有關時，可以這樣做：

rasppi@raspberrypi:~ $ apt-cache search gpio
airspyhf - HF+VHF software defined radio receiver - user runtime
ledmon - Enclosure LED Utilities
....
python3-pigpio - Python module which talks to the pigpio daemon (Python 3)
raspi-gpio - Dump the state of the BCM270x GPIOs
raspi-gpio-dbgsym - debug symbols for raspi-gpio

上面出現的訊息，主要是『軟體名稱 - 軟體簡介』而已，詳細的軟體說明並沒有輸出！所以，你才會看到前面兩行，例如 airspyhf 軟體顯示上，並沒有出現任何 GPIO 的關鍵字啊！如果，你確定只要輸出軟體名稱含有 GPIO 的關鍵字，而不要找尋軟體說明的內容，那可以加上 --names-only 來搜尋即可：

rasppi@raspberrypi:~ $ apt-cache --names-only search gpio
gpiod - Tools for interacting with Linux GPIO character device - binary
libgpiod-dev - C library for interacting with Linux GPIO device - static libraries and headers
....
python3-pigpio - Python module which talks to the pigpio daemon (Python 3)
raspi-gpio - Dump the state of the BCM270x GPIOs
raspi-gpio-dbgsym - debug symbols for raspi-gpio

你就會發現到，軟體名稱一定會有 GPIO 的關鍵字存在囉！

使用 apt-get 進行安裝/升級等行為

要安裝軟體，直接用 apt-get 來處理即可！apt-get 常用的功能主要有：

apt-get upgrade ：全系統自動升級
apt-get install [軟體名稱] ：安裝某個軟體
apt-get remove [軟體名稱] ：移除某個軟體

例題 2.5.1：全系統升級與安裝 vim 軟體

進行一次全系統升級
嘗試找出軟體名稱含有 vim 的軟體
安裝 vim 這個軟體

2.6：簡易的 vim 編輯器

與 nano 不同的是，使用 vim 可以進行『程式編輯器』的功能！尤其 vim 可以進行一些設定檔的處置時，會有顏色的變化，在編輯上面，會比較輕鬆愉快！基本上，操作 vim 你一定要知道的是，vim 一定要接檔名！否則，會出現黑壓壓的一片～另外，按下 i 可以進入編輯，按下 [esc] 可以離開編輯，按下 : 可以進入指令列模式，指令列模式 :w, :q 可以儲存、可以離開，使用 :q! 可以不儲存離開等等！

首先，我們使用 vim 來編輯之前曾經用 nano 打開的檔案，看看內容長怎樣呢？

rasppi@raspberrypi:~ $ vim /etc/systemd/timesyncd.conf

先看左下角，因為我們使用的是一般帳號，因此這裡會出現『唯讀』的字樣。另外，因為 # 符號後面的資料是註解，因此，就會出現成為藍色特殊字體～沒有問題的地方就會是正常文字。離開 vim 時，輸入 :q 即可！相當簡單！常見的 vim 按鈕如下：

i：進入編輯模式
[esc]：離開編輯模式
:q：離開 vim
:w：寫入檔案
:q!：不儲存強迫離開
u：復原前一個動作

例題 2.6.1：簡易操作 vim

使用 vim 打開你的 ~/.bashrc 檔案
前往 92 行左右，看一下我們之前編輯過的內容，使用 alias 的功能
進入編輯模式，並讓 vi 使用 vim
離開編輯模式
儲存檔案
離開 vim

修改預設編輯器

當我們需要用到編輯器的時候，系統會用『預設的編輯器』提供給妳使用！而 Linux 有很多的編輯器，預設就有 nano, vi, vim 等等。樹莓派預設的編輯器 (editor) 應該是 nano 喔！查詢的方法有許多種，我們先來測試看看：

# 1. 直接查詢連結檔
rasppi@raspberrypi:~ $ ll /etc/alternatives/editor
lrwxrwxrwx 1 root root 9  9月  7 05:33 /etc/alternatives/editor -> /bin/nano

# 2. 使用 update-alternatives 查詢：
rasppi@raspberrypi:~ $ update-alternatives --display editor
editor - 自動模式
  連結的最佳版本為「/bin/nano」
  目前連結指向 /bin/nano
  editor 連結現為 /usr/bin/editor
   editor.1.gz 從屬連結為 /usr/share/man/man1/editor.1.gz
....

都可以看到 editor 編輯器為 nano 的！那如果我想要改成 vim (/usr/bin/vim.basic) 呢？可以這樣做看看：

rasppi@raspberrypi:~ $ sudo update-alternatives --set editor /usr/bin/vim.basic
update-alternatives: 在手動模式下以 /usr/bin/vim.basic 來提供 /usr/bin/editor (editor)

rasppi@raspberrypi:~ $ ll /etc/alternatives/editor
lrwxrwxrwx 1 root root 18  9月 16 14:13 /etc/alternatives/editor -> /usr/bin/vim.basic

這樣未來系統就會以 vim 作為基本的編輯器了！

2.7：當週實做

讓 clear 指令執行時，其實是執行 clear -x
讓 cls 指令執行時，也會執行 clear -x
建立名為 myunit2 的帳號，不用給密碼，但是要建立家目錄
查詢目前使用的 NTP 伺服器的 IP (timedatectl 輸出)
嘗試找出軟體名稱具有 x11 關鍵字的軟體
嘗試安裝 x11-apps 這個軟體
嘗試在樹莓派本身上面啟動 xeyes 這個軟體，以及 xclock 這個軟體

...