まだプログラマーですが何か?

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自宅で動かし続けているラズベリーパイの単体での無停止連続稼働時間が 500 日を超えました:
20171230
(↑ 2017/12/30 時点で 530 日)

無停止で稼働し続けることそれ自体に価値があるとは思っていないのですが、このラズパイからは CPU 温度と CPU 負荷率を1秒ごとに IBM Cloud の Watson IoT Platform に送信し続けており、ずっと記録を残しています(その手順はこちら)。そのデータ元がこのラズベリーパイなので、もう2年近くもデータを連続送信できていることになります。

一方で、「ラズベリーパイは不安定」、「無停止連続稼働にはむかない」という印象を持っている人も少なくないと思います。というわけで自分がこの無停止稼働環境をどうやって運用しているか、(個人的な見解ですが)もしかしたらヒントになりそうな部分を2つ紹介します。

(1) ラズベリーパイ2

使っているモデルはラズベリーパイ「2」です。「3」や「zero」ではありません。個人的には2が一番安定していると思っています。zeroは論外として(苦笑)、3はスペックこそ2よりも上がっていますが、電源供給が不安定という(個人的な)印象です。確かに安定して電源を供給できるケーブルがあれば安定しているのでしょうが、この「安定して電源を供給できるケーブル」を見つけるのがなかなかに難しく、苦労している人も多いと思っています。その点で2はまず問題なく安定した電源供給ができると思っています。実際、自分はラズパイ3も2台持っているのですが、電源供給でかなり苦労しています。

ここまで聞いて「でも2だと標準機能だけでは無線 LAN が使えないからなあ・・」と思った方、次を参照ください。


(2) ネットワークは LAN ケーブル

ラズベリーパイに限りませんが、安定稼働させようとする場合、有線 LAN を使うべきだと思っています。あとトラブル発生時の原因箇所切り分けや、対処に必要な手続きも無線 LAN の方が複雑です。



まとめると「ラズパイ2を使って電源を、そして有線 LAN でネットワークをそれぞれ安定させる」のが鍵ではないかな、と思っています。 が、実際の所はどうなんでしょう?ただラズパイを安定して連続稼働させることに苦労されている方がいたら参考にしてみてください。


ラズベリーパイ(以下「ラズパイ」)は普通にセットアップすると DHCP でセットアップされます。特にラズパイ3では標準で無線LANが使えるので、「無線LANでDHCP」を使う状態でセットアップされるケースが多くなると思います。

ある程度ラズパイを使い続けていると、SSH でリモートアクセスできるようにもして、その結果 DHCP ではなく固定アドレスで使いたくなることがあります。 

無線 LAN が利用できているのでネットワークそのものの設定は有効になっているのですが、DHCP を固定アドレス運用に変える機会があったので、その方法を紹介します。


答は /etc/dhcpcd.conf ファイルに以下の内容を追加する、です:
  :
  :

# 以下をファイルの最後に追加 interface wlan0 static ip_address=192.168.0.10/24 static routers=192.168.0.1 static domain_name_servers=192.168.0.1

※ IP アドレス 192.168.0.10/24 、デフォルトゲートウェイ 192.168.0.1、DNS サーバー 192.168.0.1 で設定した場合の内容です。


この変更をした上でラズパイを再起動すると、設定した固定アドレスで起動します。

先日の Maker Fair Tokyo 2017 でラズパイ用の小型 TFT モニタを購入しました:


Raspberry Pi2 / Pi3用タッチスクリーンTFTモニタセット(3.5インチ)



ラズパイ用のモニタにはメーカーやサイズで色々な種類がありますが、僕が購入したのは Physical Computing Lab という会社から提供されている、3.5 インチモニタ(上図)でした。


ラズパイの用途にもよるとは思うのですが、自分の場合はある程度のセットアップをした後は「リモートからアクセスして開発環境として使う」ことが多いです。それができる環境が1万円弱で揃うってすごい時代になったものです。

なお、今までにラズパイで色々やってきた記録はこちらを参照ください:
http://dotnsf.blog.jp/tag/raspberrypi


さてラズパイに直付けモニタは必要か?というと、上でも触れましたが「ある程度のセットアップが済んでいれば」必要ないと思っています。ラズパイが起動して、ネットワークに繋がっていて、IP アドレスが分かっていればリモートから SSH や VNC などでログインして使えばいいわけです。

問題になるのは「ある程度のセットアップを済ます前」です。例えばラズパイが起動して、ネットワークに接続されていても、その IP アドレスがわからないと外部からは接続できません。(MAC アドレス等を使って)外部から IP アドレスを調べる方法がないわけではないのですが、手っ取り早いのは HDMI ケーブルとキーボード&マウスを繋げて、画面で確認する方法です。つまり「モニターが必要なくなる段階になるまでにはキーボードだけでなく、HDMI モニタとケーブルが必要」なのです。キーボードはともかく、モニターを持ち歩くのは厳しい。このジレンマをなんとかしたくて、ラズパイ一体型の小型モニタを購入してみました。

やりたいことは上記のようにセットアップの最終段階、つまり「起動後の IP アドレスの確認」です。この目的のためであれば Window システムを使った GUI である必要はなく(むしろ画面が小さくて使いにくいので GUI でないほうがよく)、CUI(キャラクター端末インターフェース)で起動できれば充分です。というわけで、あまり事例のないキャラクター端末としての小型モニタ利用の手順を、(あらかじめ用意された OS イメージではなく)自分の利用中の Raspbian 環境で使う前提でまとめました。


まず普通にラズパイをセットアップします。使っているイメージは Raspbian Jessie の最新版で、マイクロ SD カードも自分で用意したもので構いません。この時点で HDMI を使っていてもいなくても構いません(IP アドレスが固定なら SSH でも構いません)。また TFT モニタはこの時点でラズパイに取り付けておきます(まだ何も写りません)。

まずラズパイでも他のシステムでも構いませんが、以下のページにアクセスして画面下のほうにある「ドライバー一式」という所で、最新版ドライバーのファイル名を確認してください。2017/Aug/08 時点では LCD-show-160811.tar.gz が最新でした:
http://store.techshare.jp/html/page147.html

2017080801


このファイルをモニタをセットアップしたいラズパイにダウンロードします。あらためてラズパイにログインし、以下のコマンドを実行してドライバーをダウンロードします(ファイル名は上記で確認した最新版ファイルの名前を指定してください、GUI であればブラウザから直接ダウンロードも可能です):
$ wget http://techshare.co.jp/raspiosimage/LCD-show-160811.tar.gz

ダウンロードが完了したらファイルを展開します:
$ tar xzvf LCD-show-160811.tar.gz

LCD-show というフォルダが作られ、その中にドライバファイル一式が入ります。最終的な目標は「キャラクター端末としてモニタを利用する」ことなので、まずこの時点でラズパイを CUI モードに変更します(GUI でモニタを使いたい場合はこの時点でラズパイを GUI モードに変更します)。画面モードを切り替える場合は raspi-config コマンドで変更します:
$ sudo raspi-config

最初にメニュー3番目の "Boot Options" を選択します:
2017080801


次の画面で一番上の "Desktop / CLI" を選択します:
2017080802


次の画面で変更したいモードを選択します。今回は CUI モードで、ログインプロンプトを出した状態で起動したいので、一番上の "Console" を選択します(変更した場合はここでラズパイを再起動します):
2017080803



再起動後、改めてラズパイにログインし、ダウンロードしたドライバを読み込ませた状態で HDMI モードで再起動します(LCD-hdmi コマンド実行後に自動的に再起動します):
$ cd LCD-show
$ sudo ./LCD-hdmi

何度か再起動を繰り返してここまできました。最後にラズパイを TFT モニタモードに切り替えます。改めてラズパイにログイン後、モニタのサイズに合わせて LCDxx-show コマンドを実行します(以下の例は 3.5 インチモニタ用):
$ cd LCD-show
$ sudo ./LCD35-show

このコマンドが成功すると、ラズパイに接続された TFT モニタに CUI コンソールが表示されるようになります。キーボードが接続されていればコマンドを入力してその結果を確認することも可能になりました:
2017080800


TFT モニタ(の解像度)がもう少し大きいものであれば話は違ってくると思いますが、この 3.5 インチはラズパイとほぼ同じサイズで、一体感があります。一方で、このサイズのモニタだと GUI で使うこと自体に無理があると感じています。 そうなると今回紹介したように CUI で使うのが現実的かな、と考えています。

で、CUI で使うための手順紹介をあまり見かけなかったので、自分でやって紹介してみた、というのが今回のブログエントリを書いた経緯でした。 同じように考えている皆さんの参考になれば。


自分はラズパイ(Raspberry Pi 3B)をリモートの開発環境として使っています。自宅内ネットワークで常時起動させ、OpenVPN 経由で外からもアクセスできるようにしています。その辺りの設定についてはこちらを参照してください:
OpenVPN でローカル(自宅)ネットワークに VPN 接続する


そんなラズパイに各種開発環境やら docker やら TensorFlow やら、、を導入しています。これで外からも利用できる開発環境を構築しています:
http://dotnsf.blog.jp/tag/raspberrypi


さて、コーディングして動かすところまではこういったツールだけで問題ないのですが、1点だけ不便に感じる点がありました。それが「cf ツール」です。作ったアプリケーションを IBM Bluemix (Cloud Foundry) 環境上にデプロイする際に使うツールなのですが、公式にはラズパイ用のバイナリは提供されていません。なのでラズパイで開発して、動かして、テスト&デバッグして、、というところまではこの環境でできるのですが、作ったアプリを IBM Bluemix 上で動かす、という最後のステップの際に別の(cf ツールの導入された)環境に切り替えて行う、というちと面倒な手順をとる必要がありました:
Releases cloudfoundry/cli

2017080601


これをラズパイ環境のままで行えるようにする、というのが今回の目的です。実はこれまでにも IBM LinuxONE 環境などで同様の経験はしていて、その時は自分でソースからビルドして対応したりしていました:
IBM LinuxONE コミュニティクラウド上で cf コマンドを動かす

2017080602
(↑メインフレーム上で cf を動かしたのは、もしかすると世界中で自分だけかも・・)


で、同様の問題がラズパイで発生しているということです。というわけで、ラズパイ環境でも同様に cf ツールをビルドしてみました。以下はその手順紹介ですが、基本的には上記の LinuxONE 環境と同じことをしています。

まず cf ツールは go 言語で書かれているため、ビルドには go 言語が必要です。ラズパイ用の go 言語導入については以下を参照して、go 言語が動く環境を作っておいてください:
ラズパイに go 1.8 をインストールする

go 言語が動くようになったら次はソースコードの入手です。以下のコマンドを実行します:
$ go get code.cloudfoundry.org/cli

これで $GOPATH/src/code.cloudfoundry.org/cli 以下にソースコードが展開されます。これをビルドします:
$ cd $GOPATH/src/code.cloudfoundry.org/cli
$ bin/build

ビルドが成功すると $GOPATH/src/code.cloudfoundry.org/cli/out/ 以下に cf コマンドが生成されます。試しに動くかテストしてみます:
$ cd $GOPATH/src/code.cloudfoundry.org/cli/out
$ ./cf -v
cf version 6.29.0+35e54cd.2017-08-06

バージョン番号が表示され、ちゃんと動くことが確認できました。後はこのコマンドを PATH の通った所に移動すれば完成です。
$ sudo mv $GOPATH/src/code.cloudfoundry.org/cli/out/cf /usr/local/bin
$ sudo chown root.staff /usr/local/bin/cf


なお、このラズパイ版の cf コマンドについては困っていた方が他にもいたようで、たまに有志でビルドされたものが見つかります。僕が動作確認しているわけではないし、動作保証もできないのですが、こういった所から入手して使うという手段もありそうです:

https://github.com/mmb/cf-cli-pi
https://cf-cli-pi.s3.amazonaws.com/index.html


ラズベリーパイに go 言語をインストールします。
go_lang1


といっても普通に
$ sudo apt-get install golang

でもインストールは可能です。ただこの方法で go をインストールすると、少し古いバージョン 1.3 が導入されます。このバージョンでも問題なければこの方法でもいいのですが、以下はバージョン 1.8 の導入方法を紹介します。

具体的には Google のサイトから、ラズパイ用にビルドされたバイナリをダウンロードし、展開します:
$ cd /tmp
$ wget https://storage.googleapis.com/golang/go1.8.linux-armv6l.tar.gz
$ sudo tar -C /usr/local -xzf go1.8.linux-armv6l.tar.gz

続いて環境変数を設定します。~/.bashrc に以下の行を追加します:
export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin
export GOPATH=$HOME/go
export PATH=$PATH:$GOPATH/bin

この例では GOPATH を ~/go に設定しています。go 言語のソースコードを書く場合のフォルダを指定しています。

この状態で再ログインするか、source ~/.bashrc を実行すると設定内容が有効になって、go 1.8 が使えるようになります:
$ go version
go version go1.8 linux/arm


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