使用 Linux 进行 Raspberry Pi Headless 设置 [一步一步]

分步指南展示了如何在没有键盘和显示器的情况下安装 Raspberry Pi，即使用 Linux 进行 Raspberry Pi 的无头设置。

从 Linux 系统在 Raspberry Pi 上安装 Raspbian 并不是一件困难的任务。 Raspberry Pi 基金会提供了执行此操作所需的信息，除非您需要安装无头（也称为没有连接显示器和键盘）和无线（又称为通过 Wi-Fi）的 Raspberry Pi。而这恰好是我的情况。

我将在本教程中向您展示如何执行 Raspberry Pi 的无头设置。我还制作了一个步骤视频来帮助您了解实际情况。

无头设置 Raspberry Pi

我认为由于您要进行无头安装，因此您对 Linux 命令行有点熟悉，因为您将在这里广泛使用它。我在本教程中使用了 Debian Linux。

第 1 步：将 Raspberry Pi Foundation 下载签名密钥导入到您的密钥环中

由于我不喜欢在不检查其真实性的情况下安装软件，因此我们首先将验证 Raspbian 映像所需的密钥添加到您的 GPG 密钥环中。

截至今天，Raspberry Pi 基金会下载的签名密钥指纹为 54C3DD610D9D1B4AF82A37758738CD6B956F460C。 我强烈建议您使用其他来源进行交叉检查。由于密钥将于 2019 年 4 月 10 日到期，如果您在该日期之后阅读本文，则该日期将会有所不同。

gpg --recv-key 54C3DD610D9D1B4AF82A37758738CD6B956F460C

第 2 步：下载 Raspberry OS 映像及其签名

最新版本的 Raspberry OS（以前称为 Raspbian）始终可以在此地址获取。

但这只是一个重定向。您需要真实地址，以便下载图像和相应的分离签名文件。

最好的方法是使用一些高级的 curl 黑魔法：

URL=https://downloads.raspberrypi.org/raspbian_lite_latest
EFFECTIVE_URL=$(curl -w "%{url_effective}\n" -I -L -s -S $URL -o /dev/null)
echo $EFFECTIVE_URL

我必须承认，我总是很难记住该命令，因此对于交互式使用，我经常回退到一个简单的 wget 命令，其重定向计数有限：

URL=https://downloads.raspberrypi.org/raspbian_lite_latest
EFFECTIVE_URL=$(wget --max-redirect=0 $URL 2>&1 | sed -En 's/Location: ([^ ]*).*$/\1/p')
echo $EFFECTIVE_URL

（实际上，在这种特殊情况下应该是 --max-redirect=1 ，尽管如此，仅经过第一级重定向就足以满足我们的需求）

此时，您已拥有下载图像及其分离签名所需的有效 URL：

wget "$EFFECTIVE_URL"{,.sig}

如果您的互联网连接像我一样不可靠，您可以考虑明确添加比默认 900 秒更激进的超时，就像我在录制视频时所做的那样）

第三步：检查签名

片刻之后，下载完成，当前目录中应该有这两个文件：

ls *raspbian*
2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip  2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip.sig

您现在可以使用 GPG 检查签名是否与文件相对应以及签名是否由您可以信任的机构颁发：

gpg --verify 2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip{.sig,}
gpg: Signature made Thu 30 Nov 2017 02:48:51 PM CET
gpg:                using RSA key 8738CD6B956F460C
gpg: Good signature from "Raspberry Pi Downloads Signing Key" [full]

在此阶段，除了“Raspberry Pi 下载签名密钥”的良好签名以外的任何其他内容都应该警告您正在发生奇怪的事情。

作为满足我们好奇心的一个例子，让我们伪造该文件，看看在这种情况下 GPG 到底会报告什么：

# Add just one byte to the file
(cat 2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip; echo) > 2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip.fake
gpg --verify 2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip{.sig,.fake}
gpg: Signature made Thu 30 Nov 2017 02:48:51 PM CET
gpg:                using RSA key 8738CD6B956F460C
gpg: BAD signature from "Raspberry Pi Downloads Signing Key" [full]

为什么我不使用 sha256 文件指纹？

您可能已经注意到 Raspbian 下载页面显示了文件的 sha256 校验和。您可以使用它来检查文件完整性以防止无害的下载错误。但是，在这种情况下，它不能用于检查文件的真实性。因此它不会保护您免受恶意行为的侵害。例如，如果攻击者破坏了存储 Raspbian 图像的服务器，则它有可能获得对 Web 服务器的控制权以显示他选择的 sha256 和。另一方面，GPG 签名将检查文件完整性及其真实性。

第 4 步：复制图像

一旦您确定 Raspbian 映像是正版映像，就可以将其复制到存储卡上。

但是，首先，您需要知道内核用来识别存储卡的设备名称。因此，请确保您的存储卡不在读卡器中。然后，在监视模式下启动 dmesg 实用程序：

sudo dmesg -w

现在，将卡放入读卡器中。此时，dmesg 显示有关该卡的一些信息，包括其设备名称：

mmc0: new SDHC card at address e624
mmcblk0: mmc0:e624 SC16G 14.8 GiB
mmcblk0: p1

在这里，您可以看到我的存储卡可以通过名称 /dev/mmcblk0 访问。目前它仅包含一个分区 (p1)，您可以通过 /dev/mmcblk0p1 进行访问。

如果您的 dmesg 版本不支持 -w 标志，请以相反的方式执行操作：首先将卡放入读卡器，然后使用 dmesg 查看消息。

有些系统可能会“自动挂载”您的卡，因此在进一步操作之前明确检查这一点会更安全：

sudo umount /dev/mmcblk0*

最后，是时候复制文件本身了：

unzip -p 2017-11-29-raspbian-stretch-lite.zip |
  sudo dd of=/dev/mmcblk0 conv=fsync

复制文件可能会很长，因此，如果您的终端似乎挂起很长时间，请不要惊慌。

复制完成后，要求内核重新加载设备的分区表会更安全，因为它在此过程中已发生更改。这将避免稍后出现一些难以诊断的问题，导致您无法将存储卡分区安装到系统上：

sudo partprobe /dev/mmcblk0

步骤 5：启动时启用 ssh

要在启动时启用 SSH，您只需在卡启动分区上创建一个哨兵文件。文件的内容毫无意义。它必须存在。

sudo mount /dev/mmcblk0p1 /mnt -o umask=000
touch /mnt/ssh

第 6 步：启动时启用 Wi-Fi

wpa_supplicant 是您的计算机用来访问 Wi-Fi 接入点的软件。它预装在 Raspbian 上，但需要一些配置才能工作。

最基本的 wpa_supplicant.conf 文件仅包含您所在位置的国家/地区代码，以确保符合当地法规：

cat > /mnt/wpa_supplicant.conf << EOT
country=FR
EOT

根据您是否希望允许非 root 软件（例如 wpa_cli）更改配置，您可以添加 ctrl_interface=... 选项，最后添加 update=1 选项允许非 root 客户端覆盖 wpa_supplicant.conf 以使更改永久生效。查看随附的视频以获取前者的示例，您可以在网络上轻松找到后者的示例。

最后，有关所有可能的配置设置的参考，请检查此处：
https://w1.fi/cgit/hostap/plain/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

在所有情况下，您都需要添加必要的凭据，以便 wpa_supplicant 可以连接到接入点。我不喜欢将密码存储为纯文本，因此我将使用 wpa_passphrase 来做到这一点：

SSID=my_wifi # This is your Wi-Fi AP SSID (the "name" of your Wi-Fi)
(
  # Disable echoing
  stty_orig=$(stty -g);
  trap 'stty $stty_orig' EXIT;
  stty -echo;
  # Read password from the terminal
  read -rp 'Enter your password: ';
  echo $REPLY
) | wpa_passphrase $SSID | sed '/^[[:space:]]*#/d' >> /mnt/wpa_supplicant.conf

我让你检查一下是否一切正常：

cat /mnt/wpa_supplicant.conf

如果没问题，只需卸载该卡并将其从读卡器中取出：

sudo umount /mnt

第 7 步：启动开发板

您几乎已准备好启动开发板。

但要通过 SSH 访问它，您将需要它的 IP 地址。有不同的解决方案来获取该信息。您可以在板上使用静态 IP 地址。

或者，您可以检查 DHCP 服务器的日志，以识别与该板相关的租约（一旦板获得该租约）。

或者您可以使用 nmap 扫描整个网络。

在这里，我将使用 tcpdump，因为这侵入性较小且具有一定的教育意义。

因此，在启动开发板之前，在网络连接的计算机上启动 tcpdump：

sudo tcpdump -lenqti any port 68 or arp | grep "^ B"

在这里，我要求 tcpdump 监视 DHCP（端口 68）和 ARP 相关流量。我采取了“懒惰”的方法来监听任何接口。这有一些缺点，例如无法直接从 tcpdump 过滤广播数据包，因此需要额外的 grep 进程。但这不应该是一个严重的问题，除非您有非常高的 ARP 和 DHCP 流量直接针对您的计算机。

数据包捕获工具准备就绪后，您现在可以启动开发板。几秒钟后，tcpdump 将捕获来自主板的一些流量。首先找到 DHCP 服务器，然后检查 DHCP 提供的 IP 地址是否可用，最后将自己通告为该 IP 地址的新所有者。

我强烈建议您观看视频的相应部分以观看活动直播。

确定开发板的 IP 地址后，您现在可以像往常一样通过 SSH 连接到它：

ssh pi@IP_OF_THE_BOARD

此时，主板仍在使用默认股票密码运行，因此更改它应该是您的首要任务之一：

passwd

您已经完成了：您的开发板已完全设置完毕，可以通过本地 Wi-Fi 网络通过 SSH 进行访问，并准备好执行您可能想要使用它执行的所有操作。但这是你工作的一部分！因此，请随时告诉我们您使用 Raspberry Pi 做了什么，以及您在设置过程中最终可能遇到的困难。并敬请期待更多！