操作系统基础 | 2.4 初试linux内核实验

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树莓派镜像下载、配置与自定义内核安装流程

1. 下载并写入指定树莓派镜像

为避免因购买或借用的树莓派设备时间不同导致的系统版本不一致，建议大家统一下载指定的树莓派镜像作为起点。

  • 将 MicroSD 卡插入 USB 读卡器，并连接到你的电脑。
  • 下载并安装最新版 Raspberry Pi Imager。
  • 下载课程指定的树莓派镜像：2022-01-28-raspios-bullseye-armhf.zip（约1.2GB，解压后近4GB）。
  • 解压 zip 文件，得到 .img 镜像文件。
  • 打开 Raspberry Pi Imager，选择“CHOOSE OS”→“Use custom”，选中刚才解压的 .img 文件。
  • 选择“CHOOSE SD CARD”，选中你的 MicroSD 卡（注意不要选错，否则会清空数据）。
  • 进入高级设置（齿轮图标，或 Windows 下用 Ctrl+Shift+X），建议修改主机名为唯一值（如包含你的用户名），以免与他人冲突。
  • 勾选“Enable SSH”，选择“Use password authentication”，设置用户名和强密码（建议不要用默认密码）。
  • 勾选“Set locale settings”，设置时区（如美国中部用 America/Chicago），键盘布局选 us。
  • 点击“Save”，然后点击“WRITE”写入镜像。
  • 写入完成后，卸载 MicroSD 卡，插入树莓派并开机。

2. 首次启动与 SSH 连接

  • 树莓派首次启动可能需要几分钟，启动后通过 SSH 连接（如 ssh piuser@pihost，用户名和主机名为你设置的）。
  • 若主机名无法解析，可在路由器管理页面查找树莓派的 IP 地址，再用 ssh 连接。

3. 初始设置与系统升级

  • 首次登录会看到“Welcome to the Raspberry Pi”向导，按提示设置国家、语言、时区、键盘等。
  • 可能会再次提示设置密码，可直接关闭。
  • 为防止欢迎界面反复出现，运行： 
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    sudo apt purge piwiz
  • 升级系统和驱动： 
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    sudo apt-get update
    sudo apt-get upgrade
  • 升级完成后重启树莓派。

4. 网络设置与信息收集

  • 连接 WiFi，打开终端，运行： 
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    ifconfig wlan0
    记录 MAC 地址（ether 后面的六组十六进制数）。
  • 运行： 
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    hostname -I
    记录 IP 地址。

5. 传输并安装自编译内核与模块

  • 用 ssh 连接学校提供的linux工作平台，进入你编译内核的目录： 
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    cd /project/scratch01/compile/"your username"/linux_source
  • 打包模块和内核启动文件： 
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    tar -C modules/lib -czf modules.tgz modules
    tar -C linux/arch/arm -czf boot.tgz boot
  • 在树莓派上新建 linux_source 目录，进入后用 sftp 下载上述两个压缩包： 
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    sftp [学校统一登陆平台key]@shell.cec.学校曾用简称.edu
    cd /project/scratch01/compile/"your username"/linux_source
    get modules.tgz
    get boot.tgz
    quit
  • 备份 /usr/lib/modules 和 /boot 目录（或 /lib/modules，视系统而定）： 
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    sudo cp -r /usr/lib/modules ~/Desktop/modules_backup
    sudo cp -r /boot ~/Desktop/boot_backup
  • 解压并安装新内核和模块： 
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    tar -xzf modules.tgz
    tar -xzf boot.tgz
    cd modules
    sudo cp -rd * /usr/lib/modules   # 或 /lib/modules
    cd ..
    sudo cp boot/dts/*.dtb /boot/
    sudo cp boot/dts/overlays/*.dtb* /boot/overlays
    sudo cp boot/dts/overlays/README /boot/overlays
  • 树莓派 3B+： 
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    sudo cp boot/zImage /boot/kernel7.img
  • 树莓派 4/4B： 
    1
    sudo cp boot/zImage /boot/kernel7l.img

6. 验证新内核

  • 重启树莓派，运行： 
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    uname -a
    检查输出是否包含你设置的本地版本字符串、编译日期等。
  • 若未生效，编辑 /boot/config.txt，在 [pi4] 段落前加一行： 
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    arm_64bit=0
    再重启并用 uname -a 检查。

7. 备份与后续建议

  • 建议用 svn、git 等工具备份你的代码，也可在多台树莓派间做冗余，防止系统崩溃或锁死导致数据丢失。
  • sudo passwd root更新root密码（忘记密码用）
  • sudo raspi-config中可以更改主机名
  • 在树莓派的桌面环境中，可以使用快捷键 Ctrl + Alt + T 快速打开终端

用户管理

  • sudo adduser 新用户名创建新用户
  • usermod -aG sudo username将username用户加入sudoers组
  • 执行visudo命令并在文件中添加username ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL-赋予username用户执行所有sudo命令权限，不需要密码提示
  • sudo userdel --remove --force pi删除默认账号