RaspberryPiセットアップ(OS書き込み・SSH・ユーザー変更)

OS書き込み

ラズパイのSDやmicroSDカードにOSを書き込む。今回書き込むOSはRaspbian。

まずRaspbianの公式ページよりOSをダウンロードする。

推奨ソフトウェア入り(with desktop and recommended software)，普通(with desktop)，最小構成(Lite)があるので好きなものを選ぶ。

SDへの書き込みにはbalenaEtcherというソフトウェアを使う。Windows，Mac，Linuxで使えるので便利。

balenaEtcher起動画面

balenaEtcherの画面の、Select imageでダウンロードしたOSのzipファイル、Select targetで書き込み先を指定してFlash!を押せばOK。

ラズパイに書き込んだカードを挿入して電源を入れればRasbianが起動する。

SSH設定

はじめに有線か無線でネットワークに繋いでおいてからラズパイを起動する。

起動させたRasbian上で端末を開き、以下をコマンドする。

sudo systemctl start ssh
sudo systemctl enable ssh

SSHが使用可能になったかは以下のコマンドで確認できる。

slogin localhost

Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?というメッセージが出たらSSH使用可能。

yesを打ち込んで続行する。

追記：ラズパイ上で設定せずにSSHを有効化する方法(ヘッドレスインストール)

ラズパイ用のディスプレイがないときに便利。

OS書き込みの直後、microSDカードがbootという名前になっているのでboot直下にsshという空のファイルを作成する。

これによってラズパイ上で上記の設定をしなくてもOS書き込みの際にSSHを有効化することができる。

SSH接続のipアドレスはルーターの設定画面かなんかで接続デバイスのMACアドレスの一覧を見て当たりをつける。

ipアドレス確認／固定

PCからSSH接続するためにラズパイのipアドレスを確認もしくは固定する。

ipアドレスはifconfigをコマンドして調べる。

ipアドレスを固定する場合は以下のようにしてdhcpcd.confに固定ipを書き込む。

sudo vim.tiny /etc/dhcpcd.conf

dhcpcd.confへは以下を追記する。

interface eth0 #無線の場合はinterface wlan0
static ip_address=[固定ip]/24
static routers=[ルーターのipアドレス]
static domain_name_servers=[ルーターのipアドレス]

ルーターのipアドレスを知らない場合はifconfigで見たラズパイのipアドレス(192.168.XX.YY)の末尾を1にして192.168.XX.1にすればOK。

これ以降はSSHでラズパイを操作する。

ユーザーとパスワード変更

Raspbian のデフォルトでは

• ユーザー名: pi
• パスワード: raspberry

となっていてこのままではややこしいしセキュリティ的によろしくないので変更する。

一時ユーザー作成

SSHでpiにログインし、 piユーザーの名前を変更するために一時ユーザー(tmp)を作成する。

sudo useradd -M tmp
sudo gpasswd -a tmp sudo
sudo passwd tmp

一時ユーザーなのでとりあえずパスワードはpassとした。

デフォルトではpiユーザーに自動でログインしてしまうので起動時にユーザーを選択してログインするように変更する。

まず以下コマンドでraspi-configを起動する。

sudo raspi-config

すると以下の画面が出てくる。

raspi-config起動画面

この画面上で

3 Boot Options Configure options for start-up

-> B1 Desktop / CLI Choose whether to boot into a desktop environm

と進んでいき、B1 Console Text console, requiring user to login を選択する。

選択後、<Finish> -> Would you like to reboot now? -> はい で終了し、再起動する。

piを新ユーザーに変更&パスワード変更

SSHでtmpにログインし、 以下コマンドでpiユーザーから新ユーザーへ名前を変更する。

sudo usermod -l [新ユーザー名] pi
sudo usermod -d /home/[新ユーザー名] -m [新ユーザー名]
sudo groupmod -n [新ユーザー名] pi

次に以下のコマンドで新ユーザーのパスワードを変更する。

sudo passwd [新ユーザー名]

これで変更完了。

後は一度exitでログアウトして新ユーザーでログイン後、以下のコマンドで一時ユーザーを削除する。

sudo userdel tmp

MCMCの理論

マルコフ連鎖モンテカルロ法(MCMC)の理論を簡単にまとめた。

MCMCするモチベーション

• モデルの重みとかの事後分布を求めたい
• けど積分計算が解析的に解けない。。。
• 対象をサンプリングしてサンプルのヒストグラムから分布を作ってしまおう！

というのがモチベーション。

どうやってサンプリングするか？

確率変数$\boldsymbol{w}$のデータ$\boldsymbol{X}$観測後の事後分布$P(\boldsymbol{w}|\boldsymbol{X})$を求めたいとする。

MCMCでは、$P(\boldsymbol{w}|\boldsymbol{X})$が定常分布となるようなマルコフモデルを作り、このマルコフモデルからサンプリングを行う。

なぜそうするかというと、定常分布は時間が経過してもずっと同じ分布となる分布で、この分布となるようなマルコフモデルはずっと分布が変わることがないため、このサンプルが$P(\boldsymbol{w}|\boldsymbol{X})$からのサンプルであることを保証してくれるから。

どうやって上のようなマルコフモデルを作るか？

1. 詳細釣り合い条件
2. エルゴード性

を満たす遷移確率を持つようなマルコフモデルを作ればOK。

詳細釣り合い条件

マルコフモデルの$\boldsymbol{w} \rightarrow \boldsymbol{w'}$の遷移確率を$T(\boldsymbol{w}'|\boldsymbol{w})$としたとき、

$$ T(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t})P^*(\boldsymbol{w}^{t})=T(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1})P^*(\boldsymbol{w}^{t+1}) $$

が成立するならば、$P^*(\boldsymbol{w})$は定常分布。

証明

両辺で$\boldsymbol{w}^{t}$について和を取ると

となる。

これは左辺で$\boldsymbol{w}^{t}$が$\boldsymbol{w}^{t+1}$に遷移したとしても$\boldsymbol{w}$の分布$P^*(\boldsymbol{w})$が変化しないことを意味する。

つまり、詳細釣り合い条件が満たされるとき、$P^*(\boldsymbol{w})$は定常分布。

エルゴード性

これは$\boldsymbol{w}$の初期値に関わらず、$t\rightarrow\infty$で$P(\boldsymbol{w})$が定常分布$P^*(\boldsymbol{w})$に収束する性質のこと。

ちゃんとした証明は調べてないけど、基本的に$\boldsymbol{w}$の初期値に関わらず、$\boldsymbol{w}$が取りうる値全てにいずれは遷移できるようなマルコフモデルならOK。

MCMCアルゴリズム例：MH法

うまく目的の分布からサンプルを得るためには、詳細釣り合い条件とエルゴード性を持ったマルコフモデルを用意しなければならない。 Metropolis-Hastings(MH)法では以下の遷移確率で定義されたマルコフモデルを使用する。

$P(\boldsymbol{w}|\boldsymbol{X})=\frac{P(\boldsymbol{X}|\boldsymbol{w})P(\boldsymbol{w})}{\int P(\boldsymbol{X}, \boldsymbol{w})d\boldsymbol{w}}=\frac{f(\boldsymbol{w})}{Z}$としたとき、 $$ \begin{align} T(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) &= q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) \times \min(1, \frac{ f(\boldsymbol{w^{t+1}}) q(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) }{ f(\boldsymbol{w^{t}}) q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) }) \\ T(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t}) &= 1 - T(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) \end{align} $$ ここで、$q(\boldsymbol{w}'|\boldsymbol{w})$は提案分布と呼ばれ、$\boldsymbol{w}$が遷移する候補の値を取ってくるための分布。

手順は、

1. $q(\boldsymbol{w}'|\boldsymbol{w})$から遷移先の候補点$\boldsymbol{w}'$を取ってくる
2. $a = \frac{ f(\boldsymbol{w^{t+1}}) q(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) }{ f(\boldsymbol{w^{t}}) q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) }$を計算する
3. $a$が1以上だったら候補点$\boldsymbol{w}'$をサンプルとして受理し、1より小さかったら$a$の確率で$\boldsymbol{w}'$をサンプルとして受理する
4. 受理された場合は$\boldsymbol{w}\rightarrow\boldsymbol{w}'$と遷移させ、されなかった場合は遷移させず$\boldsymbol{w}\rightarrow\boldsymbol{w}$とする
5. 上記を繰り返す

のようにしてサンプリングを行う。

証明

詳細釣り合い条件が成立するか確かめる。 $$ \begin{align} T(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) P(\boldsymbol{w^{t}}|\boldsymbol{X}) &= q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) \times \min(1, \frac{ f(\boldsymbol{w^{t+1}}) q(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) }{ f(\boldsymbol{w^{t}}) q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) }) \frac{f(\boldsymbol{w}^{t})}{Z} \\ &= \min( f(\boldsymbol{w}^{t}) q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}), f(\boldsymbol{w}^{t+1}) q(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) ) \frac{1}{Z} \\ &= q(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) \times \min(\frac{ f(\boldsymbol{w^{t}}) q(\boldsymbol{w}^{t+1}|\boldsymbol{w}^{t}) }{ f(\boldsymbol{w^{t+1}}) q(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) }, 1) \frac{f(\boldsymbol{w}^{t+1})}{Z} \\ &= T(\boldsymbol{w}^{t}|\boldsymbol{w}^{t+1}) P(\boldsymbol{w^{t+1}}|\boldsymbol{X}) \end{align} $$ で詳細釣り合い条件が成立するので、$P(\boldsymbol{w}|\boldsymbol{X})$が定常分布となることがわかる。

エルゴード性は提案分布$q(\boldsymbol{w}'|\boldsymbol{w})$が$\boldsymbol{w}$の取りうる値へ遷移できるような分布であればOK。

ubuntuをスリープしてもマウス触っただけで復帰してしまう

ubuntu18.04をスリープしたのにマウスをちょっと触っただけで復帰してしまってうざい。。。

調べると以下のサイトで解決法を見つけた。

Wake up from suspend using wireless USB keyboard or mouse (for any Linux Distro) - Ask Ubuntu

解決法

まず以下のコマンドでスリープから復帰するデバイスを見つける。

grep . /sys/bus/usb/devices/*/power/wakeup

自分の環境だと以下のとおり、1-4と1-7がenabledになってた。

/sys/bus/usb/devices/1-4/power/wakeup:enabled
/sys/bus/usb/devices/1-7/power/wakeup:enabled
/sys/bus/usb/devices/1-8/power/wakeup:disabled
/sys/bus/usb/devices/usb1/power/wakeup:disabled
/sys/bus/usb/devices/usb2/power/wakeup:disabled
/sys/bus/usb/devices/usb3/power/wakeup:disabled
/sys/bus/usb/devices/usb4/power/wakeup:disabled

1-4とか1-7とかってなんやねんということで、以下のコマンドで調べる。

grep . /sys/bus/usb/devices/*/product

以下のとおり、キーボートとマウスだった。

/sys/bus/usb/devices/1-4/product:2.4G Keyboard Mouse
/sys/bus/usb/devices/1-7/product:USB Keyboard
...

/sys/bus/usb/devices/*/power/wakeupは普通にエディタを使ってやれば編集できるので、vimとかを使って enabledからdisabledに変更してやれば良い(sudoで編集する必要あり)。

実際1-4と1-7をdisabledに変更してスリープしたらキーボートやマウスを触っても復帰しなくなった。 この状態で復帰する際は電源ボタンを押してやればOK。

恒久的にマウスで復旧しないようにするには

上でdisabledにしても再起動するとenabledに戻ってしまう。。。 ならば起動時に自動でdisabledにするようにしてしまおう。

以下のようにして起動時に自動で実行するコマンドの設定ファイル/etc/rc.localを作成(既にある場合は編集)。

sudo vim /etc/rc.local

echo disabled > /sys/bus/usb/devices/[disabledにしたいデバイス]/power/wakeupを追加。

自分の環境では以下のように書いた。

#!/bin/bash

echo disabled > /sys/bus/usb/devices/1-4/power/wakeup
echo disabled > /sys/bus/usb/devices/1-7/power/wakeup

以下のコマンドで実行権限を付与。

sudo chmod +x /etc/rc.local

※既に/etc/rc.localがあった場合は#!/bin/bashを書く必要もchmod +xを実行する必要もない。

これで再起動してもキーボートやマウスで復帰しなくなったb

ubuntuでconda installしようとするとNotWritableErrorが出る

UbuntuにAnacondaをインストール後、conda install updateとかをしても以下のようなエラーが出た。

Collecting package metadata (current_repodata.json): failed

NotWritableError: The current user does not have write permissions to a required path.
  path: /home/user_name/.conda/pkgs/urls.txt
  uid: 1000
  gid: 1000

If you feel that permissions on this path are set incorrectly, you can manually
change them by executing

  $ sudo chown 1000:1000 /home/user_name/.conda/pkgs/urls.txt

In general, it's not advisable to use 'sudo conda'.

/home/user_name/.conda/pkgs/urls.txtのアクセス権を与えてやればいいと思ったがそもそもこのパスが存在しなかった。

解決法

/home/user_name/anaconda3のアクセス権を付与すればよかった。

sudo chown -R user_name /home/user_name/anaconda3

この後conda install updateとかが正常にできるようになった。

docker上でjupyter-notebookを使用する方法

dockerコンテナ上でjupyter-notebookを起動させてローカルPCのブラウザで動かすための方法。

1. ポートの接続

コンテナ上のポートとローカルのポートを接続する。

docker run -p [ローカルのポート]:[コンテナのポート]

とすれば接続できる。

2. notebook起動時にオプションをつける

コンテナ上でjupyter notebookとコマンドしても

OSError: [Errno 99] Cannot assign requested address

と出る。 以下のようにipとallow-rootオプションをつければ解決。

jupyter notebook --ip=0.0.0.0 --allow-root

※もし、1.のポートの接続時のコンテナのポートがnotebookのデフォルト値の8888以外にした場合は以下のようにしてポートも設定する必要がある。

jupyter notebook --port [コンテナ側の接続ポート] --ip=0.0.0.0 --allow-root

3. ブラウザでnotebookにアクセス

ローカルPCのブラウザでコンテナで起動したnotebookにアクセスする。 ブラウザに下記URLを打ち込む。

localhost:[ローカル側の接続ポート]

するとJupyter Notebookの画面に遷移してPassword or token:と入力が求められる。

入力するためのtokenはコンテナ上でnotebookを起動したときに以下のようなURLが出るのでそこから取得する。

    Copy/paste this URL into your browser when you connect for the first time,
    to login with a token:
        http://5217807fea51:8888/?token=601c330c097e59cd7b69dcaa6ea336218583a492e4684bde&token=601c330c097e59cd7b69dcaa6ea336218583a492e4684bde

上の場合、601c330c097e59cd7b69dcaa6ea336218583a492e4684bdeをPassword or token:に入力すればいつものnotebookの画面に遷移する。

4. notebookの設定を変更する（オプション）

notebook起動時に--portとか--ip=0.0.0.0とか--allow-rootとかをいちいち打ち込むのが面倒くさい人用。 これらの設定をconfigに書き込んでおく。 まず下記コマンドでconfigファイルを作成。

jupyter notebook --generate-config

/root/.jupyter/jupyter_notebook_config.pyにconfigファイルが作成されるので以下を書き加える。

c.NotebookApp.ip = '0.0.0.0'
c.NotebookApp.port = [コンテナ側の接続ポート]
c.NotebookApp.token = ''
c.NotebookApp.allow_root = True
c.NotebookApp.open_browser = False

以後はjupyter notebookとコマンドするだけで良い。

grub画面にwindows10が認識されない問題

windows10のマシンにubuntu 18.04 LTSをインストールしたが、grubにwindows10がなかった。 ※そもそもgrub画面が出なかったので、この問題はこちらで解決。

まずこちらで解決を試みたけれどもうまく行かなかった。 grub画面で作成したwindowsを選択しても以下のエラーができ起動できなかった。

エラー: unspecified search type
エラー: file '/efi/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi' not found

その理由はwindows10をインストールしているHDDのパーティションがMBR形式になっていたからであった。 windows上でMBR2GPT.exeを使用することでGTP形式に変更ができた。変更方法はこちら。

変更後、ubuntu上でsudo update-grubでgrub更新。 再起動したら「Windows Boot Manager (on /dev/...)」という欄が追加され、ここからwindowsの起動ができた。

windows10がインストールされたHDDをMBR形式からGPT形式にする方法

GPTかどうか調べる

cmdでdiskpartと入力。 diskpart.exeというcmdに似た画面が開くのでここにlist diskとコマンド。 GPTの列に＊マークがあればGPT、なければMBR。

GPTに変換できるかチェック

変換したいディスクをdisk:0とする（ディスクは上記で調べる）。 cmdで以下をコマンド。

mbr2gpt /validate /disk:0

「Validation completed successfully」と出ればOK。 「ERROR: MBR2GPT can only be used from the Windows Preinstallation Environment. Use /allowFullOS to override.」 と出た場合は以下のように/allowFullOSオプションを追加すればうまくいく。

mbr2gpt /validate /disk:0 /allowFullOS

GPTに変換

cmdで以下をコマンドする。

mbr2gpt /convert /disk:0

上記のチェックで/allowFullOSが必要だった場合は以下のようにオプションを追加。

mbr2gpt /convert /disk:0 /allowFullOS

メモ：MBRとGPTの違い

• MBR形式：昔のパーティション形式。レガシBIOSで使用。
• GPT形式：これからの主流。UEFIモードで使用。昔のマザボでは使えない。2TB以上の容量が扱える。