在ARM架构上安装和配置Arch Linux的完整指南从树莓派到其他ARM设备的实践经验和性能优化技巧

引言

ARM架构因其低功耗、高效能的特点，在嵌入式设备、移动设备和单板计算机等领域得到了广泛应用。Arch Linux作为一个简洁、轻量且高度可定制的Linux发行版，也越来越受到ARM设备用户的青睐。Arch Linux ARM项目为各种ARM设备提供了官方支持，让用户能够在这些设备上体验到Arch Linux的简洁和强大。

本指南将详细介绍如何在各种ARM设备上安装和配置Arch Linux，包括最常见的树莓派以及其他ARM设备。我们还将分享一些实践经验和性能优化技巧，帮助您充分利用ARM硬件的性能。

准备工作

在开始安装之前，您需要准备以下硬件和软件：

硬件要求

ARM设备（如树莓派、ODROID、Cubieboard等）
电源适配器（确保提供足够的电流）
microSD卡或eMMC模块（建议Class 10或UHS-I，容量至少8GB）
网络连接（以太网线或支持USB的Wi-Fi适配器）
（可选）散热片或风扇，特别是对于高性能ARM设备
（可选）外壳，以保护设备

软件要求

一台运行Linux、macOS或Windows的主机电脑
microSD/eMMC读卡器
磁盘映像工具：
- Linux: dd命令或Etcher
- macOS: dd命令或Etcher
- Windows: Win32DiskImager或Etcher
SSH客户端（如OpenSSH、PuTTY等）
（可选）串行控制台电缆，用于调试

在树莓派上安装Arch Linux

树莓派是最受欢迎的单板计算机之一，Arch Linux ARM项目为各种树莓派型号提供了官方支持。以下是安装步骤：

不同型号树莓派的安装差异

Arch Linux ARM为不同的树莓派型号提供了不同的镜像：

树莓派1 (ARMv6)
树莓派2 (ARMv7)
树莓派3/4 (ARMv8/AArch64)

请根据您的树莓派型号选择正确的镜像。

下载和准备Arch Linux ARM镜像

访问Arch Linux ARM下载页面
找到适合您的树莓派型号的镜像
下载镜像文件（通常是.tar.gz格式）

烧录SD卡

在Linux上

插入microSD卡，并确定设备名称（例如/dev/sdb或/dev/mmcblk0）：
```
lsblk 
```
卸载所有分区：
```
sudo umount /dev/sdb* 
```
使用fdisk分区SD卡：
```
sudo fdisk /dev/sdb 
```
在fdisk中：
- 输入o创建新的DOS分区表
- 输入n创建新分区
- 选择主分区（p），分区号1
- 第一个扇区使用默认值
- 最后一个扇区使用默认值
- 输入t更改分区类型，然后输入c设置为W95 FAT32 (LBA)
- 输入a设置可启动标志
- 输入w写入更改并退出
格式化分区：
```
sudo mkfs.vfat -F32 /dev/sdb1 
```

挂载分区：

sudo mkdir -p /mnt/sdcard sudo mount /dev/sdb1 /mnt/sdcard

解压并复制Arch Linux ARM文件系统：

wget http://os.archlinuxarm.org/os/ArchLinuxARM-rpi-armv7-latest.tar.gz bsdtar -xpf ArchLinuxARM-rpi-armv7-latest.tar.gz -C /mnt/sdcard sync

卸载分区：
```
sudo umount /mnt/sdcard 
```

在macOS上

插入microSD卡，并确定设备名称：
```
diskutil list 
```
卸载SD卡：
```
diskutil unmountDisk /dev/diskN 
```

使用dd命令将镜像写入SD卡：

sudo dd if=ArchLinuxARM-rpi-armv7-latest.tar.gz of=/dev/rdiskN bs=1m

在Windows上

下载并安装Win32DiskImager
插入microSD卡
启动Win32DiskImager
选择下载的Arch Linux ARM镜像文件
选择正确的设备驱动器号
点击”Write”按钮开始写入

首次启动和基本配置

将烧录好的microSD卡插入树莓派
连接网络（以太网或配置Wi-Fi）
连接电源启动树莓派
通过SSH连接到树莓派：
```
ssh alarm@alarmpi 
```
默认用户名是alarm，密码是alarm。root用户密码是root。

初始化pacman密钥环：

pacman-key --init pacman-key --populate archlinuxarm

更新系统：
```
sudo pacman -Syu 
```

设置时区：

sudo timedatectl set-timezone Asia/Shanghai

设置主机名：
```
sudo hostnamectl set-hostname myarchpi 
```
编辑/etc/locale.gen，取消注释您需要的语言环境，然后生成：
```
sudo nano /etc/locale.gen sudo locale-gen 
```

设置语言环境：

echo "LANG=en_US.UTF-8" | sudo tee /etc/locale.conf

更改root密码：
```
sudo passwd root 
```

创建新用户（可选）：

sudo useradd -m -G wheel -s /bin/bash newuser sudo passwd newuser

配置sudo（如果创建了新用户）：
```
sudo visudo 
```
取消注释%wheel ALL=(ALL) ALL行。
重启系统：
```
sudo reboot 
```

在其他ARM设备上安装Arch Linux

除了树莓派，Arch Linux ARM还支持多种其他ARM设备。以下是安装步骤：

支持的设备列表

Arch Linux ARM支持多种ARM设备，包括但不限于：

ODROID系列（C1/C2/XU4/N2等）
Cubieboard系列
BeagleBone系列
Pine64系列
Rock64
ASUS Tinker Board

完整的支持列表请参考Arch Linux ARM官方网站。

设备特定的安装步骤

不同的ARM设备可能有不同的安装步骤，但通常遵循以下模式：

下载适合您设备的Arch Linux ARM镜像
准备存储介质（SD卡、eMMC或USB存储）
烧录镜像到存储介质
（可选）配置U-Boot
首次启动和基本配置

以ODROID-XU4为例：

下载ODROID-XU4的Arch Linux ARM镜像：

wget http://os.archlinuxarm.org/os/ArchLinuxARM-odroid-xu4-latest.tar.gz

准备SD卡（与树莓派类似）：

sudo fdisk /dev/sdb # 创建分区表和分区 sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1 sudo mkdir -p /mnt/sdcard sudo mount /dev/sdb1 /mnt/sdcard bsdtar -xpf ArchLinuxARM-odroid-xu4-latest.tar.gz -C /mnt/sdcard sync sudo umount /mnt/sdcard

将SD卡插入ODROID-XU4，连接电源和网络
通过SSH连接：
```
ssh alarm@odroid 
```
进行基本配置（与树莓派类似）

U-Boot配置

对于某些ARM设备，可能需要配置U-Boot（Universal Boot Loader）来正确启动系统。这通常涉及编辑U-Boot环境变量或配置文件。

例如，在ODROID-N2上，您可能需要编辑/boot/boot.ini文件来调整启动参数：

sudo nano /boot/boot.ini

根据您的需求修改启动参数，例如：

setenv bootargs "root=UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx rootfstype=ext4 rw console=ttyAML0,115200n8 console=tty0 no_console_suspend fsck.repair=yes net.ifnames=0"

保存文件并重启系统。

基本系统配置

网络设置

有线网络

大多数ARM设备会自动检测和配置有线网络。如果没有，您可以手动配置：

查看网络接口：
```
ip link 
```
启用接口：
```
sudo ip link set eth0 up 
```
使用DHCP获取IP地址：
```
sudo dhcpcd eth0 
```

或者设置静态IP：

sudo ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0 sudo ip route add default via 192.168.1.1 echo "nameserver 8.8.8.8" | sudo tee /etc/resolv.conf

要使网络配置永久化，编辑/etc/systemd/network/eth0.network： “`ini [Match] Name=eth0

[Network] DHCP=ipv4

 对于静态IP： ```ini [Match] Name=eth0 [Network] Address=192.168.1.100/24 Gateway=192.168.1.1 DNS=8.8.8.8

启用并启动网络服务：

 sudo systemctl enable systemd-networkd sudo systemctl start systemd-networkd

无线网络

安装必要的软件包：

sudo pacman -S iw wpa_supplicant dialog

查看无线接口：
```
ip link 
```
启用接口：
```
sudo ip link set wlan0 up 
```
扫描可用的网络：
```
sudo iw dev wlan0 scan | grep SSID 
```

配置WPA_supplicant：

sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlan0.conf

添加以下内容：

 ctrl_interface=/run/wpa_supplicant update_config=1 network={ ssid="Your_Network_SSID" psk="Your_Password" }

启动并启用WPA_supplicant服务：

sudo systemctl enable wpa_supplicant@wlan0 sudo systemctl start wpa_supplicant@wlan0

使用DHCP获取IP地址：
```
sudo dhcpcd wlan0 
```

用户和权限管理

创建新用户：

sudo useradd -m -G wheel -s /bin/bash newuser sudo passwd newuser

配置sudo：
```
sudo visudo 
```
取消注释%wheel ALL=(ALL) ALL行。
删除默认用户（可选）：
```
sudo userdel -r alarm 
```

管理用户组：

sudo groupadd newgroup sudo usermod -aG newgroup newuser

软件包管理

Arch Linux使用pacman作为其软件包管理器。以下是一些常用的pacman命令：

同步软件包数据库并更新系统：
```
sudo pacman -Syu 
```
搜索软件包：
```
pacman -Ss package_name 
```
安装软件包：
```
sudo pacman -S package_name 
```
删除软件包：
```
sudo pacman -R package_name 
```
删除软件包及其依赖项：
```
sudo pacman -Rs package_name 
```
列出已安装的软件包：
```
pacman -Q 
```
查找哪个文件属于哪个软件包：
```
pacman -Qo /path/to/file 
```
清理软件包缓存：
```
sudo pacman -Scc 
```

Arch User Repository (AUR)

Arch User Repository (AUR)是一个社区驱动的软件仓库，包含大量官方仓库中没有的软件包。要使用AUR，您需要一个AUR助手，如yay：

安装必要的软件包：
```
sudo pacman -S git base-devel 
```

克隆yay仓库：

git clone https://aur.archlinux.org/yay.git cd yay

构建并安装yay：
```
makepkg -si 
```
使用yay安装AUR软件包：
```
yay -S aur_package_name 
```

系统更新

保持系统更新是很重要的，特别是对于安全性：

更新系统：
```
sudo pacman -Syu 
```
如果有内核更新，重启系统：
```
sudo reboot 
```
查看已安装的软件包是否有孤立包：
```
sudo pacman -Qtd 
```
删除孤立包：
```
sudo pacman -Rns $(pacman -Qtdq) 
```

性能优化技巧

文件系统优化

选择合适的文件系统：
- 对于SD卡，考虑使用f2fs，这是一个专为闪存设备设计的文件系统：
```
 sudo pacman -S f2fs-tools sudo mkfs.f2fs /dev/sdb1 
```
挂载选项优化：编辑/etc/fstab，添加适合SD卡的挂载选项：
```
UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx / ext4 defaults,noatime,discard 0 1 
```
- noatime：禁用访问时间更新，减少写入操作
- discard：启用TRIM支持，有助于SSD和eMMC的性能和寿命
使用tmpfs挂载临时目录：编辑/etc/fstab，添加：
```
tmpfs /tmp tmpfs defaults,noatime,mode=1777 0 0 tmpfs /var/log tmpfs defaults,noatime,mode=0755 0 0 
```
这将减少对SD卡的写入操作，延长其寿命。

内存管理优化

创建交换文件（如果需要）：

sudo fallocate -l 2G /swapfile sudo chmod 600 /swapfile sudo mkswap /swapfile sudo swapon /swapfile echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

调整swappiness值（减少交换使用）：

echo 'vm.swappiness=10' | sudo tee -a /etc/sysctl.d/99-sysctl.conf sudo sysctl -p

使用ZRAM（压缩内存作为交换设备）：

sudo pacman -S zram-generator sudo systemctl enable zram-generator sudo systemctl start zram-generator

CPU调优

安装cpufrequtils：
```
sudo pacman -S cpufrequtils 
```

设置CPU性能调节器：

echo 'governor="ondemand"' | sudo tee /etc/default/cpufrequtils sudo systemctl restart cpufrequtils

可用的调节器包括：

performance：始终以最高频率运行
powersave：始终以最低频率运行
ondemand：根据负载动态调整频率
conservative：类似于ondemand，但调整更平缓

对于支持的设备，启用CPU频率缩放：
```
 sudo pacman -S linux-armv7 
```

启动时间优化

分析启动时间：
```
systemd-analyze systemd-analyze blame 
```
禁用不必要的服务：
```
sudo systemctl disable service_name 
```

使用并行启动：编辑/etc/systemd/system.conf，取消注释并修改：

DefaultDependencies=yes DefaultTimeoutStartSec=90s DefaultTimeoutStopSec=90s DefaultStandardOutput=journal DefaultStandardError=inherit

使用systemd-bootchart分析启动过程：
```
sudo pacman -S systemd-bootchart sudo nano /etc/systemd/bootchart.conf 
```
修改配置以启用bootchart。

其他优化技巧

禁用IPv6（如果不使用）：编辑/etc/sysctl.d/40-ipv6.conf：

net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1 net.ipv6.conf.eth0.disable_ipv6 = 1 net.ipv6.conf.wlan0.disable_ipv6 = 1

使用journalctl控制日志大小：编辑/etc/systemd/journald.conf：
```
SystemMaxUse=50M RuntimeMaxUse=50M 
```
定期清理日志：
```
sudo journalctl --vacuum-size=50M 
```
考虑使用轻量级替代品：
- 替换bash为dash：
```
 sudo pacman -S dash sudo ln -sfT dash /usr/bin/sh 
```
- 使用轻量级窗口管理器（如LXDE、XFCE）代替GNOME或KDE

常见问题和解决方案

SD卡/eMMC损坏

SD卡和eMMC模块可能会因为频繁的写入操作而损坏。以下是一些预防和解决方案：

监控磁盘健康：

sudo pacman -S smartmontools sudo smartctl -a /dev/mmcblk0

减少写入操作：
- 使用tmpfs挂载临时目录（如前所述）
- 禁用或减少日志记录
- 使用noatime挂载选项

定期备份系统：

sudo pacman -S rsync sudo rsync -aAXv / --exclude={"/dev/*","/proc/*","/sys/*","/tmp/*","/run/*","/mnt/*","/media/*","/lost+found"} /path/to/backup

过热问题

高性能ARM设备可能会遇到过热问题，导致性能下降或系统不稳定：

监控温度：

sudo pacman -S lm_sensors sudo sensors-detect sensors

安装散热解决方案：
- 添加散热片
- 安装风扇
- 使用带风扇的外壳

调整CPU频率限制：

sudo pacman -S cpupower sudo cpupower frequency-set -u 1200000

启动问题

如果系统无法启动，可以尝试以下步骤：

使用串行控制台连接查看启动信息
检查U-Boot配置
尝试恢复模式（如果设备支持）
重新烧录系统镜像

性能问题

如果系统运行缓慢，可以尝试以下优化：

检查系统资源使用情况：
```
htop iotop 
```

识别并禁用资源密集型服务：

sudo systemctl stop resource-intensive-service sudo systemctl disable resource-intensive-service

考虑升级存储介质（如从SD卡升级到eMMC或USB SSD）

进阶配置和使用技巧

编译自定义内核

编译自定义内核可以优化系统性能并添加特定硬件支持：

安装必要的软件包：

sudo pacman -S base-devel git xmlto docbook-xsl

获取内核源代码：

git clone https://github.com/archlinuxarm/linux-armv7.git cd linux-armv7

配置内核：
```
make menuconfig 
```
编译内核：
```
make -j$(nproc) 
```
安装内核模块：
```
sudo make modules_install 
```

安装内核：

sudo cp arch/arm/boot/zImage /boot/ sudo cp System.map /boot/ sudo cp .config /boot/config-$(make kernelversion)

设置容器和虚拟化

虽然ARM设备资源有限，但仍可以运行轻量级容器：

安装Docker：

sudo pacman -S docker sudo systemctl enable docker sudo systemctl start docker sudo usermod -aG docker $USER

运行ARM兼容的容器：
```
docker run --rm -it arm32v7/alpine 
```

设置媒体服务器

ARM设备非常适合作为轻量级媒体服务器：

安装Plex Media Server：

yay -S plex-media-server sudo systemctl enable plexmediaserver sudo systemctl start plexmediaserver

或者安装轻量级替代品，如MiniDLNA：

sudo pacman -S minidlna sudo systemctl enable minidlna sudo systemctl start minidlna

设置网络附加存储(NAS)

将ARM设备转换为NAS：

安装Samba：
```
sudo pacman -S samba 
```

配置Samba：

sudo cp /etc/samba/smb.conf.default /etc/samba/smb.conf sudo nano /etc/samba/smb.conf

添加共享配置：

 [share] path = /path/to/share browseable = yes writable = yes guest ok = yes read only = no

启动Samba服务：

 sudo systemctl enable smb nmb sudo systemctl start smb nmb

设置GPIO和传感器

对于树莓派等支持GPIO的设备：

安装必要的软件包：

sudo pacman -S python python-pip pip install RPi.GPIO

创建一个简单的GPIO控制脚本： “`python import RPi.GPIO as GPIO import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(18, GPIO.OUT)

try:

 while True: GPIO.output(18, True) time.sleep(1) GPIO.output(18, False) time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:

 GPIO.cleanup()

 3. 运行脚本： ```bash python gpio_blink.py

总结

在ARM架构上安装和配置Arch Linux可能比在传统的x86架构上更具挑战性，但通过本指南提供的详细步骤和优化技巧，您应该能够在各种ARM设备上成功运行Arch Linux，并充分发挥其性能。

从树莓派到其他ARM设备，Arch Linux提供了一个轻量级、高度可定制的操作系统，适合各种应用场景，从简单的家庭服务器到复杂的嵌入式项目。通过适当的优化和配置，即使资源有限的ARM设备也能提供出色的性能和稳定性。

记住，ARM设备的硬件限制可能需要一些妥协和创造性解决方案，但这也是使用Arch Linux的乐趣所在——您可以根据自己的需求和硬件能力完全定制系统。