Raspberry Pi的遠(yuǎn)程開發(fā)

介紹

互聯(lián)網(wǎng)連接的關(guān)鍵指標(biāo)之一是它對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上其他主機(jī)的ping時(shí)間。因此，編寫一個(gè)程序，定期ping其他主機(jī)并記錄結(jié)果。對(duì)于那些想要在其他遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程執(zhí)行代碼的人，例如AWS實(shí)例或DigitalOcean Droplet，過程完全相同。

本教程是在Windows上創(chuàng)建的，代碼是在RPi上執(zhí)行的，RPi是一臺(tái)Linux計(jì)算機(jī)。在其他受支持的操作系統(tǒng)上，某些路徑和工作流程可能略有不同。

先決條件

確保滿足以下先決條件：

• 你有專業(yè)版的PyCharm。
• 代碼將在任何Linux機(jī)器上運(yùn)行。您也可以使用本地VM。

您還需要一些額外的軟件：

• PostgreSQL，因?yàn)樗鼘⒂糜趧?chuàng)建數(shù)據(jù)庫。
• Libpq-dev，Psycopg2需要。
• Python-dev，需要編譯Psycopg2。

要一次安裝所有這些，請(qǐng)運(yùn)行以下命令：

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y postgresql libpq-dev python-dev

Raspberry Ping

構(gòu)建的應(yīng)用程序包含兩部分：

• 首先，實(shí)際進(jìn)行測(cè)量。為了測(cè)量結(jié)果，可以調(diào)用每個(gè)Linux機(jī)器（包括Raspberry Pi）附帶的ping命令行工具。然后，將結(jié)果存儲(chǔ)在PostgreSQL數(shù)據(jù)庫中。
• 其次，使用Flask應(yīng)用程序?qū)Y(jié)果進(jìn)行可視化，該應(yīng)用程序使用Matplotlib繪制最近結(jié)果的圖表。

準(zhǔn)備你的Raspberry Pi

由于希望以后能夠查看帶有結(jié)果的網(wǎng)頁，因此在網(wǎng)絡(luò)中為Pi提供固定IP非常重要。 為此，請(qǐng)編輯/ etc / network / interfaces。

將Pi設(shè)置為使用靜態(tài)IP后，請(qǐng)raspi-config在命令行中使用。轉(zhuǎn)到“ 高級(jí)選項(xiàng)”，選擇“ SSH”，然后選擇“ 是”。當(dāng)你完成這項(xiàng)工作后，你就可以開始使用PyCharm了。

創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目

創(chuàng)建一個(gè)純Python項(xiàng)目：選擇File | New Project。將項(xiàng)目命名為“raspberry.pi”。

然后按照 Configuring Remote Interpreters via SSH中所述添加SSH遠(yuǎn)程解釋器。配置SSH服務(wù)器時(shí)，請(qǐng)指定Pi（主機(jī)）的IP地址，例如172.27.120.177。另外，指定登錄到設(shè)備的憑據(jù)。

接下來，在PyCharm中，按Ctrl+Shift+A，開始輸入“啟動(dòng)SSH會(huì)話”：

然后從主機(jī)列表中選擇您的Raspberry Pi，您應(yīng)該連接。

接下來，安裝其他軟件。

在PostgreSQL中設(shè)置權(quán)限和創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)在需要在PostgreSQL中設(shè)置權(quán)限。最簡單的方法是返回SSH終端，并運(yùn)行以下命令以獲得Postgres用戶的SQL提示：

sudo -u postgres psql

現(xiàn)在創(chuàng)建一個(gè)用戶（Postgres術(shù)語中的 ‘role’），其名稱與運(yùn)行該過程的用戶的名稱相同：

CREATE ROLE pi WITH LOGIN PASSWORD ‘hunter2’;

重要注意事項(xiàng)！請(qǐng)確保PostgreSQL中的角色與Linux用戶名具有相同的名稱。您可能還需要替換更好的密碼。在PSQL中用分號(hào)（；）來結(jié)束SQL語句是很重要的，因?yàn)樗鼤?huì)假定您正在編寫多行語句，直到用分號(hào)終止。授予PI用戶登錄權(quán)限，這意味著用戶可以登錄。沒有登錄權(quán)限的角色用于創(chuàng)建組。

接下來，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫：

CREATE DATABASE pi WITH OWNER pi;

其次，出口psql用\q。

捕獲pings

要獲取有關(guān)Internet連接質(zhì)量的信息，請(qǐng)使用系統(tǒng)的ping實(shí)用程序ping服務(wù)器 ，然后使用正則表達(dá)式讀取結(jié)果。輸出 ping：

所有具有單獨(dú)往返時(shí)間的行都以64字節(jié)開頭。 所以讓我們創(chuàng)建一個(gè)文件ping.pyFile | New - Python File），然后開始編碼。

這里可以先獲取ping的輸出，然后遍歷這些行，選擇以數(shù)字開頭，后跟“bytes from”字樣的行：

此時(shí)，如果您運(yùn)行代碼（Ctrl+Shift+F10），您應(yīng)該看到此代碼在Raspberry Pi上遠(yuǎn)程運(yùn)行：

要檢查部署設(shè)置是否已正確設(shè)置，請(qǐng)指向主菜單上的Tools | Deployment 。應(yīng)檢查檢查命令“ Automatic Upload”。

存儲(chǔ)ping

如果要存儲(chǔ)ping PostgreSQL，為它們創(chuàng)建一個(gè)表。首先，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)PostgreSQL數(shù)據(jù)庫：

選擇PostgreSQL后，將打開數(shù)據(jù)源頁面：

在此頁面上，下載所需的驅(qū)動(dòng)程序，輸入所需的憑據(jù)，然后單擊“Test Connection”按鈕以確保已連接。

由于我們的數(shù)據(jù)庫只暴露給localhost，所以需要使用SSH隧道：

在連接之后，通過執(zhí)行setup_db.sql腳本來創(chuàng)建表 。從GitHub復(fù)制粘貼腳本，連接后立即打開SQL控制臺(tái)，然后使用綠色播放按鈕執(zhí)行。

現(xiàn)在已經(jīng)有了這個(gè)工作，然后擴(kuò)展腳本，將ping記錄到數(shù)據(jù)庫中。要從Python連接到數(shù)據(jù)庫，需要安裝psycopg2。為此，請(qǐng)指向 File | Settings（對(duì)于Windows和Linux）或PyCharm / Preferences （對(duì)于macOS用戶），然后單擊Project Interpreter頁面，然后使用"+"圖標(biāo)來安裝包

Cron

實(shí)際上會(huì)定期記錄ping，需要安排運(yùn)行此腳本。為此，將使用cron。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)庫使用對(duì)等身份驗(yàn)證時(shí)，需要確保腳本以pi用戶身份運(yùn)行。因此，打開一個(gè)SSH會(huì)話（確保已登錄 pi），然后運(yùn)行crontab -e以編輯用戶crontab。然后在文件的底部添加以下行：

*/5 * * * * /home/pi/raspberryping/ping.py jetbrains.com >> /var/log/raspberryping.log 2>&1

確保文件末尾有換行符！

第一個(gè)*/5意味著腳本將每5分鐘運(yùn)行一次。如果您想要不同的頻率，您可以了解有關(guān)crontabs的更多信息。現(xiàn)在還需要?jiǎng)?chuàng)建日志文件并確保腳本可以寫入它：

sudo touch /var/log/raspberryping.log

sudo chown pi:pi /var/log/raspberryping.log

此時(shí)花點(diǎn)時(shí)間，當(dāng)您稍后再回來時(shí)，應(yīng)該記錄一些ping時(shí)間。讓查看PyCharm的數(shù)據(jù)庫工具。打開 Database tool window 在屏幕右側(cè)），然后雙擊該表。您應(yīng)該看到它包含值：

創(chuàng)建Flask應(yīng)用程序

如果看不到有關(guān)它們的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，那么記錄ping是沒有好處的。因此，編寫一個(gè)小型Flask應(yīng)用程序（安裝Flask，pip install在終端中使用），并使用 matplotlib繪制最近ping時(shí)間的圖表。

在Flask應(yīng)用程序中，將創(chuàng)建兩個(gè)路徑：

• On /，這里將列出在過去一小時(shí)內(nèi)使用基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定的destinations（最后一小時(shí)的最小，平均，最長時(shí)間）。
• 在/ graphs / <destination>上，我們將繪制過去3小時(shí)內(nèi)ping的圖表。

該路線很簡單：只是執(zhí)行一個(gè)查詢來獲取感興趣的數(shù)據(jù)，并傳遞給模板。為了確保一切正常，在調(diào)用時(shí)設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn) render_template：

然后啟動(dòng)調(diào)試會(huì)話（圖標(biāo)動(dòng)作startDebugger svg）并在瀏覽器中查看結(jié)果。/ graphs / <destination>路線要復(fù)雜得多。首先，必須在合理大小的垃圾箱中獲得過去三個(gè)小時(shí)的平均值（比方說，10分鐘）。其次，必須繪制圖形。

查詢數(shù)據(jù)

要尋找的數(shù)據(jù)是：

• 在過去3小時(shí)內(nèi)每10分鐘一次
• 獲取指定目標(biāo)的最小，平均和最長ping時(shí)間

第一部分使這個(gè)查詢相當(dāng)復(fù)雜。即使PostgreSQL支持間隔，日期范圍以及生成一系列日期的方法，也無法生成一系列范圍。這個(gè)問題的一個(gè)解決方案是公用表表達(dá)式（CTE），這是一種執(zhí)行子查詢的方法，您可以在以后將其稱為真實(shí)表。

要以10分鐘的間隔獲取過去三小時(shí)的一系列timestamps很簡單：

select begin_time from generate_series(now() - interval '3 hours', now(), interval '10 minutes') begin_time;

該generate_series函數(shù)有三個(gè)參數(shù)：begin，end和step。該功能適用??于數(shù)字和timestamps，因此可以輕松實(shí)現(xiàn)。需要兩個(gè)timestamps之間的時(shí)間。可以使用另一個(gè)SQL magic： window functions，它允許在當(dāng)前所在的行之前或之后處理行。所以添加 end_time到查詢中：

LEAD獲取結(jié)果中下一行的值，按照OVER子句中指定的方式排序 。您可以使用LAG以類似方式獲取上一行。所以現(xiàn)在可以用這個(gè)查詢包裝WITH intervals as ( … query goes here … )使它成為一個(gè)CTE。然后可以加入ping表并獲得正在尋找的結(jié)果：

接下來，執(zhí)行此查詢。右鍵單擊?editor background，然后在context菜單中選擇Execute：

（如果您沒有看到Execute，請(qǐng)選擇 Attach Console讓PyCharm知道您要執(zhí)行查詢的數(shù)據(jù)庫）。

您可以使查詢工作速度提高30倍。要實(shí)現(xiàn)此顯著加速，請(qǐng)將此索引添加到查詢中：

CREATE INDEX pings_recorded_at ON pings(recorded_at);

繪制數(shù)據(jù)圖

獲取數(shù)據(jù)后，matplotlib用于生成一個(gè)折線圖，其中包含每個(gè)bin的最小，平均和最大ping時(shí)間。Matplotlib可以使用plot_date function輕松繪制基于時(shí)間的數(shù)據(jù)。

當(dāng)繪圖準(zhǔn)備好后，它將作為.png文件“保存” 到StringIO對(duì)象，然后用于創(chuàng)建HTTP響應(yīng)。通過設(shè)置content_type標(biāo)題image/png，一切都安排好了。

所以最終的結(jié)果是：

概要

• 創(chuàng)建了一個(gè)項(xiàng)目
• 在終端中，設(shè)置權(quán)限并創(chuàng)建用戶。
• 創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)據(jù)庫。
• 捕獲ping。
• 在特殊數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)ping。
• 創(chuàng)建了Flask應(yīng)用程序
• 查詢數(shù)據(jù)
• 繪制數(shù)據(jù)