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Instalação e configuração da distribuição Linux

NOTA: Fora da aula pode utilizar o Teams ou o e-mail para colocar dúvidas e obter respostas mais rapidamente sobre este assunto. Caso tenha alguma dificuldade, sugere-se que contacte o docente no horário da atendimento, pessoalmente ou através dos canais acima, para não perder demasiado tempo com a instalação/configuração do sistema.

O desenvolvimento prático na UC de Robótica Avançada é baseado no ROS2. Não obstante hoje em dia este já ser suportado em Windows, tipicamente este tipo de sistemas é implementado em ambiente Linux, sendo também essa a abordagem utilizada em Robótica Avançada. Em 2023/2024, em Robótica Avançada, a distribuição de Linux instalada nos PCs do Laboratório de Simulação de Sistemas é o Kubuntu 22.04.3 (Jammy Jellyfish). Não sendo obrigatório utilizar o Kubuntu, sugere-se fortemente que, por questões de compatibilidade, utilize uma versão do Ubuntu 22.04, que poderá ser o Kubuntu, o Ubuntu, o Xubuntu, etc., sendo o Xubuntu a que consome menos recursos. No final deste documento encontra as ligações para todo o software referido neste documento, incluindo o Kubuntu, como o Xubuntu.

Existem três formas aconselhadas para instalar a distribuição, resumidas na tabela seguinte.

Tipo de Instalação Ambiente Vantagens Desvantagens
Windows Subsystem for Linux 2 (WSL2) Windows 10/11 Facilidade de utilização e integração entre o Windows e o Linux. Alguma perda de performance, embora reduzida em geral e mais elevada a nível da visualização 3D. Só disponível para versões do Windows >= 10 2004 (Build 19041).
Máquina Virtual Windows (7/8/10/11) Facilidade de instalação e remoção. Maior perda de performance, quer em a nível de visualização 3D, quer em geral. Mais adequada para computadores com pelo menos 4 cores e 8Gb de memória.
Máquina Real Linux Ubuntu 22.04.3 Máxima performance. Maior complexidade de instalação e maior dificuldade em gerir a ligação entre o Windows e o Linux, não podendo correr os dois sistemas em simultâneo.

Cada uma destas hipóteses está mais detalhada nas secções que se seguem.

1. Windows Subsystem for Linux 2 (WSL2)

Esta é a opção recomendada se o seu PC tem poucos recursos e não tem interesse em instalar o Linux a par do Windows. A Microsoft tem vindo a desenvolver um sistema baseado em Linux que permite correr as aplicações de Linux mais facilmente num ambiente Windows. Esta abordagem utiliza menos recursos que uma máquina virtual tradicional e permite trabalhar num ambiente mais próximo do Windows. No caso particular desta UC iremos utilizar o WSL2.

1.1 Instalação do WSL2

Para poder usar o WSL2 tem que ter a versão do Windows 10 2004 (Build 19041) ou superior, como pode confirmar aqui. Proceda da seguinte forma para instalar o WSL e o Ubuntu:

  1. Clique no menu iniciar e abra a opção "Ativar ou desativar funcionalidades do Windows" (pode pesquisar por "Funcionalidades" para encontrar esta opção);
  2. Na lista de funcionalidades disponíveis, ative a opção "Subsistema Windows para Linux" e a opção "Virtual Machine Platform". Ser-lhe-á solicitado que reinicie o PC para concluir a instalação;
  3. Após reiniciar o PC, abra a loja do Windows (Microsoft Store), aceda ao Ubuntu 22.04.3 e obtenha/instale a aplicação (esta é a distribuição de Linux que será utilizada);
  4. Após concluir a instalação do Ubuntu, abra a aplicação através do menu iniciar do Windows. Nessa altura ser-lhe-á solicitado que introduza um nome de utilizador e palavra-passe, para a configuração do Ubuntu (não se esqueça dessa combinação de nome de utilizador e palavra-passe);
  5. Após confirmar que a instalação foi concluída com sucesso, feche a janela do Ubuntu e abra a PowerShell como administrador, clicando com o botão direito do rato no menu iniciar, seguido da opção "Windows PowerShell (admin)" (caso tenha instalado o Terminal do Windows, pode escolher a opção "Terminal (Admin)");
  6. Na janela da Powershell, corra o comando "wsl -l -v" para confirmar a versão do WSL utilizada;
  7. Caso a versão indicada no passo anterior seja a "1", corra o comando wsl --set-version Ubuntu-22.04 2 para mudar para a versão 2. Se a versão já for a 2, ou se a mudança para a versão 2 (verifique com o comando do ponto 6) tiver sido concluída, pode saltar os passos 8, 9 e 10. Se a a mudança para a versão 2 não tiver sido concluída, continue para o passo 8;
  8. Caso no final do passo 7 o WSL2 não tenha ficado ativo, tal poderá ser devido à necessidade de uma configuração adicional para usar o WSL2. Nesse caso, descarregue e instale a atualização disponível aqui;
  9. Reinicie o PC e confirme que tem a opção de virtualização ativada na BIOS. Caso o seu PC não suporte virtualização, não poderá utilizar o WSL2, pelo que nesse caso deve optar pela opção da máquina virtual ou da máquina real;
  10. Confirme novamente a versão do WSL utilizada com o Ubuntu. Se necessário, corra novamente o passo 7.
  11. De modo a garantir que está a utilizar a versão mais atual do WSL2, corra o seguinte comando na consola do Windows (aberta no passo 5 com acesso de administrador): wsl.exe --update.

Note que pode aceder à pasta "HOME" do Linux usando o Windows Explorer com o caminho \\wsl.localhost\Ubuntu-22.04\home\USER, onde USER deve ser substituído pelo nome de utilizador que especificou na instalação do Linux.

Proceda agora com a instalação de outras aplicações no Windows que irão ser úteis em Robótica Avançada, seguindo a próxima secção.

1.2 Aplicações adicionais a instalar no Windows

Aconselha-se a instalar o Notepad++, caso pretenda editar no Windows ficheiros guardados no Linux.

Tem ainda que instalar o Microsoft Visual Studio Code no Windows e, dentro do Visual Studio Code, instalar a extensão WSL publicada pela Microsoft.

Concluída a instalação da distribuição de Linux, interessa agora instalar as aplicações específicas para Robótica Avançada. Para tal, siga os passos indicados na Secção 4.

2. Máquina Virtual

Caso seja utilizador de Windows com um PC suficientemente recente (< 5 anos), esta é a uma boa opção, pois permite-lhe uma instalação mais segura e utilização prática. Naturalmente que tal acontece à custa de uma diminuição de performance, o que poderá implicar alguma lentidão em trabalhos mais pesados. Se tiver um PC com processador superior ou igual ao i5 e placa gráfica da AMD ou NVIDIA, ou uma Intel recente, a performance deverá ser aceitável, mesmo em trabalhos com simulaçõo 3D.

A máquina virtual sugerida é o VMware Player, a qual é gratuita para uso não comercial. Alternativamente poderia ser utilizado o VirtualBox, no entanto, na última versão que foi estudada, este apresentava um pior desempenho em aplicações 3D, podendo limitar a realização de alguns trabalhos. A utilização do VMware Player também não é isenta de problemas, dado que virtualizar a simulação 3D consome muitos recursos computacionais.

Uma máquina virtual é uma aplicação que permite correr um sistema operativo num ambiente virtual, podendo assim correr outros sistemas com Windows, Linux ou Mac dentro de qualquer um desses sistemas. Neste ambientes virtuais o Host (anfitrião) é o sistema operativo que alberga a máquina virtual, enquanto o Guest (convidado) é o sistema operativo que corre na máquina virtual. O WSL2 também implementa uma máquina virtual, mas considerada lightweight.

Dado que a máquina virtual consume muitos recursos, aconselha-se neste caso a utilização do Xubuntu para um melhor desempenho, mas poderá utilizar uma das outras versões indicadas.

Relativamente à instalação da máquina virtual, tem duas opções:

  1. Pode descarregar uma máquina previamente preparada pelo docente (processo detalhado na Secção 2.1) ;
  2. Instalar a máquina virtual de raiz (processo detalhado na Secção 2.2). A via mais rápida e simples é a primeira, mas caso queira passar pelos passos de instalação do Linux, pode seguir a segunda via (instalação de raiz). Em ambos os casos, é possível depois copiar ficheiros entre a máquina virtual e o sistema anfitrião (usando Copy&Paste), bem como partilhar pastas entre os dois sistemas, como explicado na Secção 4.

2.1 Instalação fornecida pelo docente

Para utilizar a instalação previamente preparada pelo docente, siga os passos abaixo:

  1. Descarregue o Vmware Player clicando no botão "Download for free", seguido da opção "Go to downloads" e, depois, da opção "Download now" para o seu sistema operativo;
  2. Instale o Vmware Player a partir do ficheiro descarregado (aceite as opções por omissão);
  3. Descarregue a máquina virtual fornecida pelo docente;
  4. Descomprima o ficheiro descarregado (máquina virtual) para a pasta onde estão guardadas as máquinas virtuais (no caso do docente, a pasta C:\Users\hugoc\Documentos\Virtual Machines\), ou uma outra pasta qualquer à sua escolha. Após descompactar o ficheiro, irá ocupar cerca de 25Gb de armazenamendo no disco;
  5. Abra o Vmware player. Caso apareça informação sobre o VMware Workstation escolha "Skip this version";
  6. Clique em Player --> File --> Open... e abra, na pasta onde guardou a máquina virtual, o ficheiro "Xubuntu 22.04 64-bit AR\Xubuntu 22.04 64-bit AR.vmx";
  7. Na mensagem que surge a questionar se a máquina virtual foi movida ou copiada, escolha a opção "I moved it";

O nome de utilizador é robotics e a palavra-passe é robotics.

Neste caso a máquina virtual está totalmente configurada, pelo que não necessita de fazer mais nada, exceto se quiser ter pastas partilhadas entre o Windows (host) e o Linux (guest) (note que é possível fazer Copy&Paste de conteúdos e ficheiros entre o host e o guest, independentemente de partilhar ou não as pastas). Para ativar as pastas partilhadas entre o Windows e o Linux clique, dentro da janela do VMware, no menu Player --> Manage --> Virtual Machine Settings e seleccione o separador "Options", seguido da opção "Shared Folders". Ative a opção "Always Enabled" e clique em "Add" para adicionar a pasta a partilhar. As pastas criadas ficarão imediatamente disponíveis na máquina virtual em /mnt/hgfs.

Antes de prosseguir, abra a máquina virtual e, num terminal dentro da máquina virtual, corra os seguintes comandos para garantir que o sistema está atualizado:

sudo apt update
sudo apt dist-upgrade

Neste momento está apto a seguir os tutoriais das aulas laboratoriais, não precisando de fazer mais nada em termos de instalação/configuração.

2.2 Instalação da máquina virtual de raiz

Para proceder à instalação do sistema na máquina virtual, siga os seguintes passos:

  1. Descarregue o Vmware Player clicando no botão "Download for free", seguido da opção "Go to downloads" e, depois, da opção "Download now" para o seu sistema operativo;
  2. Descarregue a versão 22.04.3 do Xubuntu 64 bit;
  3. Instale o Vmware Player a partir do ficheiro descarregado (aceite as opções por omissão);
  4. Abra o Vmware player. Caso apareça informação sobre o VMware Workstation escolha "Skip this version";
  5. Clique em "Create a New virtual Machine";
  6. Selecione a opção "Installer disc image file (iso)" e escolha o ficheiro ISO do Xubuntu que descarregou acima. Clique em Next;
  7. Escolha um nome de utilizador e palavra-passe (não a pode esquecer) e clique em Next;
  8. Escolha um nome para a máquina virtual e clique em Next;
  9. Altere o tamanho do disco para 25Gb ou superior e selecione a opção "Store virtual disk as a single file". Clique em Next;
  10. Na configuração do hardware a máquina virtual, acessível clicando em "Customize Hardware...", deverá ter 3GB de memória ou mais (idealmente 4096 Mb caso tenha 8 Gb ou mais de memória) e 1 processador ou mais (idealmente 2 se tiver 4 ou mais cores). Clique em "Finish" para iniciar a instalação, processo este que poderá 10 a 20 minutos dependendo do seu hardware;
  11. Caso surja uma janela com o título "Removable devices", poderá fechar a mesma sem problemas;

Terminada a instalação, é necessário proceder à configuração do sistema:

  1. Se após a instalação o teclado não estiver correto, pode reconfigurar o mesmo. Para tal aceda ao menu iniciar, pesquise por "Settings Manager" e clique no mesmo. Clique em "Keyboard". No separador Layout remova a opção "Use system defaults", clique em "Edit" e selecione a opção "Portuguese (no dead keys)", seguido de Close. Poderá levar alguns segundos até poder prosseguir;
  2. Ainda na janela "Settings Manager", pesquise por "Time and Date", clique no ícone que aparece, depois clique em "Unlock", introduza a palavra-passe que configurou anteriormente, altere a "Time zona" para Europe/Lisbon e clique "Close" para terminar;
  3. É possível fazer Copy&Paste de conteúdos e ficheiros entre o host e o guest, mas poderá também ser útil partilhar uma pasta entre o Windows e o Linux. Para tal, clique no menu "Player" (caso não esteja visível, o menu aparece quando desloca o rato para o topo da parte central da janela da maquina virtual) --> "Manage" --> "Virtual Machine Settings". Selecione o separador "Options", seguido da opção "Shared Folders". Ative a opção "Always Enabled" e clique em "Add" para adicionar a pasta a partilhar. O campo "Host path" diz respeito à pasta do Windows que quer partilhar com a máquina virtual Linux. O campo "Name" corresponde ao nome que a pasta terá no Linux (máquina virtual). Após preencher os campos clique "Next" seguido de "Finish". A pasta criada ficará imediatamente disponível no Linux em /mnt/hgfs;
  4. Ainda na janela do ponto anterior, selecione a opção "VMWare Tools", ative a opção "Synchronize guest time with host";
  5. Por omissão o Xubuntu bloqueia o ecrã ao fim de 5 minutos. Caso queira alterar esse tempo ou desabilitar esse bloqueio, aceda no menu iniciar a "Settings", seguido de "Screensaver Preferences", e altere aí as configurações que achar necessárias.

Terminada a instalação da distribuição, é agora necessário instalar o software de base utilizado nas aulas, de acordo com a Secção 4.

3. Máquina Real

A instalação em máquina real, "ao lado do Windows", é a opção que permite ter melhor performance, fazendo utilização plena dos recursos do PC. No entanto esta implica alguns cuidados durante a instalação, sobretudo por utilizadores menos experientes, obrigando ainda a uma comutação entre sistemas para utilizadores do Windows, a qual poderá não ser prática. Apenas recomendo esta opção se se sentir à vontade com estas operações ou tiver um PC com mais de 6 anos.

Para instalar a distribuição deverá primeiro garantir que tem um CD ou uma PEN USB com a distribuição gravada (pode usar a aplicação balenaEtcher para gravar a PEN USB a partir da ISO do Linux). Deverá ainda garantir que tem pelo menos 2Gb de memória e 25Gb de disco para o Linux (idealmente já em espaço livre, i.e., já particionado). Arranque desse CD/PEN e siga os seguintes passos (baseados no Kubuntu 22.04, mas serão semelhantes para outras versões do Ubuntu):

  1. No menu inicial escolha a opção de instalação;
  2. Selecione "Download updates while installing" e "install third-party software" após o arranque;
  3. Quando especificar o nome de utilizador e palavra-passe, ative a opção "Log in automatically". Não se esqueça da palavra-passe que especificar e use apenas letras e números no nome do utilizador (não use acentos nem espaços);
  4. Este é um passo crítico, pelo que dev escolher muito cuidadosamente o particionamento do disco. Contacte o docente em caso de dúvida (um erro aqui pode levar à perda de todos os dados do PC);
  5. Após a instalação, realize os seguintes passos:
    • Abra "System Settings" no menu iniciar, clique em "Locale" e altere o país para Portugal. Faça logout e login para as alterações fazerem efeito;
    • Abra o menu iniciar a opção "Driver Manager" (alternativamente poderá pressionar Alt+F2 e escrever "Driver Manager"). Se houver software disponível, ative-o (poderá ter que reiniciar o PC para as alterações fazerem efeito).

Terminada a instalação da distribuição, é agora necessário instalar o software de base utilizado nas aulas, de acordo com a Secção 4.

4. Instalação e configuração do software adicional

Para facilitar a instalação do software de base necessário para Robótica Avançada, o docente preparou um conjunto de scripts. Assim, para instalar o software basta que siga os seguintes passos (note que estes passos incluem a descarga e instalação e de cerca de 2Gb de software):

  1. Abra um terminal no Linux ou, caso esteja a usar o WSL, abra o Ubuntu.
  2. Execute, no terminal, o 1º comando que se segue, caso não esteja a usar o WSL, ou o 2º comando que se segue, caso esteja a usar o WSL:
wget https://github.com/ipleiria-robotics/adv_robotics/raw/master/scripts/install_AR.sh
wget https://github.com/ipleiria-robotics/adv_robotics/raw/master/scripts/install_AR_WSL.sh
  1. Ainda no mesmo terminal, execute agora o comando bash install_AR.sh (ou o comando bash install_AR_WSL.sh, caso esteja a usar o WSL);
  2. Siga as instruções exibidas no terminal, inserindo a palavra-passe, sempre que solicitada, e respondo sim (Y) ou com o ENTER às questões que surjam. Note que, dependendo da velocidade de internet, este passo pode demorar significativamente;

Terminada esta instalação verifique no terminal que não ocorreu nenhum erro durante a execução dos scripts. Caso tenha surgido algum erro, além do indicado abaixo, volte a correr o script (passo 3). Caso o(s) erro(s) não sejam resolvidos, contacte o docente. O erro que se segue pode ser ignorado sem problemas.

WARNING:colcon.colcon_ros.task.ament_python.build:Package 'py_trees_ros_viewer' doesn't explicitly install a marker in the package index (colcon-ros currently does it implicitly but that fallback will be removed in the future)
--- stderr: py_trees_ros_viewer
/home/user/ros/build/py_trees_ros_viewer/setup.py:5: DeprecationWarning: The distutils package is deprecated and slated for removal in Python 3.12. Use setuptools or check PEP 632 for potential alternatives
  from distutils import log

De seguida deve reiniciar o PC, ficando este pronto para a realização dos trabalhos práticos.

No caso de estar a utilizar uma máquina virtual e queira partilhar pastas entre o sistema operativo anfitrião mas ainda não o tenha feito, siga as indicaçõe no final da Secção 2.1.

5. Ligações relevantes