用 usbip 转发 raspberry pi 的 USB 键盘鼠标给 Arch Linux 的 PC

惠狐 megumifox 写了篇 用PulseAudio将电脑的声音用手机放出来 ,文末提到想知道我怎么用树莓派转发 USB 的,于是写篇文章记录一下。

起因

家里有个装了 Arch Linux ARM 的树莓派3B 闲置着,装了 Arch Linux ARM 偶尔上电更新一下, 不过因为性能实在不适合做别的事情于是一直在吃灰。某日 给老婆安利幻想万华镜和老婆看片 的时候, 老婆不吃安利于是迁怒键盘鼠标键盘鼠标被长长的 USB 线扯着感觉很难受 ,于是偶发奇想,能不能利用一下树莓派的多达 4 个 USB 2.0 端口接鼠标键盘呢, 这样鼠标键盘就可以跟着树莓派来回走,不用拖着长长的 USB 线了。

上网搜了一下, Linux 环境有个 usbip 工具正好能做到这个。原理也很直观, usbip 能把 USB 端口上的数据封装成 IP 协议通过网络转发出去,从而两个网络间相互联通的电脑就可以远程转发 USB 了。 设置好的话,就像是一台 PC 多了几个位于树莓派上的 USB 端口,插上树莓派的 USB 设备统统作为 PC 的设备。

这篇文章假设有一个装了 Arch Linux 的 PC ,和一个装了 Arch Linux ARM 的树莓派, 并且两者间能通过网络互相访问到。别的发行版上大概也可以这么做,只是我没有试过。 usbip 工具似乎普遍被发行版打包了,除此之外需要的也只是 Linux 内核提供好的功能而已。

设置 Arch Linux ARM 的树莓派端

假设树莓派上面网络已经设置妥当,开机插电就能自动联网。接下来安装 usbip 工具:

$ pacman -Syu usbip

然后需要记录一下树莓派的 IP 地址:

$ ip addr
3: wlan0: ......
inet 192.168.0.117/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute wlan0
......

接下来,我给 udev 添加了一个规则,当插入 usb 设备的时候,执行我的脚本 usbipall.sh 把 usb 设备通过 usbip 共享出去:

$ cat /etc/udev/rules.d/usbipall.rules
ACTION=="add", SUBSYSTEM=="usb", RUN+="/usr/bin/bash /usr/local/bin/usbipall.sh"

这个 rules 文件 可以在我的 dotfiles 里面找到

然后规则调用的 usbipall.sh 我这么写的, 文件同样在我的 dotfiles 里面

#/bin/sh
(
allusb=$(usbip list -p -l)
for usb in $allusb
do
    busid=$(echo $usb | sed "s|#.*||g;s|busid=||g")
    if [[ $busid = "1-1.1" ]]
    then
        # ignoring usb ethernet
        continue
    fi
    echo "$(date -Iseconds): Exporting $busid"
    usbip bind --busid=$busid
done
) >>/var/log/usbipall.log 2>&1

这个脚本做了这样几件事。

  1. 调用 usbip list --local 列出本地所有 usb 设备。
  2. 针对每个设备
    1. 取出它的 busid
    2. 判断是不是树莓派的 USB 以太网卡,不是的话继续
    3. 通过 usbip bind --busid= 命令把这个 usb 设备导出到网上
  3. 最后把所有输出记录到 /var/log/usbipall.log 日志里面

树莓派这边设置就完成了。从此之后插入的 usb 设备就会统统导出出去。

这里需要注意一下,启用了 udev 规则之后,就没法插键盘鼠标到树莓派上控制它了……我都是从另一端 ssh 上树莓派操作的。如果有什么地方设置错误,可能需要把树莓派的 SD 卡拔下来插到电脑上,删除掉 rules 文件……

仔细检查设置正确了之后,重新载入 udev 规则,或者重启树莓派:

# systemctl restart systemd-udevd

这样树莓派这边就设置好了。

设置 Arch Linux 的 PC 端

同样假设 PC 这边也已经联网。接下来同样安装 usbip 工具:

$ pacman -Syu usbip

然后我写了个小脚本去链接树莓派端, 这个文件 usbiprpi3.sh 也在我的 dotfiles

#/bin/sh
rpi3="192.168.0.117"

modprobe vhci-hcd

allusb=$(usbip list -p -r $rpi3 | cut -d":" -f1 -s | sed 's|^[ \t]*||;/^$/d')
for busid in $allusb
do
        if [[ $busid = "1-1.1" ]]
        then
                # ignoring usb ethernet
                continue
        fi
        echo "Attaching $busid"
        usbip attach --remote=$rpi3 --busid=$busid
done

其中脚本第一行填入上面记录下来的树莓派的 IP 地址,接下来脚本做了这么几件事:

  1. 用 modprobe 确认加载 vhci-hcd 通用虚拟键鼠驱动
  2. usbip list --remote= 列出远程设备上已经导出了的 USB 设备,取出他们的 busid
  3. 对每个设备用 usbip attach 接上该设备

然后就已经准备妥当,接下来是见证奇迹的时刻:

$ sleep 10; sudo ./usbiprpi3.sh
Attaching 1-1.4.3
Attaching 1-1.4.1

因为只有一套键盘鼠标,所以先 sleep 个 10 秒,在此期间快速把键鼠拔下来插到树莓派的 USB 口上去。 如果对自己手速没自信也可以把时间设长一点。然后用 root 权限执行 usbiprpi3.sh 。

一切正常的话,先能观测插上树莓派的键盘鼠标被树莓派初始化了一下,比如键盘灯会亮, 然后这些设备会被导出出去,从而键盘灯灭掉,然后 10 秒等待结束后他们被远程接到了 PC 端, 又会被初始化一下,同时 PC 端这边会有上述 Attaching 的输出。然后键盘鼠标就能像平常一样用啦。

使用体验

因为就是通过 IP 转发 USB 嘛,所以就和普通地接 USB 的体验差不多,当然前提是网络环境足够稳定。 在我家间隔 5 米到无线路由器的环境下,基本感觉不到网络延迟的影响。 通过这种方式聊天上网应该和直接接 USB 设备完全一样。本文就是在通过树莓派转发的前提下用键盘打字写的。

不过如果网络负载本身就很大的话,可能会一些延迟,比如我开着 OBS 直播打东方的时候,原本就手残 的我感觉更加手残了……

试过拿着树莓派在房间到处走,走到无线信号覆盖不到的地方, usbip 会断掉,PC 上的现象就像是 USB 设备被拔下来了……所以如果无线网络不稳的话,可能需要对上面脚本做个循环?不过那样可能会用起来很别扭吧。

以及,上述操作 usbip 是走 TCP 3240 端口,数据包大概完全没有加密,所以考虑安全性的话, 最好还是在内网环境使用。不过转念一想,万一有别人接上了我导出出去的 USB ,也就是截获我的键盘, PC 这边没法 attach 设备了,应该马上会发现吧,似乎对攻击者也没有什么好处?我能控制他的键盘了耶~

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