Pi KVM на Raspberry Pi — как собрать и настроить дешёвый KVM over IP

Что такое Pi KVM и чем он отличается от обычного удалённого доступа

Pi KVM — это программно-аппаратная реализация KVM (keyboard, video, mouse) на базе Raspberry Pi. В отличие от VPN или приложений вроде TeamViewer, KVM работает независимо от гостевой ОС. Он захватывает видео с HDMI, эмулирует клавиатуру и мышь и может управлять питанием. Коротко:

• KVM предоставляет доступ к BIOS/UEFI и предзагрузочным меню. Определение: KVM — устройство для управления клавиатурой, видео и мышью удалённо.
• Pi KVM — специализированное ПО и конфигурация для Raspberry Pi.

Важно: Pi KVM даёт уровень доступа ниже операционной системы. Это особенно ценно при восстановлении после падений, установке ОС и работе с серверами в колокации.

Основные сценарии использования

• Удалённая диагностика и восстановление серверов.
• Установка ОС и монтирование ISO по сети.
• Доступ к BIOS/UEFI на удалённой машине.
• Автоматизированные тесты при разработке прошивок и тестировании «чёрного бокса».

Необходимые комплектующие

• Raspberry Pi 3, 4 или Zero 2 W + блок питания (рекомендуется 5V/3A для Pi 4).
• microSD карта 16 ГБ или больше (32 ГБ удобнее для хранения образов).
• 2 x USB Type A male → Type A female кабеля (для DIY-сплиттера).
• USB Type C кабель (для Raspberry Pi 4) или micro USB кабель (для Pi 3 / Zero 2 W).
• HDMI→CSI адаптер (для всех моделей Pi, низкая задержка) или HDMI→USB видеоадаптер (работает с Pi 2/3/4).
• LAN-кабель для Pi 4 или Wi‑Fi (для Zero 2 W используйте Wi‑Fi).
• Изолента или термоусадка для изоляции +5V в DIY-сплиттере.

Если не нашли готовый Y‑сплиттер, можно сделать сплиттер, разрезав и перепаяв два кабеля Type A male→female.

Выбор видеозахвата: HDMI→CSI vs HDMI→USB

• HDMI→CSI (рекомендуется): низкая задержка, поддерживает MJPEG/H.264 и WebRTC, подходит для Pi Zero 2 W и всех Pi.
• HDMI→USB: проще и дешевле, работает на Pi 2/3/4, но имеет большую задержку и нагрузку на CPU.

Выбор зависит от требований к задержке и используемой модели Raspberry Pi.

Подготовка microSD: запись образа Pi KVM

1. Скачайте официальный образ Pi KVM для вашей модели и выбранного видеозахвата.
2. Вставьте microSD в компьютер.
3. Запустите Raspberry Pi Imager.
4. Выберите Choose OS → Use Custom и укажите скачанный образ.

5. Нажмите Choose Storage и выберите microSD.

6. Нажмите Write и подтвердите. Процесс займёт несколько минут.

Если используете Raspberry Pi Zero 2 W или собираетесь подключаться по Wi‑Fi, после записи откройте раздел PIBOOT (FAT32) и отредактируйте файл pikvm.txt. Добавьте под строкой FIRST_BOOT=1 настройки Wi‑Fi:

WIFI_ESSID="MyWiFiName"
WIFI_PASSWD="Password"

Сборка USB-сплиттера безопасно

Когда Pi KVM должен эмулировать клавиатуру/мышь и при этом питать Raspberry Pi от целевой машины, важно предотвратить подачу +5V в хост. Делайте так:

1. Возьмите два кабеля Type A male→female.
2. Обрежьте один разъём и зачистите провода.
3. Отключите (изолируйте) красный провод (+5V) на одном из male‑коннекторов.
4. Проверьте целостность других проводников (D+/D−, GND).
5. Заизолируйте оголённые места изолентой или термоусадкой.

Схема разводки для справки:

Important: Если не изолировать +5V, есть риск повредить USB-порт целевой машины.

Подключение Raspberry Pi и видеозахвата

1. Вставьте microSD в Raspberry Pi.
2. Подключите Y‑сплиттер: одна ветвь идёт к управляемому компьютеру, вторая — к блоку питания Pi.
3. Подключите USB Type A → Type C (для Pi 4) к женскому разъёму сплиттера и к питанию Pi.

4. Если используется HDMI→USB картридер, подключите его в USB 2.0 порт Pi 4.

5. Если используете HDMI→CSI мост, подключите шлейф к CSI (порт Camera) на Pi.

6. Подключите Ethernet к роутеру (для Pi 4). Для Zero 2 W убедитесь, что Wi‑Fi указан в pikvm.txt.
7. Подайте питание на Pi через блок питания 5V/3A (для Pi 4) или подходящий адаптер для других моделей.

Первичная загрузка и обнаружение IP

Первая загрузка дольше, чем обычно. Подождите 3–10 минут. Затем откройте DHCP‑таблицу вашего роутера или используйте приложение Fing на смартфоне, чтобы найти IP Pi KVM.

Открыв IP в браузере (Chrome, Safari и т. д.), вы увидите страницу входа. По умолчанию:

• Логин: admin
• Пароль: admin

Настройка через терминал Pi KVM

На странице Pi KVM нажмите Terminal и выполните следующие шаги для обновления и включения записи:

1. В терминале выполните:

su

(Пароль root по умолчанию: root)

2. Включите режим записи:

rw

3. Обновите систему:

pacman -Syu

Процесс займет несколько минут. После завершения сделайте файловую систему снова доступной только для чтения:

ro

Работа с KVM интерфейсом

Вернитесь на главную и нажмите KVM. Должно появиться видео с управляемой машины. Интерфейс позволяет:

• Посмотреть экран в реальном времени.
• Отправлять клавиатуру/мышь.
• Регулировать качество, FPS и размер потока.
• Монтировать ISO и использовать виртуальные диски для установки ОС.

Мы используем microSD 32 ГБ, чтобы хранить несколько образов ОС.

Также можно подключить схемы ATX‑контроля для управления включением/выключением и перезагрузкой хоста.

Открытый доступ через интернет: DuckDNS, Cloudflare Tunnel, Tailscale

Есть три безопасных подхода для доступа к Pi KVM извне:

1. DuckDNS + Port Forwarding (наименее защищённый): пробросьте порты 80/443 или конкретный порт KVM в роутере и используйте динамический DNS DuckDNS.
2. Cloudflare Tunnel (рекомендуется для HTTPS без проброса портов): создаёт защищённый туннель к Cloudflare и выдаёт публичный URL с HTTPS.
3. Tailscale (VPN уровня 2/3, простая конфигурация): создаёт приватную сеть между вашими устройствами.
   

Tailscale — удобный и безопасный способ. Чтобы установить и запустить Tailscale в Pi KVM, выполните в терминале:

su
rw
pacman -Syu tailscale-pikvm
systemctl enable --now tailscaled

После установки выполните:

tailscale up

Команда выведет URL авторизации. Откройте его в браузере, войдите в ваш Tailscale‑аккаунт и разрешите устройство. Затем перезагрузите Pi KVM:

reboot

После авторизации Pi KVM будет доступен по приватному Tailscale‑адресу.

Important: всегда предпочитайте туннели и VPN перед прямым пробросом портов.

Безопасность и харднинг Pi KVM

• Измените пароли admin и root сразу после установки.
• Отключите доступ по паролю и настройте ключи SSH для службы администрирования.
• Регулярно обновляйте систему (rw → pacman -Syu → ro).
• Ограничьте доступ к веб‑интерфейсу через Cloudflare Access или Tailscale ACL.
• Включите двухфакторную аутентификацию для учётной записи, управляющей туннелями.
• Изолируйте питание: не прерывайте +5V без проверки схемы.

Отладка: распространённые проблемы и решения

1. Нет видео в KVM:

   • Проверьте правильность подключения HDMI и выбора видеовхода на целевой машине.
   • Убедитесь, что используемый адаптер поддерживает разрешение и частоту кадра хоста.
   • Если используете HDMI→USB, проверьте, видит ли ОС видеоустройство (lsusb, dmesg).

2. Высокая задержка/низкий FPS:

   • Переключитесь с HDMI→USB на HDMI→CSI.
   • Уменьшите разрешение и bitrate в настройках Pi KVM.
   • Используйте аппаратное кодирование H.264, если поддерживается.

3. Pi KVM не появляется в сети:

   • Проверьте питание и LED-индикацию Raspberry Pi.
   • Проверьте DHCP‑таблицу роутера или подключите напрямую монитор/клавиатуру временно.

4. Проблемы с Tailscale:

   • Убедитесь, что tailscaled запущен (systemctl status tailscaled).
   • Повторно выполните tailscale up и авторизуйтесь.

Когда Pi KVM может не подойти (ограничения)

• Если требуется профессиональный промышленный KVM с гарантированной поддержкой и SLA, коммерческие решения предпочтительнее.
• Высокочастотные игровые сценарии: Pi KVM с HDMI→USB может давать заметную задержку.
• Если хост использует нестандартный HDMI‑шифр (HDCP), захват может быть невозможен.

Альтернативные подходы

• Коммерческий KVM over IP: более стабилен, поддержка и сертификация, но дороже.
• Виртуальные консоли и IPMI (для серверов с поддержкой BMC): дают доступ на аппаратном уровне, но требуют встроенного контроллера.
• Серверы KVM‑over‑IP на базе FPGA/специализированных карт: низкая задержка и аппаратная защищённость.

Быстрая методология проверки работоспособности (мини‑метод)

1. Сборка: соедините Pi, видеозахват и сплиттер.
2. Первичная загрузка: дождитесь появления IP и зайдите в веб‑интерфейс.
3. Видео: убедитесь, что экран хоста отображается.
4. Ввод: проверьте ввод клавиатуры и мыши.
5. Сеть: настройте безопасный доступ (Tailscale/Cloudflare).
6. Чеклист безопасности: смена паролей, обновление, настройка шифрования.

Контрольный список для разного персонала

Администратор:

• Обновить ядро и пакеты.
• Настроить Tailscale/Cloudflare.
• Изменить пароли root/admin.

Системный инженер:

• Подключить и протестировать HDMI→CSI или HDMI→USB.
• Провести тест входа в BIOS/UEFI удалённо.

Оператор техподдержки:

• Проверить доступность KVM и разрешение экрана.
• Смонтировать ISO и проконтролировать установку ОС.

Decision flow — выбрать метод удалённого доступа

flowchart TD
  A[Нужен удалённый доступ к BIOS?] -->|Да| B[Использовать Pi KVM]
  A -->|Нет| C[Достаточно TeamViewer/RDP]
  B --> D{Есть Pi Zero 2 W или Pi 4?}
  D -->|Zero 2 W / все Pi| E[Использовать HDMI→CSI]
  D -->|Pi 2/3/4| F[Можно использовать HDMI→USB]
  E --> G[Настроить Wi‑Fi в pikvm.txt]
  F --> G
  G --> H{Доступ из интернета нужен?}
  H -->|Да| I[Рекомендуем Tailscale/Cloudflare]
  H -->|Нет| J[Оставить локальный доступ]

Критерии приёмки

• Видео с удалённой машины отображается в браузере без ошибок.
• Ввод клавиатуры и мыши приводит к ожидаемому поведению на хосте.
• Можно монтировать ISO и начать установку ОС удалённо.
• Доступ к Pi KVM защищён (пароли изменены, туннель настроен).

Мини‑глоссарий

• KVM: устройство для удалённого управления клавиатурой, видео и мышью.
• CSI: Camera Serial Interface — интерфейс камеры на Raspberry Pi.
• HDMI→CSI: мост для преобразования HDMI в CSI‑вход Pi.
• Tailscale: простая VPN поверх WireGuard.

Дополнительные рекомендации и примечания

• Для длительной эксплуатации используйте качественные блоки питания и корпуса с охлаждением.
• При хранении множества образов ОС выбирайте microSD≥64 ГБ или подключайте NAS для ISO.
• Тестируйте восстановление при отключении питания и повторных загрузках.

Короткое резюме

Pi KVM на Raspberry Pi — доступное и мощное решение для удалённого управления серверами и ПК на уровне BIOS. С правильным выбором видеозахвата (HDMI→CSI предпочтительнее) и безопасной настройкой удалённого доступа (Tailscale/Cloudflare) вы получите надёжный инструмент для обслуживания и восстановления систем.

Важно: следите за безопасностью (смена паролей, обновления, VPN/туннели) и проверяйте совместимость видеозахвата с целевой машиной.