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本文作者: 苏洋

创建时间: 2023年01月21日
统计字数: 11136字
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# 低成本搭建一台 Unraid 家庭存储服务器：中篇

虎年最后一篇文章，接着上一篇内容，聊聊如何提升硬件的易用性问题。

## 写在前面

如果你的诉求非常简单、明确，不需要界面，上一篇内容中的 Ubuntu Server 应该已经能够完成你的诉求了。

但是，如果你和我一样，想要使用一个还算简洁漂亮的界面来管理配置和查看状态，可以考虑和我一样，使用简单的 WebUI 来解决问题（偷懒）。

![完成部署后的 Unraid 控制面板首页](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/webui.jpg)

如果你已经选择搭建一台 Unraid 设备，可以直接阅读下一小节，如果你想了解影响我选择背后的其他因素，可以继续阅读下面的“系统选择”相关的内容。

### 系统选择 Unraid vs TrueNAS or 其他

在前一篇文章和“在线讨论”中提到过，尽可能不想考虑使用相对“黑盒方案”或者非正版授权方案。所以，自带良好管理界面、[大量特性优化](https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows-server/storage/file-server/file-server-smb-overview)的 Windows Server 版本，和被大量用户验证过的[群晖 DSM 界面](https://www.synology.com/en-global/dsm) 自然就被排除在外了。在排除了上面两个选项之后，拥有大量簇拥的 [TrueNAS](https://www.truenas.com/download-truenas-core/)（FreeNAS）和 [Unraid](https://unraid.net/download) 很自然地进入了决策范围。

这两个系统对于用户最大的硬件需求差异，**莫过于是否相对依赖 ECC 内存**。在上一篇内容发布之后，在文章的评论区也有过一些讨论。简单来说，是否使用 ECC 内存是影响用户选择 TrueNAS 的关键因素之一。

在[TrueNAS 的核心硬件指引文档](https://www.truenas.com/docs/core/gettingstarted/corehardwareguide/#error-correcting-code-memory)中，有重点说明过内存对于 TrueNAS 的重要性，一则是系统每一个组件都依赖内存来提升整体性能；二则是避免潜在的因为设备和内存本身的问题，导致的内存错误放大，引起的数据“转录”错误、数据落地丢失和损坏数据写入。

Unraid 默认使用 XFS，但是允许我们将默认配置调整为 Btrfs，来获得类似 ZFS 的对数据的保护能力。相比较 ZFS，Btrfs 更进一步减少了对于 ECC 内存的依赖，当然，如果能使用 ECC 内存，可靠性能够得到进一步提升。群晖在启用 Btrfs 作为主要的文件系统之后，曾发布过一份[白皮书](https://global.download.synology.com/download/Document/Software/WhitePaper/Firmware/DSM/All/enu/Synology_Data_Protection_White_Paper.pdf)，你可以通过在白皮书中搜索“Data Protection Technologies”来了解更多的细节。

因为上篇文章中，我选择的设备不支持 ECC 内存，所以 Unraid 对于我来说就是一个不错的选择。如果你有 “ECC 焦虑”，或许翻阅文章结尾的“使用 Btrfs 来缓解数据完整性恐慌”，能够得到一些缓解。因为多数情况下，使用可靠的磁盘，搭配校验盘设计和可靠性的文件系统，配备稳定的电源保障，非 ECC 内存，也是没有问题的。

## 安装 Unraid

最简单的 Unraid 安装方案是制作一块 USB 安装（引导）盘。正好有一块闲置很久的 16G U 盘，就它啦。这块 U 盘将在使用的过程中一直插在设备上，所以推荐选择质量 & 口碑较好的盘，如果你有靠谱的 TF 卡和读卡器，也是 OK 的。

![找一块长期插着的 U 盘](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/usb-drive.jpg)

访问 [Unraid 官方网站](https://unraid.net/download)，在下载界面获取适合你自己操作系统版本的 USB 安装盘制作工具。

![Unraid USB Creator 安装盘制作工具](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/unraid-usb-creator.jpg)

打开工具，推荐选择默认的 “稳定版（stable）”的版本，如果你不想让工具自动从官方下载镜像，可以手动从官方下载页面提供的不同版本的系统镜像。如果你不清楚每一个版本之间的细节差异，对你的硬件来说有什么具体使用上的差异，我推荐始终选择包含了更新补丁的最新的稳定版。

![创建引导盘](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/create-installer.jpg)

完成启动盘的制作后，将 U 盘插入机器，重新启动机器，将会看到熟悉的 Grub 引导界面，我们直接敲回车进入系统即可。首次安装推荐连接显示器或视频采集卡，观察是否有异常，后续正常使用则不必连接视频输出设备。

![Unraid Grub 引导界面](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/grub.jpg)

在开始引导之后，界面将不停输出日志，稍等片刻，日志输出完毕的时候，“安装”的第一步就完成啦。

![“安装”就绪](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/grub-ready.jpg)

访问日志中的输出的 IP 地址 “10.11.12.211”，就能够打开管理页面了，在打开的页面中完成超级管理员的用户密码设置，Unraid 的基础安装就结束啦。

![设置系统超级管理员密码](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/set-user.jpg)

如果你的路由器中有 IP 绑定，或者 DHCP 设置，你可以将 Unraid 这台机器的 IP 进行固定。当然，如果你不希望使用固定 IP，也可以使用 `arp -a` 在每次使用 Unraid 设备时，先扫描一遍局域网，获取下设备的 IP 地址。

如果你在安装过程中，遇到了问题，可以参考下文中的“踩坑”部分。

### 规划磁盘用途

在设置完超级管理员密码之后，登录系统后，我们需要对磁盘进行使用用途的规划设置。

![规划磁盘用途](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/planning-disk-usage.jpg)

在上一篇文章中，我提到过我使用的磁盘，相同部分我就不再进行赘述了，来聊聊不同的地方。

1. 年末大扫除，又从家里翻出了一根因为升级而“淘汰”下来的 500GB 的 WD Blue SSD，作为缓存盘使用，Unraid 系统中缓存盘的使用不会“激活”校验盘；
2. 将之前已经插在设备上的京造 SSD 作为系统盘，存放 Unraid 运行过程中相关的程序和数据，减少主要的数据盘的唤醒和使用；
3. 原本组建 Raid 1 的两块机械磁盘中的一块，作为校验盘使用，存放系统盘和数据盘数据的校验数据。
4. 另外一块机械硬盘则负责存储真正的备份文件数据。

![最终的硬盘规划结果](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/disk-list.jpg)

这样设置的好处有几个：

1. 首先，避免了机器使用过程中，全部硬盘都需要唤醒的问题，日常会优先调用固态缓存盘或者固态系统盘和机械校验盘，只有在真实写入，读取超过缓存盘缓存内存范围之后，才会启动两块机械盘。这样做既节能，又延长了主要的硬盘的使用寿命。
2. 其次，硬盘数据的可靠性进一步提升，使用 Btrfs 能够进一步保证读写数据的可靠性。
3. 最后，成本相较于双机械硬盘组 Raid 1 其实是降低的，因为校验盘可以覆盖所有磁盘的数据完整性校验的工作。

当然，这样设置也有一些缺陷，比如：

1. 单一校验盘，在极端情况下，正在写入数据的过程中，校验盘坏掉了，那么后续写入的数据的可靠性就不能够严格保证了。如果有富裕的磁盘，可以用两块磁盘作为校验盘。
2. 校验盘采用机械硬盘，一定程度影响了写入性能，毕竟写入数据都需要完成校验，才能“落地”。
3. 单一数据盘缺少冗余，只能靠外部设备、云环境备份来提升数据的安全。没办法，我的设备就这么几个硬盘位，帕累托最优就是上面的分配方案啦。

## 配置 Unraid 系统

完成基础的安装和磁盘规划后，我们还需要做一些配置，才能够愉快的使用它来作为备份系统。

### 使用 Unraid 作为在线备份

完成系统设置之后，默认会有一些共享配置，但是并不包含开箱即用的 Time Machine。在第一篇文章中提到，我希望这台设备能够满足我日常的在线 Time Machine 备份，所以我们需要进行一些设置。

先打开“共享”页面，能够看到系统中所有存在的共享配置。

![网络共享界面](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/network-share.jpg)

点击“创建共享”按钮，打开“创建共享”的新页面。

![创建“共享”](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/create-network-share.jpg)

我使用的时间机器的配置如图所示，你可以根据自己的喜好进行额外的调整。

![设置时间机器](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/time-machine.jpg)

当我们配置完毕之后，我们需要在 macOS 中先连接一次这个“共享”，步骤参考图片，先访问“网络”，然后连接“Unraid”设备，最后输入账号密码，完成连接。

![使用 macOS 连接 Unraid SMB](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/connect-smb.jpg)

然后在 macOS 系统中，设置时间机器的备份地址为我们创建的“共享”即可。

![设置 macOS 的备份地址为 Unraid](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/set-backup.jpg)

### 完善 Unraid 上的 Docker 容器使用

Unraid 上默认的 Docker 版本只有 docker 容器，没有 `compose` 工具，为了减少 docker 应用的配置的复杂性。

我们可以从 GitHub 上下载新版本的 compose，相比较使用 Python 编写的老版本，新版本基于 Golang，干净又卫生。（如果遇到了下载问题，可以参考下文中“无法直接安装应用插件”小节来解决）

```bash
wget https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.15.1/docker-compose-linux-x86_64
wget https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.15.1/docker-compose-linux-x86_64.sha256
```

完成下载之后，我们可以先对文件进行完整性校验：

```bash
# shasum -c docker-compose-linux-x86_64.sha256 
docker-compose-linux-x86_64: OK
```

接着，将文件放到合适的目录，就能够在系统中使用 `docker-compose` 来进行容器的简单编排使用了：

```bash
mv docker-compose-linux-x86_64 /usr/bin/docker-compose
chmod +x /usr/bin/docker-compose
```

## Unraid 踩坑经验谈

Unraid 相比较群晖缺乏相对一致的硬件支撑，相比 Windows、Ubuntu 等操作系统，缺乏大量的开发人员，所以在兼容和适配上，多多少少会有一些小的瑕疵。

不过问题不大，基本都是可解决的。

### 踩坑：无法找到启动 U 盘

我制作安装盘的操作系统是 macOS，使用手动指定系统版本会出现引导盘不被识别的问题。但是“乖乖地”让工具下载系统，然后进行安装，则不会出现问题。（推测是制作工具逻辑处理有问题）

如果你也是手动指定版本，出现了找不到 U 盘的问题，那么试试让工具“自动”制作镜像试试。

### 踩坑：软件没有“中文语言包”

制作启动盘时的“语言”选项仅影响启动盘制作工具的界面展示，默认的系统中是不带多语言的，只有英语一种语言。

解决问题的方法很简单，安装中文语言包即可，不过在安装过程中，你可能会遇到“无法安装” 的问题。可以参考下面的方法来解决问题。

### 踩坑：无法直接安装“应用插件”

在 Unraid 中，我们想要安装插件，需要先启用社区插件功能（community application plugin）。

![启用“社区应用插件”功能](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/install-plugins.jpg)

在启用功能的过程中，我们可能会遇到“网络失败（network failure）”的问题。

![安装插件过程中，遭遇“网络失败”](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/network-failure.jpg)

这是因为 Unraid 系统的大量插件都托管于 GitHub ，虽然开通了针对中国用户的支付方式和优惠码，但是却没有针对国内提供 CDN 等解决方案。所以在下载资源的时候，会出现一些因为“网络问题”引起的麻烦。国内不少用户在[官方社区里反馈/吐槽](https://forums.unraid.net/topic/118444-%E4%BB%8E%E6%A0%B9%E6%9C%AC%E4%B8%8A%E8%A7%A3%E5%86%B3unraid%E4%BB%8Egithub%E4%B9%8B%E7%B1%BB%E7%BD%91%E7%AB%99%E4%B8%8B%E8%BD%BD%E5%8C%85%E7%BB%8F%E5%B8%B8%E5%A4%B1%E8%B4%A5%E9%97%AE%E9%A2%98/)过这个问题。

但其实，有更“简单”的方法。由于我们不会经常性的安装插件，实际使用的就那么几个罢了。**所以，我们可以通过手动执行安装命令，来完成插件的安装，而不用修改系统提供的程序。**

我们在网页中点击安装，实际上会触发下面的命令：

```bash
plugin install https://raw.githubusercontent.com/Squidly271/community.applications/master/plugins/community.applications.plg nchan
```

想要解决访问不同的问题，我们可以通过 SSH 登录 unraid 系统。在命令前添加代理服务器，再执行命令，就能够完成目标插件的安装了，比如（假设代理服务器地址为 `12.34.56.78:9000`）

```bash
https_proxy=12.34.56.78:9000 plugin install https://raw.githubusercontent.com/Squidly271/community.applications/master/plugins/community.applications.plg nchan
```

完成安装之后，刷新页面，就能够看到“社区应用市场”的界面啦。

![能够正常使用的社区应用插件](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/welcome-plugin-market.jpg)

解决中文语言包的安装，和插件是类似的。默认的语言包安装命令如下：

```bash
language install https://raw.githubusercontent.com/unraid/language-templates/master/limetech/lang-zh_CN.xml nchan
```

直接执行可能也会遇到因为网络导致的无法安装的问题，调整后的命令如下：

```bash
https_proxy=12.34.56.78:9000 language install https://raw.githubusercontent.com/unraid/language-templates/master/limetech/lang-zh_CN.xml nchan
```

完整安装之后，我们在“设置”、“显示设置”、“语言”中选择语言为“简体中文”，保存设置，就能切换界面语言为熟悉的中文了。

![设置界面语言为中文](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/set-lang.jpg)

至于如何获取这些命令，很简单，在网页中安装的时候，右键页面元素，在弹出菜单中选择“检查”，打开“网络调试工具”，然后再点击“安装”按钮，复制网络请求“StartCommand” 接口中的命令即可。

![获取插件或语言包的安装命令](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/get-install-command.jpg)

### 踩坑：插入两块 NVMe 磁盘时，磁盘消失

原本只有一块 SSD 的时候，Unraid 启动后能够正确检测出磁盘。但是，当我插入两根 M2 SSD 之后，Unraid 磁盘界面中的 SSD “都消失”了。

观察 Unraid 自带的“工具”、“系统日志” 提供的运行日志，可以看到系统能够监测出插了两块 Nvme（M2）SSD，排除掉硬件接口故障。

```bash
Jan 14 21:20:18 Tower kernel: ahci 0000:00:17.0: Found 2 remapped NVMe devices.
```

因为之前 Unraid 能够识别硬盘，加上排除掉硬件故障，最有可能的问题所在应该不是 Unraid 的设置，就是 BIOS 设置。在 Unraid 控制面板中“转了一圈”，没有看到针对 M2 SSD 的特别设置，那么大概率问题在 BIOS 设置。

重新启动设备，进入 BIOS 设置检查，发现 BIOS 自带了 Raid 程序，虽然并未启用这个功能，但是推测“两块”磁盘大概是因为这个功能没有禁用，导致激活了 Raid 的控制器的某些逻辑，让 Unraid 识别 NVMe SSD 失败了。

![BIOS 自带的 Raid 程序](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/bios-raid.jpg)

解决方案很简单，在 BIOS 中找到 Raid 相关功能，禁用掉就好。

![BIOS 自带的 Raid 程序](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/disable-bios-raid.jpg)

重新启动设备，进入 Unraid 系统，发现磁盘识别都正常啦。

### 踩坑：NTP 服务不正常

Unraid 系统中，默认的 NTP 服务器选择的是来自 [Google 的 NTP 服务](https://developers.google.com/time)。为了避免系统在使用过程中，由于时间不正确导致的各种软件问题，我们可以对其进行调整。

可以打开“设置”，选择“时间和日期”，将 NTP 服务器设置为：“`time.apple.com`” 或者 “`time.asia.apple.com`”。

![调整 NTP 服务器设置](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/ntp.jpg)

### 踩坑：调整磁盘阵列报错

当我们完成磁盘阵列设置，点击“启动”之后，不论我们想如何调整阵列，会发现 Unraid 的界面中都会提示我们“设置有误”。

某种程度上这算是 Unraid 对于系统设置的保护，解决这个问题需要先在“主界面停止磁盘阵列”，接着在工具页面选择“新配置”，重置磁盘阵列。

![重置磁盘阵列设置](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/reset-disk-layout.jpg)

然后就能够和新安装的系统一样，调整配置了。

### 踩坑：可能会丢失一次的磁盘配置

当我们购置了 Unraid 的授权之后，系统会“刷新一次”，可能会导致阵列配置失效一次。

如果出现这个问题，不要慌张，将硬盘保持原始设置重新设置一遍即可，数据不会出现损失。

### 踩坑：官方网站无法直接使用优惠码购买

推测是官方运营策略，直接从网站购买软件授权，输入优惠码，是无法得到优惠的价格的，可能是想避免一些非渠道合作的英文区域得到折扣。

解决问题的方法很简单，在安装完系统之后，完成中文语言包的安装，调整系统语言为中文。接着，我们可以从控制面板处找到购买的链接，点击链接，在弹出的新窗口中，就能够输入优惠码，来使用折扣价格购买软件授权了。

![购置软件授权协议](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/buy-license.jpg)

## 其他：使用 Btrfs 来缓解数据完整性恐慌

针对家用场景，在非 ECC 内存的环境下，使用 Btrfs 作为文件系统，可以减少很多不必要的数据完整性的恐慌问题。

**我们对于数据的完整性的恐慌，无非来自“数据存储设备”质量是否靠谱。** 涉及宿主机质量、电力保障、硬盘质量、内存质量、操作和保存数据落地的程序逻辑几方面。就家用场景来说：

1. 我们可以通过购置靠谱口碑、量产的设备来降低设备不靠谱的问题，以及通过“低时间和经济成本”，减少因为设备挂掉，服务中断所造成的麻烦。
2. 我们可以通过购置靠谱口碑、有公开测试数据报告的厂商的磁盘，以及做多份副本备份，来解决磁盘质量导致的麻烦。（不一定全部都要做在线备份，离线的磁盘也可以走起来，廉价的云服务器也是不错的选择，**但是不要做成单一选项**）
3. 我们可以通过使用考虑购置 UPS 以及将设备放在电力保障靠谱的小区（老停电的区域，住着也很麻烦不是？）
4. 选择不仅仅是维护者口碑靠谱、更有测试保障、大量验证的程序，能够减少不少麻烦的问题，当然也需要多做备份。

针对在 Btrfs 中，内存是否使用 ECC 内存，以及不使用 ECC 内存可能带来的麻烦，或许我们可以这样分析：不同类型的内存，对正确写入或读取数据可能造成什么样的问题，以及发生概率？是否可感知来进行判断。

在解答上面的问题之前，我们需要先来了解一些 Btrfs 的基础能力。

1. Btrfs 在数据的写入过程中，会计算数据校验和，然后分别存储（[Btrfs 的设计](https://btrfs.wiki.kernel.org/index.php/Btrfs_design)）到 Meta 元数据和 Data 文件数据（单一设备保持一份，多设备则会使用镜像元数据副本，来进一步保障数据安全），官方对于这个能力有一段[简单的介绍](https://btrfs.readthedocs.io/en/latest/Checksumming.html)：“Data and metadata are checksummed by default, the checksum is calculated before write and verified after reading the blocks from devices. ”
2. Btrfs 会使用校验和来尝试自动修正数据，触发数据修正有两个时机，分别是 后台或者手动[触发 “Scrub”](https://btrfs.readthedocs.io/en/latest/Scrub.html)、以及[程序读取](https://btrfs.readthedocs.io/en/latest/Auto-repair.html)文件系统上的数据。

在了解了 Btrfs 的基础能力之后，我们来假设不使用 ECC 内存，在不同场景下可能出现的问题：

1. 在数据写入过程中，Btrfs 会计算校验和，然后将数据分别存储为 Meta 和 Data ，如果任意一份数据是坏的，会不会导致写坏的数据到磁盘中，影响数据的完整性。
2. 文件系统在更新磁盘数据的时候，如果因为硬件或操作系统导致内存中有坏数据，但是文件系统误判数据是正确的，将数据写入磁盘，影响到数据的完整性。
3. 用户在读取使用数据的时候，如果因为内存硬件或者操作系统的问题，读取了坏的数据，但是文件系统判断是正常的，从而直接将错误数据提供给用户呢？


第一点，其实官网中就有提到过，Btrfs 默认的行为是 “the checksum is calculated before write and verified after reading the blocks from devices”，文件系统不会未做校验计算，就直接往磁盘做持久化操作，写废数据。在存储过程中，如果设置 Btrfs 允许重试，数据能够修正，那么用户不会有感知。如果重试发现数据无法修正，那么将会中断写入，应用程序和用户都将会有感知。

第二点，文件系统如果在擦写（更新）数据时，经历异常遇到了脏数据，因为有校验和机制的存在，是不会将坏的数据直接写入磁盘的，和第一条其实是一样的。

第三点，经过前两点，我们知道数据落地都是有完整性保障的。

但是读取的时候，确实存在一些风险，会让我们的得到的数据不见得是正确的。其一，由于校验和自动修复机制的存在，哪怕读取的数据是有一些问题的，Btrfs 是能够一定程度上解决问题和进行修复的，但是如果所有数据副本都遇到了问题（概率低），是有可能无法保全数据的（不论是否使用 ECC）。其二，如果读取数据是正确的，但是遇到了数据需要使用内存中转，恰好中转区域因为一些问题，导致数据变脏了，这里如果应用程序没有纠错、发现能力，数据的完整性确实也是无法保障的。如果出现问题的内存区域很多，当然还有可能出现无法启动系统的问题。（如果使用 ECC 会更省心一些）

**所以，如果你的硬件组合允许你使用 ECC 内存，尤其是近几年的 12 代、13 代 CPU，不放使用 ECC 内存。如果你极端恐慌这个事情的出现，可以考虑关闭“读取时自动修复”的功能，让问题更早的暴露出来。**

当然，如果你的电力靠谱，购买的硬件靠谱，没有在强磁场环境放置设备，没有 7x24x365 满负荷运行系统，触发上面问题的概率是非常低的。而且即使出现问题，如果我们使用的是经过验证的软件协议，软件也会进行数据验证和纠错，所以不必特别担心。毕竟，这个星球上有非常多的手机、电脑都使用着 non-ECC 内存，不是嘛？

## 最后

好了，这篇文章也就先写到这里啦，后续相关的文章里，我们来聊聊具体的使用。

愿我的读者和朋友们，在新的一年里，问题 “兔 few” 顺利 “兔 many”，生活 “兔 happy”。

![图片生成自 Flag Studio](https://attachment.soulteary.com/2023/01/21/too-happy.jpg)

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