拯救吃灰的树莓派

——树莓派搭建NAS以及智能家居系统（基于Nextcloud+Homeassistant)保姆级教程

​ 首先声明一下，我的大学专业不是计算机，web层面的很多东西都是我自己查文档慢慢摸索的，可能比较业余，讲得不妥当的地方还请各位大佬帮忙纠正，谢谢！

​ 我的树莓派4B已经购买了两年多的时间了，但是由于树莓派的性能比较拉跨等种种原因，使得树莓派除了用来学Linux开发再无别的用处，所以大多数人买的树莓派难逃吃灰的命运。但是考虑的现在树莓派溢价如此严重，我觉得不让它发挥点价值心里也有点过意不去，所以考虑了好久如何让压榨树莓派的剩余价值。

​ 我最终考虑到的解决方案是用树莓派搭建一套NAS服务器，同时可以作为家庭的影音系统使用。在这同时，还可以给树莓派安装Homeassistant，结合米家等平台实现智能家具管理系统。我整理我完整的搭建过程，在这里供大家参考。

1. 从零开始，第一步，准备工作

   • 下载系统

   ​ 树莓派有很多系统可供大家选择，虽然官方主推使用官方的Raspbain系统，不过在实际使用过程中，Raspbain的对各种web组件的支持并不友好，而且网络上的参考方案少的可怜，除此之外Raspbain对arm64的支持相当差劲，所以权衡之下我选择使用Ubuntu系统。

   ​ 首先从ubuntu官网对应的Ubuntu Server arm64 20.4版本镜像文件（我们整个配置过程用不到图形界面，而且图形界面树莓派带起来很吃力，所以使用server版本就足够了）。

   • 准备需要的软件
     1. SD card formatter : 用于格式化SD卡
     2. Raspberry Pi Imager : 用于向SD卡烧录系统镜像
     3. DiskGenius : 用于SD卡烧录完成后扩容SD分区大小
     4. Final shell : SSH工具，是我用过对新手最友好的ssh软件了，如果你喜欢使用其他的可以自己按需选择
   • 准备需要的硬件
     1. SD卡以及读卡器 ：按需选择，如果不差这点钱的话建议SD卡直接一步到位买个64G的，如果要做web服务器16G的SD卡真心不够用。
     2. 树莓派4B以及电源、千兆网线 ：树莓派4B虽然官方建议使用5V 3A供电，但是树莓派真的没有那么矫情，找一个手机快抽头就可以了。至于为什么用网线，因为我们既然要做nas，肯定要把速度拉满，Wi-Fi的速度肯定是不够的。
     3. 一块硬盘以及硬盘盒 ：用于作为数据的存储盘，机械和固态自行选择。如果选择机械硬盘，硬盘盒最好选择带电源的那种，因为树莓派有可能供电不足。（如果直接用闲置的移动硬盘那这些钱全省了！)

2. 正式开始，安装及配置系统

   • 制作系统SD卡

     1. 插入SD卡使用SD card formatter把SD卡格式化。

        ​ 打开SD card formatter后，选择对应SD卡，然后点击Format等待格式化完成即可

        

     2. 烧录系统镜像文件

        ​ 把下载好的系统文件解压，得到一个img文件。打开Raspberry Pi Imager，点击CHOOSE OS，在打开的选项卡选择最下面的Use custom选项，然后选择刚才解压好的img文件。点击CHOOSE STORAGE，选择刚格式化的SD卡。然后点击ERITE，等待完成烧写工作。完成后，拔掉SD卡，插入树莓派中，准备下一步操作。

        

        3. 扩容系统分区

           ​ 再重新把SD卡插回到电脑上，打开DiskGenius，左侧栏选择SD卡对应的设备，完成对EXT4分区的扩容。至此系统SD卡制作完成。

           

   • 系统配置

     4. 完成安装

        ​ 插入硬盘盒usb口到树莓派的usb3.0接口，插入网口到路由器，树莓派插入SD卡后上电开机。等待两分钟让树莓派完成启动，然后登录路由器的管理页面查看树莓派对应的局域网ip地址。然后在电脑上打开Final shell，完成ssh连接的创建并连接。

        默认用户名：ubuntu 默认密码：ubuntu

     

     5. 换国内软件源

        ​ ubuntu arm架构要使用ubuntu-ports源，国内源中只有清华源是支持最好的，这里我们选择清华源，如果会自己配置的建议浏览官方帮助文档。

        # 打开软件源配置文件
        sudo nano /etc/apt/sources.list
        # 把原有内容注释掉，嫌麻烦的可以直接删掉（不会出事的。。。）
        # 添加以下内容：

        # 默认注释了源码镜像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注释
        deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal main restricted universe multiverse
        # deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal main restricted universe multiverse
        deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-updates main restricted universe multiverse
        # deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-updates main restricted universe multiverse
        deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-backports main restricted universe multiverse
        # deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-backports main restricted universe multiverse
        deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-security main restricted universe multiverse
        # deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-security main restricted universe multiverse

        # ctrl+o保存	 ctrl+x退出
        # 更新软件
        sudo apt update && sudo apt upgrade -y
        # 这一步可能会报连接错误，这是因为树莓派无法访问https网址导致的，把替换的国内源中https换成http再执行一遍更新操作就好了

     6. 设置系统语言为中文

        ​ 还是中文界面看着舒服呀，这里教大家怎么把树莓派的系统默认语言设置成中文。

        # 安装中文支持包
        sudo apt install language-pack-zh-hans -y
        # 设置区域
        sudo dpkg-reconfigure locales

        ​ 在打开的界面，使用方向键翻页和选择，找到zh_CN.UTF-8 UTF-8选项，使用空格键选择，然后使用Tab按键移动光标到OK上点击回车。在下一个界面，继续使用Tab选择到zh_CN.UTF-8 UTF-8回车确定（如果有两个随便选一个就可以）

        

     7. 调整swap大小

        ​ swap，即交换分区，在内存不够用的情况下开辟出一块虚拟内存用于缓存数据，由于我们之后需要编译安装很多组件，所以必须要使用大量swap空间，而ubuntu默认开辟的100M的swap空间显然不够用，我们需要增加swap空间。

        # 新建一个存放swap文件的目录，如果提示已经存在不用理会
        sudo mkdir /swap 
        cd /swap
        # 创建swap文件，此过程耗时较长，耐心等待
        # count=2000000表示swap大小为2G，你可以按实际需求更改
        sudo dd if=/dev/zero of=swapfile bs=1024 count=2000000
        # 设置正确权限，可以省略，但是以后会报警告
        sudo chmod 600 /swapfile
        # 启动swap文件
        sudo swapon /swapfile

        ​ 这样swap分区创建完毕了，但是这是一次性的，重启一次swap分区就消失了，所以我们要设置swap分区的开机自动挂载。

        # 文本编辑器可以自行选择，新手推荐使用nano，使用方法一看就会
        sudo nano /etc/fstab
        # 键入一下文本，有强迫症的可以自行用Tab键对齐。。。。
        /swapfile swap swap defaults 0 0
        # ctrl+o保存	 ctrl+x退出
        free -m
        #查看交换分区是否启动了

     8. 下载系统必备软件

        ​ 这一步根据自己喜好下载。

3. 服务器安装

   • 安装宝塔面板

     1. 运行安装脚本，直接运行ubuntu系统宝塔面板安装脚本即可。

     wget -O install.sh http://download.bt.cn/install/install-ubuntu_6.0.sh && sudo bash install.sh
     # 出现确认界面输入'y'即可

     2. 安装完成后按照提示登录宝塔面板。

   • 面板配置

     3. web服务安装

        ​ 进入应用商店，选择运行环境分类。分别安装：Nginx、MySQL、PHP以及phpMyAdmin。（版本可以根据实际情况选择，不过我使用过在树莓派上最不容易出bug的版本组合是Nginx 1.20、MySQL MariaDB 10.5、PHP 8.0、phpMyAdmin选最高版本即可）

        

        ​ 因为是编译安装，树莓派本身性能就拉跨，这个过程可能需要好几个小时的时间（三四个小时起步），而且还有极端情况下可能会死机（swap配置过小导致）。所以建议大家在晚上睡前进行安装，这样第二天起床就可以用了！！！

        ​ 服务器基本服务的安装到这里就结束了！

4. Nextcloud服务器搭建

   • 文件准备

     1. 下载服务器源码

        ​ 去官网下载服务器版本的源码。打开网址后选择Archive File选项卡，点击Download下载。

   • 部署nextcloud

     2. 宝塔面板新建网站

        ​ 在宝塔面板网站选项卡下新建站点，并配置好数据库和php。（数据库的编码类型一定要选择utf8mb4，不然可能正常无法显示emoji表情。。。当然如果你没有这个需要的话可以直接用utf8）

        

     3. 上传源码到服务器

        ​ 进入文件选项卡，进入到网站的根目录（默认在/www/wwwroot/nextcloud），上传源码压缩包，解压，把解压生成的nextcloud文件夹里的文件拷贝到网站根目录下，删除压缩包和解压生成的文件夹。

     4. 设置

        ​ 浏览器输入树莓派局域网ip，网页可以正常访问证明服务器配置正确，下面进行nextcloud的设置。

        ​

5. 速度优化

   • 安装PHP必要的扩展服务
   • 配置缓存
   • 设置伪静态
   • 更改数据库安全等级
   • 设置PHP FMP的PATH路径
   • 解除文件区块大小限制
   • 调整nginx参数
   • 调整php参数
   • 配置定时任务

6. 配置家庭影音系统

   • 配置SMB服务

     nextcloud的网盘服务是使用webdav协议的，这种协议要使用MySQL数据库，肯定速度上拉跨，所以我打算使用samba做大文件传输，映射到电脑本地作为网盘使用。

     1. 安装samba

        sudo apt install samba samba-common-bin

     2. 配置smb配置文件

        sudo vim /etc/samba/smb.conf

        smb.conf内容如下

        [data]
            comment = external storage
            read only = no
            # 路径配置根据实际情况自行修改
            path = /mnt/data/media
            valid users = ubuntu www root
            create mask = 0775
            directory mask = 0775

        添加共享用户并设置密码

        sudo smbpasswd -a XXX
        # XXX替换为用户名

     3. 重启服务

        sudo service smbd restart

        SMB服务的配置到此结束，后续我将讲解如何访问。

   • 配置DLNA服务

     ​ 配置DLNA服务，让我们能够方便的在电视上播放网盘中的资料，这里我们室友miniDLNA软件完成配置。

     1. 下载软件
     2. 配置
     3. 重启服务

7. 配置离线下载器

   • 安装及配置aria2

     1. 安装aria2

        sudo apt install aria2

     2. 配置aria2.conf

        # 创建配置文件
        sudo mkdir /etc/aria2
        sudo vim /etc/aria2/aria2.conf

        ​ aria2.conf添加一下内容：

        # 保存目录根据实际情况设置
        dir=/home/fangqi/aria2_download
        disable-ipv6=true
        # 打开rpc的目的是为了给web管理端用
        enable-rpc=true
        rpc-allow-origin-all=true
        rpc-listen-all=true
        rpc-listen-port=6800
        continue=true
        # 创建aria2.session文件用于断点续传
        input-file=/etc/aria2/aria2.session
        save-session=/etc/aria2/aria2.session
        max-concurrent-downloads=3

        ​ 创建aria2.session文件

        sudo touch /etc/aria2/aria2.session
        # 授予可读写权限
        sudo chmod 777 /etc/aria2/aria2.session

     3. 创建服务，实现开机自启

        ​ 这里我选择systemctl实现服务配置，配置方法相对直观简单。

        # 创建session文件 
        cd /etc/systemd/system
        sudo vim aria2.service

        ​ 填写内容如下

        [Unit]
        Description=Aria2 Service
        After=network.target
        [Service]
        User= www
        ExecStart=/usr/bin/aria2c --conf-path=/etc/aria2/aria2.conf
        [Install]
        WantedBy=default.target                     

        ​ 启动服务

        sudo systemctl daemon-reload
        sudo systemctl start aria2.service
        # 查看服务状态是否正常
        sudo systemctl status aria2.service

        ​ 需要在宝塔面板中要放行6800端口才可以使用！！

   • 配置aria2 web前端

     ​ web前端用于管理aria2，通过图形化界面完成离线下载，我选择使用 AriaNg完成配置。（当然web前端大家可以选择不用，可以使用chrome浏览器直接连接服务器完成离线下载任务）。

     ​ 从AriaNg Realase下载相应的源码,然后按照配置nextcloud的方法配置AriaNg站点。

8. 安装Docker平台

   • 使用脚本安装Docker

     ​ 安装Docker虚拟机之后，我们就方便的搭建Homeassistant了，至于我外什么不使用Docker安装nextcloud，因为使用Docker的话速文件传输度会大打折扣，这是我不能接收的，所以我直接在实体机上配置的nextcloud。但是Homeassistant不需要多么强大的性能，只要能程序跑就行了，所以我直接使用docker部署Homeassistant。

     ​ Docker安装可以使用一键安装脚本，非常方便。

     curl -fsSL https://get.docker.com | bash -s docker --mirror Aliyun

   • 更改国内源

     Docker官方镜像在国内出奇的慢，这是我无法忍受的，索性直接更换为国内源。

     # 修改daemon.json文件，没有的话就新建一个
     sudo vim /etc/docker/daemon.json
     # 添加如下内容
     {
       "registry-mirrors": ["https://docker.mirrors.ustc.edu.cn"]
     }
     # 重启Docker让配置生效
     sudo systemctl daemon-reload
     
     sudo service docker restart

   • 配置Portainer容器

     ​ 虽然我们完成了Docker的安装，但是Docker是没有图形化界面来管理的。为了方便的管理Docker，我们要先安装Portainer容器用于方便的管理Docker虚拟机。

     # 从云端拉取镜像到本地
     # portainer已经被弃用，新版开始区分商业版和个人版，个人版为portainer-ce
     sudo docker pull portainer/portainer-ce
     # 创建并启动容器
     sudo docker run -d -p 8080:9000 --restart=always -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock --name prtainer  portainer/portainer-ce
     # 8080:9000是把9000的内部端口映射到8080上，所以我们要从8080端口访问portainer，此处可以根据实际情况修改

     ​ 现在我们可以通过浏览器访问portainer了，在浏览器输入：192.168.XX.XX:8080来访问portainer管理平台。

     

9. 安装Homeassistant

   • 安装Homeassistant+Supervisor
   • 解决国内无法联网问题
   • 配置Homeassistant与米家等平台的互联

10. 系统的一些个性化设置

    • 关于固定树莓派的ip地址

      1.方法一，路由器配置

      2.方法而，树莓派配置

    • 尽请期待......