群晖NAS的选择、搭建、拓展

by yiz96 13. 5 月 2021 杂记 0

介绍&记录一下最近搭群晖NAS的调研和实践成果，包括如何选择NAS型号、盘、周边硬件，以及软件拓展。

因为我主要是家用，所以只关注2-bay或4-bay的型号。

我的基本需求是：

能容忍坏盘（RAID，之前的盘大限将至数据恢复痛不欲生）
能与同步OneDrive
多设备访问/外网访问
能起docker（gitlab等）
静音、节能、稳定性、etc

黑群晖？白群晖？

黑群晖是指用自己组的硬件刷上一个群晖管理系统，跟黑苹果差不多道理，更便宜、性能更强大，但是有时候升级可能导致未知问题。我觉得NAS作为一个存数据的，稳定第一，还是不要老折腾……

群晖NAS的型号选择

这里可以查询群晖的全部家用型号 https://www.synology.cn/zh-cn/products/series/home

选择什么型号的NAS通常考虑如下因素：

需要多少个盘位（或者需要多少容量）
有没有拓展需求（是否需要docker）
需要什么CPU（跑什么类型的docker应用）

首先看我们需要多少盘位（bay），在不加扩充设备的情况下（也就是只用NAS上这个盘位的情况下），通常市面上常见3.5硬盘最大是16TB~18TB，所以不考虑冗余的情况下最大18TB x N的容量。

1-bay的基本上仅作为7×24的存储使用，没有任何冗余和拓展，适合家里设备数量很多且有共同的访问需求且没什么数据安全要求（比如存电影电视剧，想不出其他合适的场景）。2-bay可以做RAID-0或者RAID-1，做RAID-1的话就有基本的数据冗余了，能容忍一块坏盘。4-bay可以在2-bay的基础上支持RAID-5、RAID-6和RAID-10，有更好的吞吐、容量和冗余性（也有牺牲，见下节）。

关于docker，在plus系列中是都支持的（如DS220+这种带加号的），J系列和value系列是不支持的，需要注意。并且plus系列使用的都是赛扬处理器(x86)，而J和value系列使用的是Realtek处理器。所以如果有docker的需求，一定要买plus系列，否则大可以买value系列或j系列来省钱~

如果你选择了plus系列，还有一个要注意的是，赛扬处理器有两种，J4025和J4125。在2-bay型号中，DS220+使用的是J4025，而DS720+是J4125；在4-bay型号中，DS420+使用的J4025，而DS920+使用的是J4125。J4025是双核2.9GHz，而J4125是四核2.7GHz，基本频率都是2.0GHz。跑分的话，这俩单核能力差不多（J4025好一点因为频率高，但是差距很小），多核能力J4125接近J4025的两倍。

另外J4125对应的两个NAS还多支持了esata、nvme接口等，所以不差这点钱建议是选择J4125处理器的NAS。

什么是「故障」

在选择RAID类型前，需要明确「故障」到底是什么。

硬盘存储数据的同时会存储一份冗余的纠错码（FEC data，Forward Error Correction），当读取磁片时遇到偶然的错误（电位不准确之类的），通过FEC可以将数据进行修复，这个过程对于操作系统是透明的，在SMART中的Raw Read Error Rate(01)和Hardware ECC Recovered(C3)计数器会加1。

但是纠错码纠错能力有限，当在一次读中，纠错码无法恢复出元数据，那么磁盘会重试数次，如果仍无法恢复出元数据，则会在SMART中将Reported Uncorrectable Errors(BB)加1，在西数硬盘中通常（据说？）使用的是Reallocation Event Count(C4)，并会尝试将扇区映射到其他位置。当这两个值增加的时候一般意味着这块硬盘大限将至了。

（PS：这里并没有从官方考证到希捷西数都是怎么处理Uncorrectable Error的，都是口口相传）

当然了，0xBB和0xC4不是损毁的唯一标准，详细可以参考https://en.wikipedia.org/wiki/S.M.A.R.T.

（PS：BackBlaze很久之前做过一个关于0xBB(187)和磁盘损毁的一个统计，大意是0xBB如果不是0就赶紧换硬盘好了，看https://www.backblaze.com/blog/hard-drive-smart-stats/）

0xBB的这个指标还有一个说法叫URE（Unrecoverable Read Error），通常用N来表示URE发生期望的读取bit，P为URE发生的概率，P=1/N，对于民用硬盘N=10^14≈10TB，企业级硬盘N=10^15≈100TB。

RAID选择

RAID本质是容量、安全性、性能的tradeoff，但是如果有钱，三者可以兼得~

假设我们的阵列有N块盘，单盘大小为S，单盘URE概率为P。

RAID-0：N≥2，写时分割成N份写到每块盘，读时从所有盘读然后合并，读写吞吐是单盘的N倍，容量是SN。没有冗余，任意一块盘损毁则阵列损毁，盘越多损毁概率越高。属于安全性换性能和容量。

RAID-1：N≥2，N块盘互为镜像，写时一份内容写N份，写吞吐接近单盘；读时从多快盘读，读到即返回（但是群晖NAS实际上是把读打散到多个镜像，所以读吞吐是单盘的N倍）。容量为SN。N-1块盘损毁都没事，属于容量和性能换安全性。我觉得家用是比较好的选择。

RAID-2/3/4：群晖NAS不支持（也没几个支持的，这里不讲了）

RAID-5：N≥3，写时数据分为N-1份写到N-1块盘，生成一个parity数据写到第N块盘，写吞吐是单盘的N-1倍；读时同时读所有盘，如果有数据盘损坏，可以从N-2个数据盘和parity恢复出损坏的数据，读吞吐也是N-1倍。容量为S(N-1)/N。可以容忍一块盘损毁，看起来是兼顾性能、容量和安全性，但是实际上特别恶心：一块盘损毁后需要重建阵列（换一块盘插进去），需要从其他盘片读取所有数据块和parity来重建新加盘，过程中如果出现了新的URE则阵列损毁，这个重建成功概率是1-((1-P)*S)^(N-1)，即把其他N-1块盘全扫一遍且不发生URE的概率。民用3盘4TB的恢复概率仅为53%（极端情况）。在这里可以计算恢复概率http://magj.github.io/raid-failure，不清楚这意味着什么的不推荐（清楚也不推荐: P）。

RAID-6：N≥4，跟RAID-5不同的是他有两个parity，分别用两个不同的算法，这样可以容忍两块盘损毁，用求二元方程的方法恢复损毁数据，读写计算的overhead高（慢），容量为S(N-2)/N。

RAID-10：N>=4，其实就是RAID-0和RAID-1的套娃，N=4时，四块盘可以分成两组组成两个RAID-1，然后两个RAID-1上面套一个RAID-0，这样每个RAID-1组里都能容忍坏1块盘。容量跟RAID-0和RAID-1的分组方式相关，上限为SN/2，略贵，属于容量换安全性和性能。

SHR和SHR2：SHR是群晖的智能分配方式，根据盘的多少自动选RAID类型（一块盘不冗余，两块盘用RAID-1，三块盘以上用RAID-5）。而SHR2允许双盘损毁，所以需要N≥4才能使用，相当于RAID-6。家用一般顶多四盘位，如果知道自己在做什么其实不需要SHR。

盘的选择

NAS如果又想要性能又想要安全性的话，一般就三种选择：NAS盘、高性能盘、企业盘。

对应的是西数的红盘、黑盘、金盘（或UltraStar），希捷的酷狼、酷鱼、银河。

硬盘选择的指标：MTBF、容量和转速、堆叠方式、气体、保修期、价格

MTBF：一般都250w小时，少数200w小时以下的要不就pass了。
转速：一般8T以下的5400转多一些，但是实际体验7200转真的比5400好很多，要不也pass了。
堆叠方式：一定一定一定不要SMR，希捷的PMR和西数的CMR都可以。具体原因跟SMR的reorganization有关，见https://www.synology.com/en-global/knowledgebase/DSM/tutorial/Storage/PMR_SMR_hard_disk_drives。
气体：10T以上的盘都有氦气版本，没贵多少，噪音和能耗相对小（但是也有炒豆子声，不过黑盘动静也不小）
保修期：一般都5年，太短的pass
价格：我是觉得NAS盘有点智商税的成分，用企业盘不香吗……仁者见仁

另外BackBlaze每年都会对他们自己的盘做一个故障统计报告，可以一看https://www.backblaze.com/blog/backblaze-hard-drive-stats-for-2020/，HGST看起来是非常稳定的，希捷部分型号也不错，西数他们家用的少，往年的数据看也还可以。

但是HGST的牌子在被收购之后，18年已经被弃用了，据说现在的西数UltraStar继承了HGST的衣钵（我买的UltraStar检测出来也显示是HGST），如果真的是的话那还是香的，不过两家都是大厂根据预算选个看得过眼的就行了。

NAS硬件拓展

首先是内存，有个帖子盘点了一下兼容性，可以一看 https://tieba.baidu.com/p/6835098618。但是有一点要说的是，这两块CPU虽然实测可以支持到最大32G，但是Intel方面并没有对此做过严格测试，所以安全水平还是8G，我目前是加了一块三星4G 2666（一共8G），是完全够用的。

另外UPS通常也是标配，我用的是APC（施耐德）的BK650M2 390W，400多块，可以用usb连到NAS上，电力不足自动关闭NAS，还带了防浪涌的网口。不只NAS，家里的硬盘笼、无线网关都可以连上面。

NVME缓存盘我没有选配，7200盘的速度已经很够用。

拓展应用

docker、gitlab必装，在自带的应用商店就可以下载。另外还有一些优秀的docker镜像推荐：

https://www.reddit.com/r/synology/comments/9z0cdo/what_are_some_recommended_docker_images_for_home/

TODO

可以配置邮箱、短信通知推送，短信用clickatell的服务延迟比较大（十几分钟才能到国内），一条几毛钱。

内网穿透DDNS啥的，不细讲……