注意：本文介绍的是 2017 年的一次虚拟机搭建。

2020 年版请见，“搭建 Homelab 虚拟机服务器（2020 版）。”

概述

我大部分的家庭开发工作都是在虚拟机（VM）中完成的。我的主力台式机是一台 Windows 10 电脑，所以过去我一直通过 VirtualBox 来运行虚拟机。

这套配置运行得还不错，但我开始越来越意识到其中的痛点。我搜索后找到了 Brian Moses（布莱恩·摩西）的一篇博文，他在文中介绍了如何搭建一台专门用于运行虚拟机的“Homelab(家用实验室)”服务器。我非常喜欢这个想法，并受此启发决定自己也搭建一台。

为什么要用虚拟机？

干净的环境

我编写的所有软件都依赖于特定的软件环境。例如，我的项目 ProsperBot 的开发就依赖于 Go 工具链、nginx 和 Redis。如果我在主力台式机上为每个项目不断安装依赖，最终就会变成各种 Web 服务器、数据库服务器以及同一库的不同版本相互冲突的一团乱麻。

安全性：虚拟机隔离

虚拟机还能通过将软件与主系统隔离来提供安全性。我喜欢尝试各种新工具和应用，但应用有可能是恶意的（可能是开发者本身就制作了恶意应用，也可能是合法应用被攻击者入侵后被用来传播恶意软件）。如果我直接在 Windows 机器上安装应用并感染了恶意软件，那就全完了。即使是非常基础的恶意软件，一旦在我的机器上运行，就能记录屏幕上的所有内容、控制我的 Gmail、Facebook、GitHub 账号，甚至将我的所有文件加密勒索。

在虚拟机中运行的恶意软件能造成的破坏则要有限得多。如果我在虚拟机中安装软件，而它偷偷安装了键盘记录器，它也只能记录该虚拟机内的按键，而无法记录主力台式机的按键。虚拟机并非万全的防御手段，因为高级恶意软件可能会逃逸出虚拟机，但它们仍然能提供很大程度的保护。

为什么需要一整台虚拟机服务器？

我一直在主力 Windows 台式机上通过 VirtualBox 运行虚拟机，这存在几个问题：

• 每当我重启主力电脑时，都必须费力地关闭或挂起所有正在运行的虚拟机，然后在重启后再逐个重新启动。
• 我的主力电脑大约每月会崩溃一次，而 VirtualBox 在崩溃恢复方面表现很差。重启后，它会认为虚拟机镜像文件被锁定，我不得不去摆弄文件系统来修复。

有了专用的虚拟机服务器，我就可以在上面运行一个极简的 Linux 服务器操作系统。机器上运行的软件越少，需要重启的频率就越低，崩溃的可能性也越小。

还有一些我觉得很有意思的点对点项目（例如 OpenBazaar、BitSquare），但它们需要服务器全天候运行。我曾尝试通过 VirtualBox 来实现，但上述的那些麻烦让我渐渐失去了让这些虚拟机持续运行的兴趣。如果我能一次性启动虚拟机后就让它一直运行，尝试这些项目就会变得有吸引力得多。

挑选配件

CPU

在布莱恩·摩西的博文中，他很兴奋地利用了二手 Intel Xeon CPU 的低价。这是个不错的想法，但我担心二手服务器硬件出现故障的风险，所以更倾向于全新的零售版 CPU。

我在主力电脑上对 CPU 进行了超频，但这也会导致偶尔崩溃。为了让虚拟机服务器尽可能稳定，我决定不对这套系统超频。这样带来的好处是，挑选配件变得更容易、也更便宜，因为我无需为不锁频的 CPU、支持超频的主板或高端 CPU 散热器支付额外费用。

最终我选择了 AMD Ryzen 7 1700。它拥有 8 核 16 线程，应该很适合运行多个虚拟机，而且最近获得了大量好评。

主板

我住在曼哈顿一套相当小的一居室公寓里，所以物理空间非常宝贵。我的需求也省去了许多通常在 PC 中占用大量空间的组件，比如硬盘驱动器、显卡或高端 CPU 风扇。

这些需求让我倾向于 MicroATX 主板，最终我选择了 ASRock AB350M-HDV。我过去使用华擎主板的体验一直不错，这款看起来也是个稳妥的选择。我对其内存支持有些犹豫，因为它只有两个内存插槽，这意味着我只能安装 2 条 16GB 的内存条，没有扩展余地。我想，如果以后内存不够用了，到时候应该已经有 2 条 32GB 的套条了，大不了到时咬咬牙把两条都换掉。

回过头看，我真希望当初买的是一块带集成显卡的主板（见下文的配件回顾）。

内存

我的主力电脑有 32GB 内存，日常使用中通常会占用约 15GB（即使同时运行 Windows 10 和多个虚拟机）。我觉得 16GB 也许够用，但 32GB 在未来 2 到 3 年内应该是一个安全的上限。我选择了 G.SKILL Flare X Series 32GB (2 x 16GB)，因为这是经测试与我的主板兼容的速度最快的内存条。

硬盘

和布莱恩·摩西一样，我有一台 NAS，有充足的空间可用，所以本地存储只需要一块小硬盘来存放宿主机 / Hypervisor(虚拟机监控程序) 操作系统即可。我选择了 250GB 的 Samsung 850 EVO，主要是因为我觉得 M.2 接口非常简洁。只需将一块芯片拧到主板上就完成了，无需处理支架或 SATA 线缆。250GB 远超我的实际需求，但对于 M.2 SSD 来说，这似乎是入门容量。

机箱

对于机箱，我主要想找一个非常小的。我打算把服务器藏在看不见的地方，所以不需要好看或花哨的外观。Rosewill Micro ATX SRM-01 小巧、便宜又实用，很不错。

显卡

我主要打算让这套系统无头运行，通过 SSH/Ansible 进行管理，但偶尔还是需要显示输出（例如在初次安装或不小心弄坏网络配置时）。我一开始以为可以使用主板的集成显卡支持，但实际上不行（见下文的配件回顾）。

由于我对 GPU 的要求不高，只想要一款便宜且评价不错的，所以我选择了 EVGA GeForce 8400 GS。

为这套系统专门买一台显示器没有意义，因为 99.99% 的时间我都是无头管理。剩下的 0.01% 时间，我只需钻到桌子底下，把主显示器的 HDMI 线从主力台式机拔下来插到虚拟机服务器上就行。

网卡

我原本打算直接使用主板自带的 1 Gbps 网卡，因为我的网络只有 1 Gbps。它在 Ubuntu 16.04 上确实能开箱即用，但我很快发现网速被限制在约 10 Mbps。稍作研究后，我发现 Ubuntu 16.04 并未包含正确的驱动，所以我不得不添加一个额外的 apt-get 源来安装 r8168-dkms 包。我照做了，但在重启后，Ubuntu 却无法检测到网卡……

到这时，我已经厌倦了折腾板载网卡，于是直接买了一块据说在 Ubuntu 上开箱即用的 PCI 网卡：Broadcom BCM5751 Netxtreme。它无需任何折腾就能达到 1 Gbps 的速度，所以花 23 美元，我觉得不值得再花时间去排查板载网卡的问题。

另外值得注意的是：板载网卡与 ESXi 6.5 不兼容，而这块博通网卡则兼容。

最终配件清单

组装

配件到齐后，就该开始组装了！

这是组装前的所有组件。图片中没有网卡和显卡，因为直到实际尝试运行系统时，我才意识到需要它们。

这是组装好所有配件后的服务器。没什么复杂的，因为组件本身就不多。特别省心的是，由于唯一的硬盘是直接连接在主板上的 M.2 SSD，无需处理硬盘的电源线或 SATA 线。

由于公寓空间有限，我想要一台可以藏起来不被看见的服务器。我决定把它放在书桌抽屉后面，紧挨着书桌。它在物理上仍然和我的主力台式机一样触手可及，但在视线中基本隐藏了起来：

安装宿主机操作系统

虚拟机服务器的宿主机操作系统应该尽可能轻量。它只需要承载 hypervisor，几乎不需要其他功能。宿主机上安装的软件越多，需要保持更新以维持服务器稳定的软件包就越多。

我尝试了几种不同的 Linux 发行版，但在我的硬件上只有 Ubuntu Server 能开箱即用（成功测试了 16.04 和 17.04）。我认为是 Ryzen 的 SMT 功能导致了其他发行版安装失败。我猜可以通过在 BIOS 中禁用 SMT、安装其他发行版，然后将内核升级到 >= 4.10，再重新启用 SMT 来绕过这个问题，但由于 Ubuntu 16.04 Server 是我最熟悉的发行版，我决定就直接用Ubuntu 16.04 Server。

运行虚拟机

KVM

作为 hypervisor，我选用了 KVM。它是一款相当成熟且使用广泛的产品，这样在我需要通过 Google 搜索支持答案时会很有帮助。一些更面向企业的 hypervisor 即使软件本身免费也需要许可证密钥，但 KVM 没有这个问题，因为它是免费且开源的。

Kimchi

我喜欢能够通过网页界面管理基础设施，所以我安装了 Kimchi，这是一款基于 HTML5 实现的 KVM 管理界面。

我会把 Kimchi 评价为“还不错”。有些仪表盘相当精美：

它在某些方面也做得非常好，比如创建桥接网卡（这在命令行上弄清楚有点麻烦）。

缺点主要在于用户体验。做一些简单的事情需要大量点击，而且我经常遇到页面更新（例如客户机虚拟机完成关机）导致上下文菜单消失、迫使用户重新开始整个流程的情况。这些缺点不算太严重，随着使用增多，调整自己的操作习惯来避开这些 UX 问题也变得更容易了。

备选：ESXi 6.5

实际上，我最初计划在这个项目中使用 VMware vSphere Hypervisor，即 VMware 提供的免费 hypervisor 产品。它看起来是一款更成熟、用户群更大的产品（因此 presumably 更容易找到支持）。然而，它最终与我主板的网卡和 Ryzen CPU 都不兼容。在安装了博通网卡并在 BIOS 中禁用了 CPU 的 SMT 之后，我终于能够运行它，但到那时我已经使用了几天 Kimchi 并习惯了它。

vSphere 似乎并未提供比 Kimchi 明显更好的体验。它的界面要精致得多，但也有非常笨拙的流程，一旦出错就得从头完全重启整个多步骤流程。如何访问 shell 以便在命令行上直接执行我想要的操作也不太直观（我确信是可以的，只是我没有深入研究去找到答案）。

对我来说决定性的因素是，登录时 vSphere 会醒目地显示一条警告，称除非输入 VMware 注册密钥，否则软件将在 60 天后停止工作。VMware 免费提供许可证密钥，但当 Kimchi 无需任何许可检查且提供了与 vSphere 大致相当的体验时，我不想再去折腾注册密钥。

自动化服务器配置

我非常喜欢 Ansible，所以我编写了一个 Ansible playbook 来自动配置我的虚拟机服务器。它会执行以下操作：

• 将内核更新到兼容 Ryzen SMT 功能的版本
• 安装 KVM 和 Kimchi
• 挂载用于存储虚拟机镜像的 NFS 共享

你可以通过安装 Ansible并运行以下命令，使用同一个 playbook 来配置你的服务器：

VM_SERVER=vmaster # Replace with your VM server's hostname
echo "${VM_SERVER}" > hosts
wget https://mtlynch.io/files/provision-vm-host.yml

# Replace the extra-vars with the values for your NFS share
ansible-playbook provision-vm-host.yml \
  --extra-vars "cifs_share=/nas-hostname/VMs" \
  --extra-vars "cifs_username=foo" \
  --extra-vars "cifs_password=bar"

回顾我的选择

回顾：CPU

我最值得商榷的选择是 CPU。它运行速度确实很快，但可能也有些性能过剩，因为即使同时运行五个虚拟机且其中几个在执行 CPU 密集型任务，我也从未见过总 CPU 使用率超过 35%。

Ryzen 的缺点是目前非常前沿，兼容性还不稳定。我尝试安装 Fedora 25 Server、Debian 8.7、CentOS 7 和 ESXi 6.5，它们都在安装过程中失败，因为与 Ryzen 不兼容。如果我在 BIOS 中为 CPU 禁用 SMT（多线程），其中一些倒是能成功安装，但这会把它从 16 线程降为 8 线程，让人有些遗憾。唯一能成功安装的操作系统是 Ubuntu（成功安装了 16.04 和 17.04）。

Ryzen 还限制了我能购买的内存条。主板支持最高 3200 MHz 的 DDR4 内存，但 Corsair 没有经测试兼容该主板的内存。G.SKILL 有，但没有比 DDR4 2400 MHz 更快的。

回顾：主板

总体来说我对主板的选择还是比较满意的。它小巧紧凑，同时为所有组件提供了足够的空间。

我唯一的遗憾是没有仔细阅读板载显卡支持的说明。其“板载显卡芯片组”规格写道：

集成于 A 系列 APU 中的 AMD Radeon R7/R5 系列显卡，支持 HDMI，最高分辨率可达 4K x 2K (4096x2160) @ 24Hz / (3840x2160) @ 30Hz

所以我想：“太好了！它自带显卡，少装一样东西。”我没理解的是，这句话的意思其实是“仅在你拥有 AMD A 系列 APU 时才支持显卡”。APU 是 AMD 的 CPU/GPU 二合一芯片，而 Ryzen 并不属于其中，所以我无法使用板载显卡。

如果再来一次，我会选择 GIGABYTE GA-AB350M-Gaming 3，仅仅是为了拥有板载 GPU 带来的简便性。

回顾：内存

32GB 起初似乎有些过剩，但随着我为各种任务添加更多虚拟机，内存使用量已超过 18GB，所以我很庆幸当初选择了 32GB 而不是 16GB。

回顾：电源

电源的功率足以满足这套系统，而且相当安静。30 美元的价格性价比也不错。

唯一的缺点是它采用非模组化线缆。我的系统非常精简，只需要 24 针主板线和 8 针 CPU 线。其余的线都是多余的，不过它们可以比较整洁地藏在机箱中 5.25 英寸的光驱位里（在我的机箱里显然是空的）。

如果重来一次，我会考虑半模组或全模组电源，这样就可以去掉多余的电源线了。

结论

这台 Homelab 虚拟机服务器运行得非常好。知道我的虚拟机一直在运行非常方便，这样我只需通过 SSH 连接或在浏览器中查看，而无需在 VirtualBox 中启动任何东西。

一个意外的好处是，我不再需要对客户机操作系统的 CPU/内存资源分配过于保守。我的主力台式机是 8 核 i7，配有 32GB 内存。过去我不想让虚拟机抢占主操作系统的资源，所以通常只给客户机分配 1 个 CPU + 1GB 内存，只有在看到资源吃紧时才会增加。而有了这台 Homelab 虚拟机服务器，资源对大家来说都绰绰有余！我的标准客户机操作系统模板使用 4 核和 4GB 内存，这对我的大多数环境来说都是足够的上限。这意味着我不用再浪费时间手动管理客户机操作系统的资源了。

如果你从事的软件项目需要多种开发或预发布环境，我强烈建议在虚拟机中工作，并使用一台专用的虚拟机服务器。