🏡 라즈베리파이 3 B+를 이용해 홈 서버 구축하기

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저는 AWS Lightsail로 개인 서버를 이용하고 있습니다. 간단한 웹 서비스나 여러 가지 테스트를 할 때 사용하는데요, 가장 작은 인스턴스를 이용해도 매달 약 4.3달러가량의 금액이 청구됩니다. EC2의 t2.micro가 가장 작은 인스턴스였던 때에 비하면 절반 가격으로 저렴하지만(2019-07-12 서울 리전 기준 약 10달러/월), 그래도 별달리 사용하지 않을 때에도 지속적으로 청구되는 게 아깝게만 느껴집니다.
때 마침, 책상 옆 박스에 담져겨있는 라즈베리파이가 눈에 들어왔습니다. 호기심에 구입했던 라즈베리파이는 3 모델 B+로 1.4GHz 쿼드코어, 1GB RAM로 홈 서버를 구동하기엔 충분한 성능을 가지고 있습니다. (심지어 단순 비교만 놓고 보면 내가 사용하던 1코어, 512MB RAM의 Lightsail 인스턴스보다 사양이 좋습니다). 나는 고민할 필요도 없이 바로 홈서버 구축 작업에 들어갔습니다.

서버 구축 전 확인 필요 사항

외부에서 홈 서버의 80, 443 포트로 접근이 가능한가

80, 443 포트를 이용한 웹 서비스를 할 경우 반드시 확인해야 하는 사항입니다. 가정용 공유기를 사용하여 포트가 막히는 경우에 대한 해결 및 셋업은 따로 적지 않겠습니다. 이 글을 읽으시는 분들께선 포트 포워딩, DMZ을 잘 하시리라 믿습니다.
몇몇 ISP(Internet service provider; 인터넷 서비스 제공자)는 가정용 인터넷에서 서버 운영을 막기 위함인지 80, 443 등 알려진 포트를 막고 있습니다. 서버를 다 구축한 다음에서야 접속이 안된다는 것을 깨닫고 좌절하지 않도록 포트가 열려있는지 작업 전 미리 확인해봅시다.

방법은 간단합니다. 컴퓨터에 간단한 웹 서버를 띄우고, 외부망(예: LTE로 연결된 스마트폰)으로 서버에 접속을 시도합니다. 웹 페이지가 잘 로드되면 포트가 열려있는 것입니다.

1. 인터넷 모뎀(겸 공유기)에 컴퓨터를 직접 연결하여 공인 IP를 할당받습니다.
2. 간단한 웹서버를 돌려봅시다. Python http.server 라이브러리를 이용하여 “Hello”라고 적힌 index.html을 호스팅 해봅시다.

$ mkdir www; cd www
$ touch index.html
$ echo Hello > index.html
$ python3 -m http.server 80
Serving HTTP on 0.0.0.0 port 80 (http://0.0.0.0:80/) ...

이제 스마트폰 등을 이용해 외부망에서 접속을 시도해봅니다. 접속에 성공하면 별문제 없이 80번 포트를 이용해 서비스를 할 수 있는 겁니다.

IP가 지속적으로 바뀔 수 있다

가정용 인터넷은 DHCP로 할당받기에 지속적으로 IP가 바뀔 수 있음을 인지해야 합니다. IP가 바뀌면 DNS 레코드도 새로운 IP에 알맞게 변경될 수 있도록 Dynamic DNS 등의 셋업이 필요합니다.

micro SD

micro SD를 옛날 버전을 사용한다면 IO가 다소 느릴 수 있습니다. 기왕이면 읽기/쓰기 속도를 보고 빠른 모델로 구매 및 사용을 권장합니다. 읽기/쓰기 속도가 느릴 경우 사용하시며 답답함을 느낄 수 있습니다.

라즈베리파이 셋업

• 모든 셋업 작업은 macOS 위에서 이루어졌습니다. 명령어 또한 macOS의 명령어가 포함되어 있습니다.

OS 선택 및 내려받기

오래 방치된 라즈베리파이에 새 OS를 올려줍시다. 라즈베리파이 공식 홈페이지에는 NOOBS, Raspbian 등 다양한 이미지가 있습니다. 저는 서버로 사용할 목적이라 Ubuntu Server를 골랐습니다. 우분투는 익숙하고 사용하기도 쉬워 제가 좋아하는 OS입니다.

SD Card 포맷

내려받기를 누르고, 라즈베리파이의 기본 스토리지로 이용될 micro SD카드를 컴퓨터에 연결하여 FAT32로 포맷합니다. 먼저 diskutil list를 이용해 Device Node를 확인합니다. Device Node는 드라이브를 밀고 OS 이미지 기록할 때 사용합니다.

$ diskutil list
/dev/disk0 (internal):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:      GUID_partition_scheme                         251.0 GB   disk0
   1:                        EFI EFI                     314.6 MB   disk0s1
   2:                 Apple_APFS Container disk1         250.7 GB   disk0s2

/dev/disk1 (synthesized):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:      APFS Container Scheme -                      +250.7 GB   disk1
                                 Physical Store disk0s2
   1:                APFS Volume Macintosh HD            119.4 GB   disk1s1
   2:                APFS Volume Preboot                 43.9 MB    disk1s2
   3:                APFS Volume Recovery                509.8 MB   disk1s3
   4:                APFS Volume VM                      6.4 GB     disk1s4

/dev/disk2 (external, physical):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:     FDisk_partition_scheme                        *127.9 GB   disk2
   1:               Windows_NTFS                         127.8 GB   disk2s1

용량, 이름 등으로 micro SD카드의 Device Node를 찾을 수 있습니다. 여기서 제 micro SD카드는 /dev/disk2입니다. 그리고 diskutil partitionDisk 명령어를 이용해 micro SD카드를 FAT32로 포맷합니다. 사용법은 다음과 같습니다.

diskutil partitionDisk [DeviceNode] [파티션 갯수] [파티션 테이블 종류] [파티션0포맷 파티션0사이즈 파티션1포맷 파티션1 사이즈 ...]

일단 MBR FAT32 단일 파티션으로 포맷할 예정이므로 다음과 같이 명령어를 입력합니다.

실수로 다른 디스크를 포맷하여 되돌릴 수 없는 사고가 발생하지 않도록 신중히 작업합니다.

$ # 파티션 사이즈를 0b로 하면 사용 가능한 모든 영역을 할당합니다.
$ diskutil partitionDisk /dev/disk2 1 MBR "MS-DOS FAT32" ROOT 0b
Started partitioning on disk2
Unmounting disk
Creating the partition map
Waiting for partitions to activate
Formatting disk2s1 as MS-DOS (FAT32) with name ROOT
512 bytes per physical sector
/dev/rdisk2s1: 249674176 sectors in 3901159 FAT32 clusters (32768 bytes/cluster)
bps=512 spc=64 res=32 nft=2 mid=0xf8 spt=32 hds=255 hid=2048 drv=0x80 bsec=249735168 bspf=30478 rdcl=2 infs=1 bkbs=6
Mounting disk
Finished partitioning on disk2
/dev/disk2 (external, physical):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:     FDisk_partition_scheme                        *127.9 GB   disk2
   1:                 DOS_FAT_32 ROOT                    127.9 GB   disk2s1

이전에 내려받은 OS 이미지 파일은 -.img.xz 형식으로 압축되어있습니다. 압축을 풀어 -.img 형태로 만듭니다. 그리고 디스크를 언마운트한 다음 디스크에 OS 이미지를 기록합니다.

$ diskutil unmountDisk /dev/disk2
Unmount of all volumes on disk2 was successful
sudo dd bs=1m if=/path/to/image/ubuntu-18.04.2-preinstalled-server-arm64+raspi3.img of=/dev/disk2

혹시 이 과정에서, micro SD카드가 64GB보다 커 FAT32 포맷에 문제가 있다면 윈도 컴퓨터에서 Win32 Disk Imager를 사용해보는 것을 권장합니다. 가이드는 여기에 있습니다.

정상적으로 완료되면 이미지 준비는 끝났습니다.

OS 셋업

기록이 완료되면 SD카드와 키보드, 마우스, 모니터, 랜선 등을 라즈베리파이에 연결한 다음 가동합니다. 작업 도중 저전압 경고가 계속 나타날 것입니다. 모든 IO장치를 전부 사용하여 그런 것이므로 무시합니다.

초기 어카운트와 패스워드는 ubuntu/ubuntu 입니다. 가장 먼저 할 일은 역시 계정 이름과 패스워드를 변경합니다. root 계정으로 로그인한 다음 계정 이름 전환 작업 후 루트 계정을 잠가줍니다.

sudo passwd root
exit
# root 계정으로 다시 로그인합니다.
usermod -l rajephon -d /home/rajephon -m ubuntu
groupmod -n rajephon ubuntu
passwd -l root
exit

새로 바뀐 계정 이름으로 로그인 후 패스워드를 바꿔줍니다.

passwd rajephon

이제 패키지들을 최신으로 업데이트하고…

sudo apt update
sudo apt dist-upgrade

시간대도 우리가 사는 지역에 알맞게 설정합시다.

$ timedatectl set-timezone 'Asia/Seoul'
$ date
Sun Jul  7 21:10:37 KST 2019

원격에서 작업하기 편하도록 ssh를 설치합니다.

sudo apt install openssh-server openssh-client

설치가 완료되면 ssh 접속이 잘 되는지 확인합니다. ip는 ip a 명령어를 통해 손쉽게 확인이 가능합니다.

도커 설치

도커는 진리입니다. 언제 어디에서나 유익하죠. 라즈베리파이에서도 마찬가지입니다. 도커를 설치합시다.

# WARNING: Always examine scripts downloaded from the internet before running them locally.
curl -fsSL get.docker.com -o get-docker.sh
sudo bash get-docker.sh

유저 계정에서도 이용할 수 있도록 그룹 추가도 잊지 맙시다.

sudo usermod -aG docker rajephon

DDNS 셋업

홈 서버에서 동적으로 바뀌는 IP에 대응하기 위해 필수적인 작업입니다. google domain, cloudflare, dnszi, dnsever 등 대부분의 DNS 서비스는 모두 A 레코드를 바꿀 수 있는 API를 제공합니다. 저는 Cloudflare를 사용 중이므로 Cloudflare를 기준으로 작성합니다.

Cloudflare API에 맞춰 동작하는 클라이언트로 ddclient가 있습니다.
여기서 약간 번거로운 작업이 있는데, apt 레포에 등록되어있는 가장 최신 버전은 3.8.x 지만 cloudflare에 맞춰 사용하려면 3.9.0 보다 높아야 합니다.
이러한 문제로 직접 다운로드해서 설치해야 하지만, perl로 작성되어 별도의 빌드 과정이 없어도 되므로 어렵지 않습니다.

# 동작에 필요한 perl 라이브러리를 설치합니다.
sudo apt install libjson-any-perl libdata-validate-ip-perl libio-socket-ssl-perl
# 최신 ddclient를 내려받고,
wget https://sourceforge.net/projects/ddclient/files/ddclient/ddclient-3.9.0/ddclient-3.9.0.tar.gz
# 압축을 풀어줍니다.
tar -xvzf ddclient-3.9.0.tar.gz
cd ddclient-3.9.0/
# /sbin 로 ddclient를 옮겨줍니다.
sudo cp ./ddclient /sbin/ddclient
# 캐시 디렉토리와 기본 설정 파일을 만들어주고, 권한 조절도 해둡니다.
sudo mkdir /var/cache/ddclient
sudo chown rajephon /var/cache/ddclient
sudo mkdir /etc/ddclient
sudo touch /etc/ddclient/ddclient.conf;
sudo chown rajephon /etc/ddclient/ddclient.conf

이제 ddclient 설정 파일을 작성합니다.

# Configuration file for ddclient
#
# /etc/ddclient/ddclient.conf

ssl=yes
use=web
protocol=cloudflare
server=api.cloudflare.com/client/v4
login=[Cloudflare 이메일 주소]
password=[Cloudflare APIKEY]
zone=domain.com
domain.com, my.domain.com

API Key는 Cloudflare의 My Profile 항목에서 찾을 수 있습니다. zone에는 내 도메인 이름을 적고, 마로 밑 줄에 A 레코드 IP를 변경할 서브 도메인들을 콤마(,)로 구분하여 나열합니다.

이제 정상적으로 작동하는지 테스트를 해봅시다.

$ sudo /sbin/ddclient --force
[sudo] password for rajephon:
SUCCESS:  domain.com -- Updated Successfully to 111.222.333.444
SUCCESS:  my.domain.com -- Updated Successfully to 111.222.333.444

cloudflare console에 들어가 보면 IP 주소가 업데이트된 것을 확인할 수 있습니다. 정상 동작도 확인했으니 이제 주기적으로 IP 변경 확인 및 업데이트를 할 수 있게 만들어야합니다. ddclient를 시작 프로그램 리스트에 걸어두고, ddclient의 daemon 기능을 활용하는 방법, cron에 등록해 사용하는 방법이 있습니다. 저는 cron으로 해보겠습니다.
sudo crontab -e 로 크론탭 편집모드로 들어가 아래에 다음과 같이 추가합니다.

# 2분마다 IP 업데이트 확인 및 갱신
*/2 * * * * /sbin/ddclient

좀 더 많은 로그를 남기고 싶을 경우, -noquiet -query -verbose -debug 등의 옵션을 추가해줄 수 있습니다.

• {no}quiet : print {no} messages for unnecessary updates (default: noquiet).
• {no}query : print {no} ip addresses and exit.
• {no}verbose : print {no} verbose information (default: noverbose).
• {no}debug : print {no} debugging information (default: nodebug).

cron이 잘 돌고 있는 지 궁금하면, syslog를 이용해 확인할 수 있습니다.

$ tail /var/log/syslog | grep CRON
Jul 12 19:40:01 ubuntu CRON[13164]: (root) CMD (/sbin/ddclient)
Jul 12 19:42:01 ubuntu CRON[13181]: (root) CMD (/sbin/ddclient)

웹 서버 띄우기

이제 기본 준비는 끝났으니 서버를 올려봅시다. 앞서 설치한 도커를 활용합니다.
도커 이미지는 미리 준비한 웹 서비스를 라즈베리파이로 가져와 빌드했습니다.

docker run --name my-home-page -p 443:443 my-home-image:1.0 -d

자 그럼 이제 웹 브라우저로 앞서 DDNS로 연결한 도메인에 접속하면,

짜잔! 정상적으로 라즈베리파이 웹 서버로 접속됩니다.
모든 작업이 완료되었습니다.

마무리

사실, DDNS 셋업을 해야 한다는 것 말고는 일반적인 우분투 서버와 다를 게 없습니다. 더 이상 돈을 내고 사용하는 클라우드 서비스가 아니므로 별도의 방화벽이나 모니터링 및 대응 시스템이 없는 점이 조금 아쉽지만 하드하게 사용할 것이 아니므로 문제가 되지 않습니다. 작업하면서 실수했던 점은 위에서 설명은 안 했지만 처음에 웹 서버 도커 이미지를 만들 때 라즈베리파이의 아키텍처가 arm64로 다르다는 것을 놓쳤습니다. macOS에서 다른 아키텍처로 도커 이미지를 굽는 것은 현재 Edge에서만 되는데, Edge는 Stable이 아니라 빠르게 포기하고 일단은 홈 서버 로컬에서 이미지를 구웠습니다.

참고

• Amazon Lightsail
• Amazon EC2 요금
• Raspberry Pi
• Python3 http.server — HTTP servers
• Building Multi-Arch Images for Arm and x86 with Docker Desktop
• Create installation media for Ubuntu