树莓派NAS系统搭建教程：使用Flask和SQLite实现HTTP/HTTPS文件管理（代码示例）
一、项目概述
随着物联网（IoT）技术的发展，数据存储和共享需求日益增长。本文将介绍如何利用树莓派（Raspberry Pi）搭建一个网络附加存储（NAS）系统，以实现数据的集中管理、共享和访问。该系统具备可视化界面和访问管理功能，用户可以通过Web界面方便地管理文件，实现跨设备访问，适合家庭或小型办公室使用。
二、系统架构
1. 硬件选择
-
单片机：树莓派4 Model B
-
存储设备：外接USB硬盘或SD卡
-
网络设备：支持Wi-Fi或有线网络的路由器
2. 软件技术栈
-
操作系统：Raspberry Pi OS（基于Debian）
-
文件共享协议：Samba（用于文件共享）
-
后端框架：Flask（Python Web框架）
-
前端技术：HTML、CSS、JavaScript（用于构建可视化界面）
-
数据库：SQLite（用于管理用户信息和访问记录）
3. 系统架构图
三、环境搭建
1. 准备环境
首先需要将Raspberry Pi OS安装到树莓派中。可以通过官方的树莓派 Imager工具将操作系统写入SD卡。
2. 安装必要的软件包
通过SSH或直接在树莓派终端中执行以下命令：
\# 更新软件包列表sudo apt update
sudo apt upgrade -y\# 安装Sambasudo apt install samba samba-common-bin -y\# 安装Flask及其依赖sudo apt install python3-flask python3-sqlite3 -y
3. 配置Samba
编辑Samba配置文件以共享文件夹：
sudo nano /etc/samba/smb.conf
在文件末尾添加以下内容：
\[PiNAS\]path = /home/pi/nasavailable = yesvalid users = piread only = nobrowsable = yespublic = yeswritable = yes
创建共享文件夹并设置权限：
mkdir /home/pi/nassudo chown -R pi:pi /home/pi/nas
重启Samba服务：
sudo systemctl restart smbd
四、代码实现
1. 创建Flask应用
创建一个新的目录用于存放Flask项目：
mkdir ~/flask\_nascd ~/flask\_nas
在该目录下创建app.py文件：
from flask import Flask, render_template, request, redirect, url_for
import os
import sqlite3app = Flask(__name__)DATABASE = 'nas.db'def get_db():conn = sqlite3.connect(DATABASE)return conn@app.route('/')
def index():return render_template('index.html')@app.route('/upload', methods=['POST'])
def upload_file():if 'file' not in request.files:return redirect(request.url)file = request.files['file']if file.filename == '':return redirect(request.url)# 保存文件到共享文件夹file.save(os.path.join('/home/pi/nas', file.filename))return redirect(url_for('index'))if __name__ == '__main__':app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
代码说明：
-
导入模块：引入Flask框架及其相关模块，以及用于操作文件和数据库的os和sqlite3模块。
-
创建Flask应用：实例化Flask应用。
-
数据库连接函数：
get_db()函数用于连接SQLite数据库。 -
首页路由：访问根地址时返回
index.html模板。 -
文件上传路由：处理文件上传的POST请求。检查上传的文件是否存在，如果文件名为空则重定向回首页。如果文件存在，将其保存到指定的共享文件夹。
-
运行应用：通过
app.run()启动Flask应用，让它在所有可用的网络接口上运行（0.0.0.0），并监听5000端口。
2. 创建前端页面
在flask_nas目录下，创建templates文件夹，并在其中创建index.html文件：
mkdir templates
cd templates
nano index.html
在index.html中输入以下内容：
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>树莓派 NAS 文件上传</title>
</head>
<body><h1>树莓派 NAS 文件上传</h1><form action="/upload" method="post" enctype="multipart/form-data"><input type="file" name="file" required><input type="submit" value="上传"></form>
</body>
</html>
代码说明：
-
HTML结构：使用标准的HTML5文档结构。
-
表单：创建一个表单用于文件上传。
action属性指向/upload路由，method设为POST，并使用enctype="multipart/form-data"来支持文件上传。 -
文件输入：
<input type="file">用于选择文件，required属性确保用户必须选择一个文件才能提交表单。 -
提交按钮：
<input type="submit">用于提交表单。
3. 数据库初始化
为了记录用户上传的文件信息，可以创建一个SQLite数据库，并在app.py中添加数据库初始化逻辑。首先，在flask_nas目录下创建一个nas.db数据库：
sqlite3 nas.db
在SQLite命令行中输入以下SQL语句创建一个文件记录表：
CREATE TABLE files (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,filename TEXT NOT NULL,upload_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);
然后在upload_file函数中，保存文件上传的记录：
# 在upload_file函数中添加以下代码
conn = get_db()
cursor = conn.cursor()
cursor.execute("INSERT INTO files (filename) VALUES (?)", (file.filename,))
conn.commit()
conn.close()
4. 启动Flask应用
在终端中运行以下命令以启动Flask应用：
python3 app.py
在应用启动后，您可以通过访问树莓派的IP地址和5000端口来查看可视化界面。例如，如果树莓派的IP地址是192.168.1.100，则在浏览器中输入以下地址：
http://192.168.1.100:5000
5. 测试文件上传功能
-
选择文件：在页面上点击"选择文件"按钮，选择要上传的文件。
-
上传文件：点击"上传"按钮，文件将被上传到树莓派的共享文件夹中。
-
检查文件：在终端中，您可以通过以下命令查看上传的文件：
ls /home/pi/nas您应该能够看到您刚才上传的文件。
6. 数据库记录查看
若要查看上传的文件记录，可以在Python中查询数据库。您可以在app.py中添加一个新的路由来显示已上传文件的列表。更新代码如下：
@app.route('/files')
def files():conn = get_db()cursor = conn.cursor()cursor.execute("SELECT filename, upload_time FROM files")uploaded_files = cursor.fetchall()conn.close()return render_template('files.html', files=uploaded_files)
然后在templates文件夹中创建一个新的HTML文件files.html：
nano templates/files.html
输入以下内容：
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>已上传文件列表</title>
</head>
<body><h1>已上传文件列表</h1><table border="1"><tr><th>文件名</th><th>上传时间</th></tr>{% for file in files %}<tr><td>{{ file[0] }}</td><td>{{ file[1] }}</td></tr>{% endfor %}</table><a href="/">返回上传页面</a>
</body>
</html>
代码说明：
-
新路由
/files：查询数据库中的文件记录，并将结果传递给files.html模板。 -
文件列表显示：在
files.html中使用HTML表格来显示已上传文件的名称和上传时间。 -
返回链接：提供一个返回上传页面的链接。
7. 添加访问管理功能
为了增强系统的安全性，您可以为文件上传功能添加基本的用户身份验证。我们可以在Flask应用中使用Flask-Login库来实现这一点。
首先，安装Flask-Login：
sudo apt install python3-flask-login
然后，在app.py文件中进行以下修改：
from flask_login import LoginManager, UserMixin, login_user, login_required, logout_user, current_user# 初始化Flask-Login
login_manager = LoginManager()
login_manager.init_app(app)# 用户类
class User(UserMixin):def __init__(self, id):self.id = id# 用户加载回调
@login_manager.user_loader
def load_user(user_id):return User(user_id)# 登录路由
@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():if request.method == 'POST':username = request.form['username']password = request.form['password']if username == 'admin' and password == 'password': # 使用简单的用户名和密码user = User(username)login_user(user)return redirect(url_for('index'))return render_template('login.html')# 修改首页路由，添加登录验证
@app.route('/')
@login_required
def index():return render_template('index.html')
代码说明：
-
用户类
User：定义一个用户类，继承自UserMixin，用于存储用户的ID。 -
用户加载回调：定义
load_user函数，Flask-Login会使用该函数根据用户ID加载用户对象。 -
登录路由：创建一个新的路由
/login，处理用户的登录请求。若用户名和密码匹配，调用login_user函数登录用户。
8. 创建登录页面
接下来，我们需要创建一个登录页面，以便用户能够输入用户名和密码。请在templates文件夹中创建login.html文件：
nano templates/login.html
在login.html文件中输入以下内容：
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>登录</title>
</head>
<body><h1>登录</h1><form action="/login" method="post"><label for="username">用户名:</label><input type="text" name="username" required><br><label for="password">密码:</label><input type="password" name="password" required><br><input type="submit" value="登录"></form>
</body>
</html>
代码说明：
-
登录表单：创建一个表单用于输入用户名和密码，表单的
action属性指向/login路由，method设为POST。 -
输入字段：使用
<input>标签收集用户名和密码。
9. 添加登出功能
为了允许用户登出，我们可以在app.py中添加一个新的路由处理登出请求：
# 登出路由
@app.route('/logout')
@login_required
def logout():logout_user()return redirect(url_for('login'))
代码说明：
- 登出路由
/logout：调用logout_user()函数登出当前用户，并重定向到登录页面。
10. 更新首页以显示登出链接
在index.html中，添加一个登出链接，方便用户登出：
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>树莓派 NAS 文件上传</title>
</head>
<body><h1>树莓派 NAS 文件上传</h1><a href="/logout">登出</a><form action="/upload" method="post" enctype="multipart/form-data"><input type="file" name="file" required><input type="submit" value="上传"></form><a href="/files">查看已上传文件</a>
</body>
</html>
代码说明：
-
登出链接：添加一个指向登出路由的链接，允许用户在上传文件后退出登录。
-
查看已上传文件链接：添加一个链接，指向
/files路由，方便用户查看之前上传的文件。
11. 完成代码整合
确保在app.py的顶部导入所需的Flask-Login模块：
from flask\_login import LoginManager, UserMixin, login\_user, login\_required, logout\_user, current_user
12. 启动应用
确保您在终端中运行以下命令以启动Flask应用：
python3 app.py
访问树莓派的IP地址和5000端口（例如http://192.168.1.100:5000），您将看到登录页面。
13. 测试访问管理功能
-
登录：使用用户名
admin和密码password进行登录。 -
文件上传：成功登录后，将被重定向到文件上传界面，您可以选择文件并上传。
-
查看已上传文件：上传完成后，点击"查看已上传文件"链接，查看文件列表。
-
登出：完成操作后，点击"登出"链接，确保可以成功退出。
五、项目总结
在本项目中，我们成功地使用树莓派搭建了一个功能齐全的网络附加存储（NAS）系统。该系统不仅可以实现文件的上传和存储，还具备基本的用户访问管理功能，确保了文件的安全性和访问的便捷性。以下是项目的主要特点和总结：
项目特点
-
可视化界面：我们使用Flask框架构建了一个简单的Web界面，用户可以通过浏览器轻松上传文件、查看已上传的文件和进行登录/logout操作。
-
文件存储：利用Samba协议实现文件共享，上传的文件存储在树莓派的共享文件夹中，方便局域网内的多设备访问。
-
数据库支持：使用SQLite数据库记录文件上传的信息，包括文件名和上传时间，便于后续管理和查询。
-
用户管理：集成了Flask-Login库，实现了基本的用户身份验证功能。通过简单的用户名和密码，用户可以安全地登录和登出，防止未授权访问。
-
简单易用：整个系统的搭建和使用相对简单，适合初学者和物联网爱好者进行学习和扩展。
项目扩展建议
尽管本项目已经具备基本的功能，但仍有许多可以改进和扩展的地方：
-
增强安全性：使用更强的身份验证机制，例如密码哈希存储和HTTPS加密，确保用户数据的安全性。
-
文件管理功能：增加文件删除、重命名等管理功能，提高用户的使用体验。
-
用户注册系统：允许用户注册，存储用户信息，并支持不同用户对文件的不同访问权限。
-
前端优化：使用现代前端框架（如React、Vue.js等）改进用户界面，增加用户交互体验。
-
移动端适配：优化网站在移动设备上的显示效果，增加用户的使用灵活性。
总结
通过本项目，我们不仅学习了如何使用树莓派搭建一个NAS系统，还深入了解了Web开发、数据库管理和用户身份验证等多个重要概念。这为我们日后开发更复杂的物联网应用打下了良好的基础。希望通过这篇文章，能够帮助更多的开发者和爱好者快速上手物联网项目，并激发他们的创造力去探索更广泛的应用场景。
如有任何问题或建议，欢迎在评论区留言讨论。感谢您的阅读，祝您在物联网的探索中取得成功！