warpgate/warpgate-prd-v3.md

# Warpgate — Make your NAS feel local — 产品方案与需求描述（v3）

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## 一、产品定位

**一句话描述**：摄影师的随身存储中枢——外拍插卡自动归档，路上缓存加速访问，全程高速组网，云端容灾兜底。

**核心价值**：

1. **远程访问加速**：用户在外通过 Tailscale 等组网工具访问家中 NAS 时，受限于公网带宽，SMB 协议体验极差（卡顿、超时、缩略图加载慢）。本产品在客户端侧部署一层 SSD 只读缓存，对上层应用（Lightroom、Finder、Explorer 等）完全透明，首次访问按需拉取并缓存到本地 SSD，后续访问直接命中缓存。
2. **外拍现场备份归档**：摄影师外拍结束插入 SD 卡，一键备份到本地 SSD，后台自动异步归档回家中 NAS。把「现场备份」和「远程归档」打通成一条自动流水线，市面上没有产品做到这一点。
3. **数据安全兜底**：可选的云端异地容灾，为用户的数据提供多层保护。

**产品形态**：
- **软件方案**（MVP）：配置文件 + 一键部署脚本，部署在任意 Linux 主机上（Docker 镜像在 v2.5 提供）
- **硬件一体机**（目标形态）：定制盒子，内置 SSD + 电池 + SD 卡槽 + WiFi，开箱即用

**市场机会**：
- Gnarbox（曾最受欢迎的摄影师外拍备份设备）已停产，市场空缺明显
- UnifyDrive UT2（$599）硬件形态相似但软件体验差、电池仅 1 小时
- ClouZen TAINER 功能单一，只能备份不能联网同步
- **没有产品把「现场备份」和「远程归档回 NAS」打通成自动流水线**

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## 二、目标用户

| 用户画像 | 典型场景 | 痛点 |
|----------|----------|------|
| 摄影师 | 出差/外拍，酒店回看、粗修当天照片（Lightroom） | RAW 文件 25-60MB，SMB 远程逐张打开极慢，预览生成卡死 |
| 视频创作者 | 远程剪辑，浏览素材库、拖拽代理文件 | 视频文件更大，顺序播放需持续带宽 |
| 设计师 | 出差访问公司 NAS 上的 PSD/AI 源文件 | 大文件 + 多图层，打开一个文件几分钟 |
| 远程办公族 | 日常办公文档、项目资料存 NAS | 小文件多，SMB 目录浏览延迟高，体验卡顿 |
| NAS 重度用户 | 旅行途中访问个人数据 | 没有公网 IP 或带宽不足，现有方案都不理想 |

**核心用户优先级**：摄影师（Lightroom + 外拍备份）> 远程办公 > 视频创作者

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## 三、系统架构

### 3.1 整体架构

```mermaid
graph LR
    subgraph clients ["客户端设备"]
        LR["Lightroom<br/>macOS"]
        Linux["Linux<br/>客户端"]
        iPad["iPad<br/>移动端"]
    end

    subgraph proxy ["Linux Proxy（局域网·高速）"]
        Samba["Samba Server<br/>(read only)"]
        NFS_S["NFS Server<br/>(read only)"]
        WebDAV_S["WebDAV Server<br/>(read only)"]
        VFS["rclone VFS mount<br/>(只读缓存)"]
        Uploader["SD Uploader<br/>(单向上传到 NAS)"]
        SSD["SSD 缓存 + 元数据 DB"]
        Samba --> VFS
        NFS_S --> VFS
        WebDAV_S --> VFS
        VFS --> SSD
    end

    subgraph remote ["远程（公网 / Tailscale·低速）"]
        TS["Tailscale /<br/>WireGuard"]
        NAS["任意品牌 NAS<br/>(SFTP)"]
        TS --- NAS
    end

    LR -- "SMB" --> Samba
    Linux -- "NFS" --> NFS_S
    iPad -- "WebDAV" --> WebDAV_S
    VFS -- "SFTP (读取)" --> TS
    Uploader -- "SFTP (上传)" --> TS
```

### 3.2 协议选择说明

| 段 | 协议 | 原因 |
|----|------|------|
| 客户端 → Proxy（主） | SMB | 对 Lightroom/macOS/Windows 原生兼容，应用无感 |
| 客户端 → Proxy（辅） | NFS | Linux 客户端性能更好，内核级支持 |
| 客户端 → Proxy（辅） | WebDAV | 移动端 App 支持广泛 |
| Proxy → NAS | SFTP | 高延迟链路下比 SMB 稳定得多，任意品牌 NAS 均支持，无需额外套件 |

### 3.3 多协议对外服务（设计讨论）

**问题**：客户端 → Warpgate 之间只支持 SMB 是否足够？

**讨论**：不同客户端设备对协议的偏好不同。macOS + Lightroom 最适合 SMB，但 Linux 客户端用 NFS 性能更好（内核级支持，且 Linux 侧还能再叠一层 FS-Cache），iPad/移动端 App 则普遍支持 WebDAV。

**设计决策**：所有对外协议服务共享同一个 rclone FUSE 只读挂载点。缓存层只有一份，不会因为多协议而重复缓存。所有协议均为只读模式，客户端无法通过共享写入文件。

```mermaid
graph LR
    SMB["SMB Server<br/>(read only)"] --> Mount["/mnt/nas-photos<br/>(rclone 只读 FUSE 挂载)"]
    NFS["NFS Server<br/>(read only)"] --> Mount
    WebDAV["WebDAV<br/>(read only)"] --> Mount
    Mount --> SSD["SSD 缓存<br/>(rclone 内部管理)"]
```

**注意事项**：所有共享均为只读。文件写入通过 SD 卡导入功能单向上传到 NAS（独立于缓存系统）。

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## 四、核心功能

### P0（MVP 必须）

#### 4.1 透明多协议只读代理
- 对外暴露标准 SMB 只读共享，客户端连接方式与直连 NAS 完全一致
- 支持 SMB2/SMB3 协议（`read only = yes`）
- 同时支持 NFS 只读导出（Linux 客户端）和 WebDAV 只读服务（移动端）
- 支持 macOS（Finder/Lightroom）、Windows（Explorer）、Linux、移动端客户端
- 文件读取、目录浏览、文件属性（时间戳/权限）均正常工作
- 所有协议共享同一个 rclone 只读缓存层，不重复存储
- **只读设计**：Lightroom 等应用读取 RAW 文件，编辑参数存在本地 catalog 中，不需要写入 NAS 文件所在目录

#### 4.2 读缓存（Read-through Cache）
- 文件首次被访问时，从远程 NAS 拉取并存入本地 SSD 缓存
- 后续访问同一文件直接从本地 SSD 返回
- 支持分块读取（chunked read）：大文件不需要整个下载完才能开始读取
- 支持预读（read-ahead）：顺序读取场景下提前拉取后续数据
- 目录列表缓存：目录结构缓存一段时间，避免频繁远程查询

#### 4.3 缓存一致性
- 缓存为**只读**，不存在本地修改，因此不存在写冲突问题
- 后台轮询检测远程变更，自动标记缓存失效（详见第六章）
- 远程文件被修改 → 下次访问时 rclone 自动拉取最新版本
- 远程文件被删除 → rclone 缓存刷新后文件自动消失
- 无脏文件、无回写、无冲突检测 —— 架构极简

#### 4.5 远程变更检测
- 基于 SFTP 的分层轮询机制，自动发现远程数据变化（详见第六章）
- 不依赖任何 NAS 品牌特有 API，纯 SFTP 协议实现
- 每日全量校对兜底

#### 4.6 缓存空间管理
- 设置缓存总大小上限
- 超出上限时按 LRU（最久未访问）策略自动淘汰
- 可设置缓存盘最低保留空间，防止磁盘写满
- 可设置缓存最大保留时间
- 缓存全部为只读（clean），rclone 可自由淘汰任何缓存文件

#### 4.7 一键部署
- 提供完整的配置文件 + 部署脚本
- 自动安装依赖（rclone、Samba、NFS、fuse）
- 自动配置 systemd 服务，开机自启
- 自动配置日志轮转
- 缓存盘文件系统建议 btrfs/ZFS（CoW + journal 保护一致性）

### P1（重要但非 MVP）

#### 4.8 SD 卡导入 + 自动归档（Ingest）

摄影师外拍结束，把 SD 卡插入盒子，一键备份到本地 SSD 暂存，后台独立进程通过 SFTP 直接上传到家中 NAS。**与只读缓存完全独立**——导入是单向的「SD → NAS」管道，不经过缓存系统。

- 检测到 SD/CFexpress 卡插入后，支持物理按钮一键触发导入或自动导入模式
- **导入前空间检查**：估算 SD 卡总数据量，检查 SSD 暂存区可用空间（扣除 CACHE_MIN_FREE），空间不足时拒绝导入并通知用户
- 复制文件到 SSD 暂存目录（`ingest_staging/`），导入时计算文件 checksum（SHA-256），确保数据完整
- 导入记录写入 import_history 持久表（详见 5.6.4）
- **SD Uploader 独立进程**通过 SFTP 将暂存文件直接上传到 NAS 目标路径，无网络时排队等待
- 上传成功后清理暂存文件 + 可选 `vfs/forget` 通知 rclone 刷新（使新文件在只读缓存中可见）
- 支持重复文件检测（基于文件名+大小+checksum），查询 import_history 持久表（详见 5.6.4），避免重复导入
- 导入完成通过 LED 指示灯 / 蜂鸣器提示
- 支持按日期模板自动组织目标路径（如 `/{year}/{month}/{date}/`），日期来源为 EXIF 拍摄日期，非 EXIF 文件回退到文件 mtime（详见 INGEST_DATE_SOURCE 配置）
- **导入中断保护**：导入过程维护状态机（`detecting → copying → checksumming → uploading → complete`），中断的文件（未完成 checksum 校验）将被清理（详见 5.8）

#### 4.9 双卡备份 + 校验

摄影师同时插入两张 SD 卡（或一张 SD 卡 + 一个 USB 移动硬盘），盒子自动做双向 checksum 比对，确保两份备份完全一致。

- 并行读取两个存储设备的文件列表
- 逐文件比对：文件名 + 大小一致后计算 SHA-256 比对
- 不一致的文件标记为异常并通知用户
- 仅一侧存在的文件单独提示
- 校验完成输出报告（LED 状态 + CLI 可查详情）
- 校验通过的文件自动进入 4.8 导入归档流程

#### 4.10 配网模式 + Captive Portal 代理（Setup AP）

盒子是 Headless 设备（无屏幕），而绝大多数酒店/机场 WiFi 需要网页认证（Captive Portal）。没有这个功能，旅途场景直接不可用。

**核心流程**：

```
① 盒子开机，检测到未配置 WiFi 或无法联网
   → 自动进入「配网模式」，WiFi 模块启动临时 AP（SSID: Warpgate-Setup）

② 用户手机连接 Warpgate-Setup 热点
   → 自动弹出配网页面（或手动访问 http://192.168.4.1）

③ 配网页面显示周围可用 WiFi 列表，用户选择酒店 WiFi

④ 盒子连接酒店 WiFi（WiFi 模块切换为 AP+STA 并发模式）
   → 检测到 Captive Portal 重定向

⑤ 盒子将 Captive Portal 认证页面代理到配网页面
   → 用户在手机上完成酒店 WiFi 的网页认证（输入房号/姓名等）

⑥ 认证通过，盒子获得互联网访问，Tailscale 自动连接
   → 配网模式关闭，临时 AP 关闭（或保持为管理入口）
```

**硬件要求**：WiFi 模块必须支持 **AP+STA 并发模式**（同时作为热点和连接外部 WiFi），这是配网模式的前提。大多数支持 AP 模式的 WiFi 芯片均支持此功能。

**Fallback 方案**（不需要额外开发，文档中列出即可）：
- **USB 网络共享**：手机 USB 连接盒子，共享手机网络（tethering），绕过酒店 WiFi
- **手机热点**：盒子直连手机 4G/5G 热点
- **有线以太网**：部分酒店有网口，直插通常无需认证
- **MAC 克隆**：`warpgate clone-mac <MAC>` 克隆已认证设备的 MAC 地址（高级用户）

#### 4.11 缓存预热（Warm-up）
- 命令行手动预热指定目录
- 按时间范围预热（如"最近 7 天新增的文件"）
- 定时预热任务（如每天凌晨自动拉取最新数据）
- 预热进度显示

#### 4.12 管理工具（CLI）
- `warpgate status` — 查看服务状态、缓存使用量、SD 上传队列、当前带宽限速
- `warpgate cache-list` — 列出缓存中的文件
- `warpgate cache-clean` — 清理缓存
- `warpgate warmup` — 手动预热
- `warpgate bwlimit` — 动态调整带宽限制
- `warpgate ingest` — 手动触发 SD 卡导入
- `warpgate verify` — 双卡校验
- `warpgate log` — 查看实时日志
- `warpgate speed-test` — 链路速度测试
- `warpgate setup-wifi` — 手动进入配网模式
- `warpgate clone-mac <MAC>` — 克隆指定设备的 MAC 地址

#### 4.13 带宽管理
- 支持上传（SD 导入上传）/下载（缓存拉取）分别限速
- 运行时动态调整限速（不重启服务）
- SD 上传带宽不影响读取体验
- **自适应限速（Adaptive Throttle）**：基于吞吐量观测自动降速，避免 SD 上传占满链路
  - 监控上传吞吐量的滑动窗口（如最近 30s 平均值），当吞吐持续下降超过阈值时判定链路拥塞
  - 拥塞时自动降速，释放带宽给读取和其他流量
  - 每隔一段时间小幅探测提速
  - throttle 状态通过 `warpgate status` 实时可见
  - 用户可通过 `BW_ADAPTIVE` 配置关闭自适应限速
  - 自适应限速**仅控制 SD 上传**，不影响缓存读取拉取

#### 4.14 连接容错
- Tailscale 断连时自动重试
- 已缓存的文件在离线时仍可正常读取
- SD 上传队列在恢复连接后自动续传
- 连接超时参数可配置

### P2（后续迭代）

#### 4.16 WiFi AP 现场共享

盒子内置 WiFi 模块开启持久热点，现场团队设备连上即可通过 SMB/WebDAV 访问缓存目录。与 4.10 配网模式的区别：配网 AP 是临时的（完成配网后关闭），本功能是持久的团队共享热点。

- 支持 AP 模式，复用已有的 SMB/WebDAV 多协议服务
- AP 网络与 Tailscale/WAN 网络隔离（安全考虑）
- AP 模式下仍可同时通过有线/4G 连接 Tailscale 做后台 SD 上传
- **硬件要求**：需要两个独立网络接口——WiFi 模块用于 AP 热点，有线/USB 4G 网卡用于 WAN/Tailscale 连接。一体机硬件设计需预留双网卡
- 典型场景：婚礼现场摄影师导入 SD 卡后，助理 iPad 连上 WiFi 即可浏览选片

#### 4.17 Web 管理界面
- 缓存状态仪表盘（大小、命中率、SD 上传队列、带宽趋势图）
- 缓存文件浏览器（查看/手动清除/手动预热）
- 配置修改界面（参数调整无需编辑配置文件）
- SD 导入历史浏览
- 实时日志查看器

#### 4.18 NAS 侧 Agent 推送（可选增强）
- 在 NAS 上运行轻量 Agent（Docker 容器），监听文件变化主动推送给 Proxy
- 实现秒级远程变更感知（替代分钟级轮询）
- 不依赖品牌 API，基于 inotify 通用方案

#### 4.19 多 NAS / 多目录支持
- 同时连接多个远程 NAS（如家里 + 工作室）
- 每个 NAS 独立共享名，独立缓存策略
- 每个共享可配置不同的缓存大小和保留时间

#### 4.20 智能缓存策略
- 根据文件类型自动调整策略：
  - `.lrcat` / `.xmp`（Lightroom catalog/sidecar）→ 高缓存优先级
  - `.CR3` / `.ARW` / `.NEF`（RAW 照片）→ 大块预读，长缓存保留
  - `.mp4` / `.mov`（视频）→ 顺序预读优化
  - `.psd` / `.ai`（设计文件）→ 完整缓存，避免分块导致的兼容问题
- 基于访问频率自动调整缓存优先级（热数据不被淘汰）

#### 4.21 Docker 镜像
- 一行命令启动：`docker run -v /mnt/ssd:/cache warpgate`
- docker-compose 配置
- 支持环境变量或挂载配置文件

#### 4.22 通知机制
- SD 上传失败告警（Webhook / Telegram / 邮件）
- 缓存空间不足告警
- NAS 离线告警
- SD 导入完成 / 上传完成通知（可选）

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## 五、数据一致性模型

### 5.1 设计目标

采用**只读缓存 + 单向上传**模型，两个功能完全独立。具体承诺：

1. 远程 NAS 上的变更会在可控时间内被 Proxy 感知并更新本地缓存（后台轮询）
2. 已缓存的文件在离线时仍可正常访问
3. SD 卡导入的文件最终会上传到远程 NAS（SD Uploader 异步上传 + 断电恢复靠 SSD 持久化暂存文件）
4. **无写冲突**：缓存只读，不存在本地修改与远程变更冲突的可能

### 5.2 设计讨论与决策过程

#### 问题 A：为什么选择只读缓存而非读写缓存？

**讨论**：最初设计了 OverlayFS + sync daemon 的读写缓存方案（本地写入 → 异步回写 NAS），但面临大量边界场景：
- 写冲突检测（本地改了文件 + NAS 也被别人改了）
- mtime 精度不一致导致误判
- 断电后脏文件恢复
- TOCTOU 竞态条件
- 远程删除后脏文件复活

**最终决策**：只读缓存 + 单向上传。理由：
- 摄影师核心工作流是「浏览/粗选 RAW」（只读）+ 「SD 卡导入」（单向），不需要通过缓存写回 NAS
- Lightroom 编辑参数存在本地 catalog（.lrcat），不修改 RAW 文件本身
- 只读缓存消灭了所有写冲突、脏文件、回写等复杂性
- SD 导入是纯新文件的单向上传，不存在冲突
- 写回能力可以作为 v2.0 按需加入

> **MVP 部署建议**：**建议**缓存盘使用 btrfs 或 ZFS 文件系统（CoW + checksum 保护断电一致性）。部署脚本应检测并警告非 CoW 文件系统。

#### 问题 B：SD 导入上传中断怎么办？

**讨论**：SD 卡导入后文件暂存在 SSD 上等待上传到 NAS。上传过程中可能断电、断网、进程崩溃。

**决策**：
- 暂存文件持久化在 SSD 上，重启后 SD Uploader 扫描暂存目录自动继续上传
- 上传到 NAS 时使用临时文件名（`.warpgate-tmp-<hash>`），完成后 rename 为最终文件名，避免 NAS 上出现不完整文件
- 上传成功后清理暂存文件，可选 `vfs/forget` 刷新缓存使新文件可见

### 5.3 一致性模型（只读缓存 + 单向上传）

架构分为两个完全独立的子系统：

```
只读缓存路径：应用 → Samba/NFS（只读） → rclone FUSE 挂载 → SSD 缓存 ← SFTP 从 NAS 按需拉取
SD 上传路径：  SD 卡 → ingest_staging/（SSD 暂存） → SD Uploader → SFTP 直传 NAS
```

**只读缓存**：
- rclone 以 `--read-only --vfs-cache-mode full` 挂载，Samba/NFS 以只读模式共享
- 所有缓存文件都是 clean 的（与远程一致），rclone 自由管理 LRU 淘汰
- 后台轮询检测远程变更 → `vfs/forget` 通知 rclone 刷新 → 下次访问拿到最新版本
- 无脏文件、无回写、无冲突 —— **零数据一致性风险**

**SD 单向上传**：
- SD Uploader 是独立进程，与缓存系统无交互
- 从 `ingest_staging/` 扫描待上传文件 → SFTP 上传到 NAS（临时文件名 + rename）
- 上传失败自动重试（指数退避），断电重启后扫描暂存目录继续上传
- 上传成功后清理暂存文件，可选 `vfs/forget` 刷新缓存使新文件可见
- **无冲突**：SD 导入的都是新文件，NAS 上不存在同名文件时直接创建；已存在时跳过（import_history 去重已在导入阶段处理）

**缓存淘汰**：rclone 由 `--vfs-cache-max-size` 和 `--vfs-cache-max-age` 控制 LRU 淘汰，所有缓存文件均可安全淘汰。

### 5.4 读取时的缓存验证

缓存为只读，所有文件都是 clean 的，验证逻辑非常简单：

| 远程状态 | 缓存行为 |
|---|---|
| 远程没变 | ✅ 直接用缓存 |
| 远程被修改 | 🔄 轮询发现变化 → `vfs/forget` → rclone 下次访问时拉新版本 |
| 远程被删除 | 🗑️ 轮询发现变化 → `vfs/forget` → rclone 刷新后文件消失 |

**注意**：读取热路径上**不查远程**（不产生网络请求），直接返回缓存。远程变更由后台轮询线程定期发现（见第六章）。

### 5.5 关键场景走查

#### 场景 1：Cache 关机几天，NAS 上文件被修改

```mermaid
flowchart TD
    D1["Day 1: Cache 缓存 photo.cr3 (clean)"] --> Off["Day 1: Cache 关机"]
    Off --> D3["Day 3: NAS 上 photo.cr3 被修改"]
    D3 --> D5["Day 5: Cache 开机<br/>rclone 启动，轮询线程开始"]
    D5 --> Detect["轮询发现目录 mtime 变化"]
    Detect --> Forget["vfs/forget → rclone 缓存失效"]
    Forget --> Access["用户访问时 rclone 自动拉新版本"]
    Access --> Result["✅ 用户读到 NAS 最新版本"]
```

#### 场景 2：NAS 删了文件

```mermaid
flowchart TD
    D1["Day 1: Cache 缓存 photo.cr3 (clean)"]
    D1 --> D3["Day 3: NAS 上删除 photo.cr3"]
    D3 --> Poll["轮询检测到远程目录变化"]
    Poll --> Forget["vfs/forget → rclone 刷新"]
    Forget --> Gone["rclone 缓存自动消失"]
    Gone --> Result["✅ 本地缓存与远程保持一致"]
```

#### 场景 3：SD 卡导入 + 上传到 NAS（最常见 happy path）

```mermaid
flowchart TD
    Insert["摄影师插入 SD 卡"] --> Detect["检测到卡，按按钮触发导入"]
    Detect --> Copy["复制到 ingest_staging/<br/>计算 SHA-256"]
    Copy --> Dedup["查 import_history → 无重复"]
    Dedup --> Record["记录 import_history"]
    Record --> Upload["SD Uploader 通过 SFTP<br/>上传到 NAS（临时文件 + rename）"]
    Upload --> Clean["清理暂存文件<br/>vfs/forget 刷新缓存"]
    Clean --> Result["✅ 文件安全到达 NAS<br/>缓存中可见新文件"]
```

#### 场景 4：SD 导入后离线，后续上传

```mermaid
flowchart TD
    Insert["外拍现场，无网络"] --> Import["SD 卡导入到暂存目录<br/>文件安全存在 SSD 上"]
    Import --> Queue["SD Uploader 发现无网络<br/>上传排队等待"]
    Queue --> Hotel["回到酒店，网络恢复"]
    Hotel --> Resume["SD Uploader 自动续传<br/>逐文件上传到 NAS"]
    Resume --> Result["✅ 无需人工干预"]
```

### 5.6 元数据持久化（metadata DB）

metadata.db 用于 **SD 卡导入去重**（import_history）和**远程变更轮询**（dir_snapshots）。使用 SQLite 存储。只读缓存不需要额外状态数据库——rclone 内部管理所有缓存状态。

#### 5.6.1 设计讨论：metadata DB 应该包含什么？

**问题**：metadata DB 需要存 NAS 侧的所有文件元数据吗？

**分析**：NAS 上可能有几十万甚至上百万文件，但用户一次出差实际访问的可能只有几百到几千个。如果全量存储 NAS 文件元数据，会带来几个问题：

- 初始化成本高——首次使用需要递归扫描整个 NAS 目录树
- 存储浪费——大量从未访问的文件元数据没有价值
- 同步负担重——需要持续维护全量数据的一致性

**结论**：metadata DB **只管辅助功能**（轮询和导入去重），不存文件级缓存状态。缓存状态完全由 rclone 内部管理。

**怎么检测远程文件被删了？**

rclone 自动处理，不需要数据库：

假设目录 `/2026/02/` 下有 200 张照片，用户只缓存了 3 张。

场景 A：NAS 上 IMG_0050.cr3 被删了（从未缓存过）
→ 跟缓存无关，不处理 ✅

场景 B：NAS 上 IMG_0001.cr3 被删了（缓存过）
→ 轮询发现目录变化 → `vfs/forget` → rclone 刷新 → 缓存文件消失 ✅

场景 C：NAS 上 IMG_0050.cr3 被修改了（缓存过）
→ 轮询发现目录变化 → `vfs/forget` → rclone 刷新 → 下次读取拿到新版本 ✅

**最终决策**：

| 表 | 用途 | 理由 |
|---|---|---|
| dir_snapshots | 轮询目录 mtime 快检 | 记住上次轮询时目录的 mtime，判断是否变化 |
| import_history | SD 导入去重 | 持久记录历史导入，防止重复导入 |

#### 5.6.2 缓存目录结构

```
/mnt/ssd/warpgate/
├── rclone-cache/                 # rclone VFS 内部缓存目录（rclone 自动管理）
│   └── vfs/
│       └── photos/
│           └── 2026/02/
│               └── IMG_0001.cr3  # 远程拉取缓存
├── metadata.db                   # SQLite 元数据库（WAL 模式，详见 5.6.7）
└── ingest_staging/               # SD 卡导入暂存目录（导入状态机使用，详见 5.8）
    └── <session-id>/            # 每次导入会话独立目录
```

**挂载关系**：
```bash
# rclone 只读 FUSE 挂载（= Samba/NFS 共享的根目录）
rclone mount remote:photos /mnt/nas-photos \
  --read-only \
  --vfs-cache-mode full \
  --vfs-cache-max-size ${CACHE_MAX_SIZE} \
  --vfs-cache-max-age ${CACHE_MAX_AGE} \
  --cache-dir /mnt/ssd/warpgate/rclone-cache \
  --rc

# Samba 配置（只读）
# [nas-photos]
#     path = /mnt/nas-photos
#     read only = yes
```

**重要**：
- `rclone-cache/` 由 rclone 内部管理，外部进程**不得直接操作**
- `ingest_staging/` 由 SD 导入进程管理，SD Uploader 从此目录读取待上传文件
- Samba/NFS 直接服务于 rclone FUSE 挂载点 `/mnt/nas-photos`

#### 5.6.3 表结构定义

**表 1：dir_snapshots — 目录级轮询快照**

用于分层轮询的"目录 mtime 快检"。只记录被缓存文件所在的目录，不是 NAS 全量目录。

```sql
CREATE TABLE dir_snapshots (
    dir_path        TEXT PRIMARY KEY,    -- 目录相对路径，如 /2026/02/
    remote_mtime    INTEGER,            -- 上次轮询时远程目录的 mtime
                                        -- NULL 表示 SD 卡导入创建的目录，远程尚不存在
    last_polled     INTEGER NOT NULL,    -- 上次轮询时间
    last_accessed   INTEGER NOT NULL     -- 目录最后被访问时间（决定热/温/冷分级）
);
```

生命周期：

```
某目录下的文件首次被缓存    → INSERT
SD 卡导入上传到新目录        → INSERT（SD Uploader 上传完成后，remote_mtime 为上传后 stat 的值）
轮询时目录 mtime 没变       → UPDATE last_polled
轮询时目录 mtime 变了       → UPDATE remote_mtime，触发 vfs/forget 刷新缓存
目录下已无缓存文件          → DELETE（可选）
```

**表 1b：dir_file_list — 目录文件列表快照（后续增强）**

MVP 阶段不需要。后续加入后，记录被关心目录下的全部远程文件，支持精确变更类型识别和智能预热。

```sql
CREATE TABLE dir_file_list (
    dir_path        TEXT NOT NULL,       -- 所属目录
    file_name       TEXT NOT NULL,       -- 文件名
    remote_mtime    INTEGER NOT NULL,    -- 上次已知的远程 mtime
    remote_size     INTEGER NOT NULL,    -- 上次已知的远程文件大小
    snapshot_time   INTEGER NOT NULL,    -- 快照时间
    PRIMARY KEY (dir_path, file_name)
);

CREATE INDEX idx_dir ON dir_file_list(dir_path);
```

#### 5.6.4 导入历史表（重复检测用）

**问题**：重复文件检测不能只看当前暂存目录内容——已上传到 NAS 并从暂存区清理的文件，再次导入同一张 SD 卡时无法检测到重复。

**解决方案**：import_history 持久表，记录所有历史导入记录，永不删除。

```sql
CREATE TABLE import_history (
    id              INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    original_path   TEXT NOT NULL,       -- SD 卡上的原始路径
    target_path     TEXT NOT NULL,       -- 上传到 NAS 的目标路径
    file_size       INTEGER NOT NULL,    -- 文件大小
    checksum        TEXT NOT NULL,       -- SHA-256 校验和
    source_device   TEXT,               -- SD 卡设备标识（如序列号）
    imported_at     INTEGER NOT NULL,    -- 导入时间
    uploaded_at     INTEGER,            -- 上传到 NAS 的时间（NULL=未上传）
    state           TEXT NOT NULL        -- imported / uploaded / failed
);

CREATE INDEX idx_checksum ON import_history(checksum);
CREATE INDEX idx_original_path ON import_history(original_path, file_size);
```

重复检测流程：
```
导入文件前 → 计算 checksum
  → 查 import_history WHERE checksum = ? AND file_size = ?
  → 命中 → 跳过该文件，标记为"已导入过"
  → 未命中 → 执行导入
```

#### 5.6.5 MVP 表结构关系与数据规模

```mermaid
erDiagram
    dir_snapshots {
        TEXT dir_path PK "如 /2026/02/"
        INTEGER remote_mtime
        INTEGER last_polled
        INTEGER last_accessed
    }

    import_history {
        INTEGER id PK "独立于缓存生命周期"
        TEXT original_path
        TEXT target_path
        TEXT checksum "持续累积，永久保留"
        TEXT state "imported/uploaded/failed"
    }
```

两张核心表。只读缓存不需要额外的文件状态数据库——rclone 内部管理所有缓存状态。后续可选增加 dir_file_list（精确变更检测）。

数据规模估算：

| 表 | 记录范围 | 预估行数 | 存储开销 |
|---|---|---|---|
| dir_snapshots | 有缓存文件的目录 | ~50 | ~5 KB |
| import_history | 所有历史导入记录（持续累积） | ~5,000 | ~500 KB |
| **总计** | | | **< 1 MB** |

#### 5.6.6 远程变更检测

后台轮询线程通过 dir_snapshots 表实现分层轮询（热/温/冷目录区分访问频率）。发现目录 mtime 变化后：
1. `vfs/forget` 通知 rclone 清除该目录的缓存元数据
2. rclone 下次访问该目录时自动从远程重新读取（删除的文件消失，修改的文件 mtime 更新，新增的文件出现）

**不需要逐文件对比数据库记录**——rclone 的 `vfs/forget` + 自动重新拉取机制覆盖所有远程变更场景。

#### 5.6.7 SQLite 并发访问策略

metadata.db 会被多个进程/线程并发访问：轮询线程（读写 dir_snapshots）、SD 卡导入进程（读写 import_history）、SD Uploader（更新 import_history 状态）、CLI 管理工具（只读查询）。

**要求**：metadata.db 必须存放在**本地文件系统**（SSD 的 ext4/btrfs/ZFS）上，**严禁放在 rclone FUSE 挂载目录中**。SQLite WAL 依赖 POSIX 文件锁和共享内存（`-shm` 文件），FUSE/网络文件系统无法正确支持这些语义，会导致数据库损坏。

metadata.db 必须以 **WAL（Write-Ahead Logging）模式**运行：

```sql
PRAGMA journal_mode=WAL;
PRAGMA busy_timeout=5000;  -- 锁等待超时 5 秒
```

WAL 模式的优势：
- 读操作不阻塞写操作，写操作不阻塞读操作
- 多个进程可以同时读取，只有写入互斥
- 适合"多读少写"的缓存元数据场景

所有访问 metadata.db 的进程必须使用同一个 WAL 模式配置。部署脚本在初始化数据库时自动设置。

### 5.7 SD 卡导入与上传

SD 卡导入和上传是**独立于缓存系统的单向管道**：SD 卡 → SSD 暂存 → SFTP 上传 NAS。

**实现要点**：
1. SD 卡导入进程将文件复制到 `ingest_staging/<session-id>/` 暂存目录并计算 checksum
2. 查 import_history 去重，校验通过后记录导入历史
3. SD Uploader 独立进程扫描 `ingest_staging/` 中已校验完成的文件
4. 通过 SFTP 上传到 NAS 目标路径（临时文件名 `.warpgate-tmp-<hash>` → rename 为最终文件名）
5. 上传成功后更新 import_history 状态 + 清理暂存文件 + 可选 `vfs/forget` 刷新缓存

**性能优势**：导入直接写入 SSD 本地文件系统，无 FUSE 开销。导入速度取决于 SD 卡读取速度和 SSD 写入速度，通常可达 100MB/s+。上传带宽独立于缓存读取带宽。

### 5.8 SD 卡导入状态机（中断保护）

**问题**：SD 卡导入过程中可能发生中断（卡被拔出、电池耗尽、进程崩溃）。部分复制的文件不应进入上传队列。

**解决方案**：导入过程维护严格的状态机，只有完整校验通过的文件才进入上传队列。

```mermaid
stateDiagram-v2
    [*] --> detecting: SD 卡插入
    detecting --> copying: 列出文件清单
    copying --> checksumming: 复制到 ingest_staging/
    checksumming --> registered: SHA-256 校验通过 +<br/>写入 import_history
    registered --> uploading: SD Uploader 开始上传
    uploading --> complete: SFTP 上传成功 +<br/>清理暂存文件
    complete --> [*]

    note right of detecting: 中断 → 清理 staging 临时文件
    note right of copying: 中断 → 清理 staging 临时文件
    note right of checksumming: 中断 → 清理不完整文件
    note right of registered: 中断 → 文件在暂存区 + DB<br/>重启后 SD Uploader 继续上传
    note right of uploading: 中断 → NAS 上临时文件<br/>重启后重新上传覆盖
```

**中断保护**：每个导入会话有唯一 `session_id`。`detecting`/`copying`/`checksumming` 阶段中断时，`ingest_staging/` 中的临时文件在下次启动时自动清理。`registered`/`uploading` 阶段中断时文件安全在暂存目录中，SD Uploader 重启后扫描暂存目录继续上传。NAS 上的临时文件名（`.warpgate-tmp-<hash>`）确保不完整上传不会被当作正常文件。

**实现要点**：
- 暂存目录 `ingest_staging/<session-id>/` 按导入会话隔离
- SD Uploader 启动时扫描 `ingest_staging/`，清理未完成校验的会话，续传已校验的文件
- 导入进度持久化到 `ingest_sessions` 表或简单的 JSON 文件，支持断点续传

---

## 六、远程变更检测机制

### 6.1 设计约束

**不依赖任何 NAS 品牌特有 API**。产品需要支持群晖、QNAP、威联通、TrueNAS 等任意品牌 NAS，因此只能基于标准 SFTP 协议实现。

### 6.2 SFTP 协议的能力边界（设计讨论）

**问题**：远程 NAS 上数据更新了，Cache 怎么知道？能否实时感知？

**讨论**：SFTP 协议本身**没有任何通知/推送/订阅机制**。它是无状态的文件传输协议，不支持 inotify、webhook、filesystem watch 等概念。每次想知道远程状态，必须主动发请求查询。

**考虑过的方案**：

| 方案 | 原理 | 实时性 | 品牌依赖 | 取舍 |
|------|------|--------|----------|------|
| SFTP 全量轮询 | 递归 ls 对比 mtime | 分钟级 | 无 | 文件多时开销大 |
| SFTP 分层轮询 | 先查目录 mtime，变了再查文件 | 分钟级 | 无 | 高效，推荐 |
| 群晖 FileStation API | 调 DSM Web API | 秒级 | 仅群晖 | ❌ 不通用 |
| NAS 侧 Agent 推送 | inotifywait → HTTP 通知 | 秒级 | 无 | 需要 NAS 装软件 |

**最终决策**：

- **P0（MVP）**：SFTP 分层轮询，零额外依赖
- **P2（后续）**：可选的 NAS 侧 Agent 推送，作为增强项给需要秒级同步的用户

### 6.3 分层轮询策略

核心优化思路：**SFTP 目录本身也有 mtime**。当目录下有文件新增/修改/删除时，目录的 mtime 会更新。因此可以先查目录 mtime（一个 stat 请求），没变就跳过整个目录下所有文件的检查，大幅减少远程请求量。

```mermaid
flowchart TD
    Start["轮询触发"] --> L3{"第三层：热度分级<br/>决定轮询间隔"}
    L3 -->|"热目录（7天内访问）<br/>每 30s"| L1
    L3 -->|"温目录（7-30天）<br/>每 5m"| L1
    L3 -->|"冷目录（30天+）<br/>每 1h"| L1

    L1["第一层：目录 mtime 快检<br/>SFTP stat 查目录 mtime<br/>（每目录 1 个请求）"]
    L1 -->|"mtime 没变"| Skip["跳过该目录 ✅<br/>所有文件一定没变"]
    L1 -->|"mtime 变了"| L2

    L2["第二层：文件级 mtime 对比<br/>SFTP ls -l 该目录"]
    L2 --> Changed["发现变化 → 标记缓存失效<br/>（等访问时再拉）"]
    L2 --> Del["发现删除 → 清理本地缓存"]
    L2 --> New["远程新增 → 不处理"]

    L4["第四层：每日全量校对（兜底）<br/>凌晨全量递归对比<br/>捕捉遗漏 + 清理过期条目"]
```

轮询伪代码（MVP）：

```
# watched_directories = SELECT dir_path FROM dir_snapshots
# 按热度分级决定轮询间隔（热 30s / 温 5m / 冷 1h）

for dir in watched_directories:
    if now - dir.last_polled < poll_interval_for(dir):
        continue  # 还没到该目录的轮询时间

    # 第一层：目录 mtime 快检（1 个 SFTP stat 请求）
    dir_mtime = sftp_stat(dir.dir_path).mtime
    if dir_mtime == dir.remote_mtime:
        UPDATE dir_snapshots SET last_polled = now WHERE dir_path = dir.dir_path
        continue  # 目录没变，跳过 ✅

    # 第二层：目录变了 → 通知 rclone 刷新缓存
    rclone_rc("vfs/forget", dir=dir.dir_path)   # 清除 rclone 目录缓存
    # rclone 下次访问时自动从远程重新读取：
    #   - 远程删除的文件 → rclone 缓存消失 → 文件不再可见
    #   - 远程修改的文件 → rclone 下次访问时拉新版本
    #   - 远程新增的文件 → rclone 下次访问目录时可见
    log_info(f"Remote directory changed: {dir.dir_path}, rclone cache invalidated")

    # 更新目录快照
    UPDATE dir_snapshots SET remote_mtime = dir_mtime, last_polled = now
    WHERE dir_path = dir.dir_path
```

### 6.4 后续增强：NAS 侧 Agent 推送（P2）

对于需要秒级同步的用户，可选在 NAS 上部署轻量 Agent（Docker 容器），通过 inotify 监听变化并推送：

```mermaid
flowchart LR
    subgraph NAS ["群晖 NAS"]
        Agent["inotifywait 监听文件变化<br/>(Docker 容器)"]
    end

    subgraph Proxy ["Linux Proxy"]
        HTTP["HTTP 接收端<br/>触发缓存刷新"]
    end

    Agent -- "轻量 HTTP POST<br/>(via Tailscale)" --> HTTP
```

此方案作为分层轮询的增强，不是替代。即使 Agent 不可用，轮询机制仍然工作。

---

## 七、缓存行为详细描述

### 7.1 读取流程

```mermaid
flowchart TD
    App["应用请求读取文件"] --> Samba["① Samba/NFS（只读）"]
    Samba --> FUSE["② rclone FUSE 挂载"]
    FUSE -->|"缓存命中"| Return["直接返回缓存<br/>（SSD 速度）"]
    FUSE -->|"缓存未命中"| Remote["③ rclone 从远程 NAS 拉取"]
    FUSE -->|"缓存已过期"| Refresh["④ rclone 检查远程 mtime<br/>变了则重新拉取"]

    Remote --> Chunk["⑤ 按 chunk 分块下载"]
    Chunk --> Cache["⑥ 缓存到 SSD"]
    Cache --> ReturnData["⑦ 返回数据给应用"]
    Refresh --> ReturnData
```

**设计要点**：

- 读取热路径上**不查远程**（不产生网络请求），直接返回缓存，保证响应速度
- 目录缓存通过 rclone `--dir-cache-time` 控制过期刷新
- 后台轮询线程通过 `vfs/forget` 主动刷新已知变化的目录

### 7.2 SD 导入上传流程

```mermaid
flowchart TD
    SD["① SD 卡插入 → 导入到暂存目录<br/>（SHA-256 校验 + import_history 去重）"]
    SD --> Staging["② 文件安全存在 ingest_staging/<br/>（SSD 本地目录）"]
    Staging --> Scan["③ SD Uploader 扫描暂存目录"]
    Scan --> Upload["④ SFTP 上传到 NAS<br/>（临时文件名 → rename）"]

    Upload -->|"上传成功"| Clean["⑤ 更新 import_history<br/>清理暂存文件<br/>vfs/forget 刷新缓存"]
    Upload -->|"上传失败"| Retry["⑤ 自动重试<br/>（指数退避）"]
    Upload -->|"网络不可用"| Queue["⑤ 排队等待<br/>网络恢复后自动续传"]
    Retry --> Upload
    Queue --> Upload
```

### 7.3 缓存淘汰策略

缓存全部由 rclone 管理，所有文件都是 clean 的（与远程一致），可安全淘汰：

- `--vfs-cache-max-size`：缓存总大小上限，超出时按 LRU 淘汰
- `--vfs-cache-max-age`：缓存最大保留时间
- rclone 自行管理淘汰，无需外部干预
- 无脏文件 → 不存在「不能淘汰」的场景 → 缓存空间管理极简

#### 7.3.1 SD 导入暂存空间保护

**问题**：SD 卡导入的暂存文件占用 SSD 空间，等待上传到 NAS。离线时暂存文件会累积。

**保护措施**：

1. **导入前空间预检**：估算 SD 卡总数据量，检查 SSD 可用空间（扣除缓存 + `CACHE_MIN_FREE`），空间不足时拒绝导入并通知用户（LED 红灯 + CLI 提示），建议先连网上传或清理
2. **配置验证**（部署时）：`INGEST_MAX_IMPORT_SIZE + CACHE_MIN_FREE < SSD 总容量 - CACHE_MAX_SIZE`，不满足时部署脚本报警告

### 7.4 离线行为

| 场景 | 行为 |
|------|------|
| 远程不可达，读取已缓存文件 | 正常返回，无影响 |
| 远程不可达，读取未缓存文件 | 超时报错（可配置超时时间） |
| 远程不可达，SD 卡导入 | 正常导入到暂存目录，上传排队等待网络恢复 |
| 远程不可达，后台轮询 | 静默跳过，不报错，下次重试 |
| 恢复连接后 | SD Uploader 自动续传 + 立即触发一轮轮询 |

---

## 八、配置参数清单

### 连接配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 建议值 |
|------|------|--------|--------|
| `NAS_HOST` | 远程 NAS 的 Tailscale IP | - | `100.x.x.x` |
| `NAS_USER` | SFTP 用户名 | - | - |
| `NAS_PASS` / `NAS_KEY_FILE` | 认证信息 | - | 建议密钥 |
| `NAS_REMOTE_PATH` | NAS 上的目标路径 | - | `/volume1/photos` |
| `SFTP_PORT` | SFTP 端口 | `22` | `22` |
| `SFTP_CONNECTIONS` | SFTP 连接复用数 | `8` | `4-16` |

### 缓存配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 建议值 |
|------|------|--------|--------|
| `CACHE_DIR` | 缓存存储路径 | - | SSD 路径，建议 btrfs/ZFS |
| `CACHE_MAX_SIZE` | 缓存大小上限 | `200G` | SSD 容量的 70-80% |
| `CACHE_MAX_AGE` | 缓存最大保留时间 | `720h`（30天） | 按使用习惯 |
| `CACHE_MIN_FREE` | 缓存盘最低可用空间 | `10G` | `10-20G` |

### 读取优化

| 参数 | 说明 | 默认值 | 场景建议 |
|------|------|--------|----------|
| `READ_CHUNK_SIZE` | 分块读取大小 | `256M` | RAW 照片: `256M`，视频: `512M`，文档: `64M` |
| `READ_CHUNK_LIMIT` | chunk 自动增长上限 | `1G` | - |
| `READ_AHEAD` | 预读缓冲区 | `512M` | 视频场景可加到 `1G` |
| `BUFFER_SIZE` | 内存缓冲区 | `256M` | - |

### 带宽配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 场景建议 |
|------|------|--------|----------|
| `UPLOAD_TRANSFERS` | SD 上传并发线程 | `4` | 带宽小就设 `2` |
| `BW_LIMIT_UP` | SD 上传限速上限 | `0`（不限） | 酒店 WiFi 建议 `10-20M` |
| `BW_LIMIT_DOWN` | 缓存拉取下载限速 | `0`（不限） | 一般不限 |
| `BW_ADAPTIVE` | 自适应上传限速开关 | `yes` | `yes`=根据吞吐量自动降速，`no`=纯手动 |

### 目录缓存与轮询

| 参数 | 说明 | 默认值 | 场景建议 |
|------|------|--------|----------|
| `DIR_CACHE_TIME` | 目录列表缓存时间 | `1h` | 个人: `1-2h`，协作: `5-15m` |
| `POLL_HOT_INTERVAL` | 热目录轮询间隔（7天内有访问） | `30s` | - |
| `POLL_WARM_INTERVAL` | 温目录轮询间隔（7-30天内访问） | `5m` | - |
| `POLL_COLD_INTERVAL` | 冷目录轮询间隔（30天+未访问） | `1h` | - |
| `FULL_SYNC_SCHEDULE` | 每日全量校对时间 | `03:00` | 凌晨低峰期 |

### 多协议配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 建议值 |
|------|------|--------|--------|
| `ENABLE_SMB` | 启用 SMB 共享 | `yes` | `yes` |
| `ENABLE_NFS` | 启用 NFS 导出 | `no` | 有 Linux 客户端时开启 |
| `ENABLE_WEBDAV` | 启用 WebDAV 服务 | `no` | 有移动端需求时开启 |
| `NFS_ALLOWED_NETWORK` | NFS 允许访问的网段 | `192.168.0.0/24` | 按实际局域网设置 |
| `WEBDAV_PORT` | WebDAV 监听端口 | `8080` | - |

### SD 卡导入配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 建议值 |
|------|------|--------|--------|
| `INGEST_MAX_IMPORT_SIZE` | 单次导入预留空间上限 | `256G` | 按最大 SD 卡容量设置 |
| `INGEST_AUTO` | 插卡后自动导入 | `no` | 需按按钮确认 |
| `INGEST_TARGET_PATH` | 导入到 NAS 的目标路径模板 | `/{year}/{month}/{date}/` | 按个人习惯，变量从 INGEST_DATE_SOURCE 确定 |
| `INGEST_DATE_SOURCE` | 路径模板中日期变量的来源 | `exif` | `exif`=EXIF拍摄日期（回退到mtime），`mtime`=文件修改时间，`import`=导入时间 |
| `INGEST_DUPLICATE_CHECK` | 重复文件检测（基于文件名+大小+checksum） | `yes` | `yes` |
| `INGEST_DELETE_AFTER` | 导入+校验完成后是否删除卡上数据 | `no` | `no`（安全起见） |
| `INGEST_IO_CLASS` | 导入时的 I/O 调度优先级 | `best-effort:4` | 使用 ionice 设置，避免导入阻塞缓存读取 |

### 配网模式配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 建议值 |
|------|------|--------|--------|
| `SETUP_AP_SSID` | 配网热点名称 | `Warpgate-Setup` | - |
| `SETUP_AP_PASSWORD` | 配网热点密码（空=开放） | 空 | 首次配网建议开放，降低门槛 |
| `SETUP_AP_AUTO` | 无网络时自动进入配网模式 | `yes` | `yes` |
| `SETUP_AP_TIMEOUT` | 配网完成后临时 AP 保持时间 | `5m` | 认证成功后自动关闭 |
| `SETUP_PORTAL_LISTEN` | 配网 Web 服务监听地址 | `192.168.4.1:80` | - |

### WiFi AP 配置

| 参数 | 说明 | 默认值 | 建议值 |
|------|------|--------|--------|
| `AP_ENABLED` | 启用 WiFi 热点 | `no` | 现场共享时开启 |
| `AP_SSID` | 热点名称 | `Warpgate` | - |
| `AP_PASSWORD` | 热点密码 | 随机生成 | 首次配置时设定 |
| `AP_ISOLATION` | AP 网络与 WAN 隔离 | `yes` | `yes` |
| `AP_MAX_CLIENTS` | 最大连接数 | `8` | - |

---

## 九、场景预设（模板）

为降低用户配置门槛，提供开箱即用的预设模板。

### 摄影师模式

```
重点优化：大文件读取性能、RAW 浏览流畅
- CACHE_MAX_SIZE=500G
- READ_CHUNK_SIZE=256M
- READ_AHEAD=512M
- DIR_CACHE_TIME=2h      ← 目录结构不常变
- POLL_HOT_INTERVAL=30s
- UPLOAD_TRANSFERS=4      ← SD 上传并发
- ENABLE_SMB=yes
- ENABLE_NFS=no
- ENABLE_WEBDAV=no
```

### 视频剪辑模式

```
重点优化：顺序读取性能、大文件预读
- CACHE_MAX_SIZE=1T
- READ_CHUNK_SIZE=512M
- READ_AHEAD=1G          ← 大预读保证播放流畅
- DIR_CACHE_TIME=1h
- POLL_HOT_INTERVAL=1m
- UPLOAD_TRANSFERS=2      ← 减少 SD 上传并发，保带宽给播放
- ENABLE_SMB=yes
- ENABLE_NFS=no
- ENABLE_WEBDAV=no
```

### 文档办公模式

```
重点优化：小文件快速响应、频繁感知远程变更
- CACHE_MAX_SIZE=50G
- READ_CHUNK_SIZE=64M
- READ_AHEAD=128M
- DIR_CACHE_TIME=30m     ← 协作场景需要较快看到新文件
- POLL_HOT_INTERVAL=15s  ← 更频繁感知远程变更
- UPLOAD_TRANSFERS=4
- ENABLE_SMB=yes
- ENABLE_NFS=no
- ENABLE_WEBDAV=yes      ← 移动端也能访问
```

---

## 十、部署要求

### 硬件要求（通用 Linux 主机部署）

| 组件 | 最低配置 | 推荐配置 |
|------|----------|----------|
| CPU | ARMv8 / x86_64 任意 | N100 或同级 |
| 内存 | 1 GB | 2-4 GB |
| 缓存盘 | 任意 SSD | NVMe SSD |
| 缓存容量 | 32 GB | 常用数据量的 30%+ |
| 网口 | 100M | 千兆（2.5G 更好） |
| 断电保护 | - | 内置电池或外接 UPS |

### 硬件要求（一体机目标形态）

通用要求之外，一体机额外需要：

| 组件 | 说明 |
|------|------|
| SD 卡槽 | SD / microSD，覆盖大多数相机 |
| CFexpress 槽（可选） | CFexpress Type-B，高端相机用户 |
| USB-A/C 口 | 至少 2 个，用于外接读卡器（XQD 等）或移动硬盘 |
| WiFi 模块 | 支持 **AP+STA 并发模式**（配网必须），建议 WiFi 6 |
| 物理按钮 | 触发 SD 卡导入 / 确认操作 |
| LED 状态指示 | 导入进度 / 完成 / 错误 / 上传状态 |
| 内置电池 | 支持断电保护 + 便携使用 |

**缓存盘文件系统建议**：btrfs 或 ZFS。利用 CoW（Copy-on-Write）和 journal 机制，即使意外断电也能保证文件系统级别的一致性。

```bash
# btrfs 格式化示例
mkfs.btrfs /dev/ssd_partition
mount -o compress=zstd /dev/ssd_partition /mnt/ssd/warpgate
```

### 软件要求

| 组件 | 版本 |
|------|------|
| OS | Ubuntu 22.04+ / Debian 12+ / 任意 Linux |
| rclone | 1.65+（关键参数：`--read-only --vfs-cache-mode full --vfs-cache-max-size {CACHE_MAX_SIZE} --cache-dir {CACHE_DIR}/rclone-cache --rc`）。`--read-only` 确保只读挂载。`--rc` 启用 RC API，供轮询线程调用 `vfs/forget` 刷新目录缓存 |
| Samba | 4.x |
| NFS server | nfs-kernel-server（如启用 NFS） |
| FUSE | 3.x |
| SQLite | 3.x（元数据存储） |
| Tailscale / ZeroTier | 已配置并可连通 NAS |

### NAS 侧要求

| 项目 | 要求 |
|------|------|
| SFTP 服务 | 开启（群晖：控制面板 → 文件服务 → FTP → 勾选 SFTP） |
| 用户权限 | SFTP 用户对目标目录有读写权限 |
| Tailscale | 已安装并登录同一网络 |
| 品牌 | **无限制**，任何支持 SFTP 的 NAS 均可（群晖/QNAP/威联通/TrueNAS/DIY 等） |

---

## 十一、风险与局限

| 风险 | 等级 | 说明 | 缓解措施 |
|------|------|------|----------|
| 首次访问慢 | 固有 | 未缓存文件必须走远程 | 预热功能；分块下载优化 |
| 缓存一致性延迟 | 低 | 远程变更在轮询间隔内不可见 | 分层轮询（热目录 30s）；后续可选 Agent 推送 |
| Tailscale 断连 | 中 | 远程不可达时新文件无法获取 | 已缓存文件仍可用；SD 上传自动排队；恢复后自动续传 |
| 轮询开销 | 低 | 大量文件目录轮询消耗带宽 | 目录 mtime 快检跳过未变目录；热度分级降低冷目录频率 |
| SD 卡导入数据损坏 | 低 | 卡本身坏块导致导入不完整 | 导入时计算 SHA-256 校验和；双卡校验比对 |
| SD 卡导入中断 | 低 | 卡被拔出 / 电池耗尽 / 进程崩溃 | 导入状态机保护（5.8）；未完成文件清理 |
| SD 上传中断 | 低 | 上传过程中断网/断电 | 临时文件名保护 NAS 数据完整；重启后自动续传 |
| 暂存空间耗尽 | 中 | 离线时 SD 导入暂存累积 | 导入前空间预检（7.3.1）|
| 中转服务带宽成本 | 中 | DERP 中继带宽随用户增长上升 | 大部分连接走 P2P 直连；按流量分级限速/计费；初期节点少按需扩容 |
| 云备份存储成本 | 低 | 用户数据增长导致存储费用上升 | 接低价对象存储（B2/R2）；按量计费传导成本；增量备份减少传输量 |
| 酒店 Captive Portal | 中 | Headless 设备无法完成网页认证，旅途场景不可用 | 配网 AP + Portal 代理（4.10）；fallback：USB tethering / 手机热点 / MAC 克隆 |

---

## 十二、后续演进方向

| 阶段 | 内容 | 重点 |
|------|------|------|
| **v1.0 — MVP** | 配置文件 + 部署脚本 + CLI 管理 | SMB 只读共享 + rclone 只读缓存 + 分层轮询 + SD 导入 + SD Uploader 单向上传 NAS |
| **v1.5 — 硬件原型 + P1 功能** | SD 卡导入 + 双卡校验 + 配网模式 + Captive Portal 代理 + LED/按钮交互 + 缓存预热 + 带宽管理 + 连接容错 | 硬件原型开发，P1 功能完善 |
| **v2.0 — 组网服务** | 内置 Headscale + 高速 DERP 节点 + WiFi AP 共享 | 开箱即连 + 现场团队协作 |
| **v2.5 — 容灾 + 附加** | 云端异地备份 + Docker 镜像 + 多协议（NFS/WebDAV）+ NAS 侧 Agent 推送 | 数据安全闭环 + 降低部署门槛 |
| **v3.0 — 硬件产品** | 定制硬件（SSD + 电池 + SD 槽 + WiFi），工业设计，开箱即用 | 产品化，面向非技术用户 |

---

## 十三、付费服务

### 13.1 Headscale + 高速 DERP 中转

**问题**：Tailscale 官方 DERP 是共享资源，跨运营商/跨国时带宽受限。用户自建 DERP 需要有 VPS + 运维能力，门槛高。

**方案**：

```mermaid
flowchart BT
    subgraph infra ["运营基础设施"]
        HS["Headscale<br/>控制面板<br/>(用户管理)"]
        DERP1["DERP 节点<br/>国内 BGP<br/>(低延迟)"]
        DERP2["DERP 节点<br/>香港/日本<br/>(跨境加速)"]
    end

    Box["盒子<br/>开箱即连<br/>(内置配置)"] --> HS
    Box --> DERP1
    NAS_C["NAS 端<br/>自动连接<br/>(安装脚本)"] --> DERP1
    NAS_C --> DERP2
    Travel["出差设备<br/>自动连接<br/>(通过盒子中继)"] --> DERP2
```

**用户体验**：

1. 买盒子 → 开机 → 扫码绑定账号
2. NAS 端运行一行安装脚本，加入用户的 Tailnet
3. 完成。盒子带到任何地方，自动通过最优 DERP 节点连回家
4. 无需了解 Headscale、DERP、WireGuard 等概念

**迁移路径**（避免 vendor lock-in）：
- 盒子底层使用标准 WireGuard 协议，用户可随时切换到自建 Headscale 或官方 Tailscale
- 提供配置导出工具：一键导出 WireGuard 配置、节点列表、DERP 自定义映射
- 如用户不再使用我们的 Headscale 服务，盒子仍可正常工作（手动配置 Tailscale/WireGuard）

**定价思路**：

| 套餐 | 内容 | 参考价 |
|------|------|--------|
| 免费 | Headscale 控制面板 + 1 个基础 DERP 节点（限速） | ¥0 |
| 基础版 | + 多节点智能选路 + 不限速 | ¥15-30/月 |
| 专业版 | + 优先带宽 + 跨境加速节点 + SLA 保证 | ¥50-100/月 |

**成本控制**：

- DERP 中继只在无法打洞直连时使用，大部分 Tailscale 连接是 P2P 直连，中继流量占比通常不高
- 可按实际中继流量动态限速/计费，避免被少数大流量用户拖垮
- 初期节点少（1-2 个），按用户增长逐步扩容

### 13.2 异地容灾备份

**问题**：NAS 在家里是单点故障——硬盘坏、被盗、火灾、水灾都可能导致数据永久丢失。

**方案**：

```mermaid
flowchart TD
    SSD["盒子 SSD 缓存<br/>（热数据子集）"]
    SSD -->|"空闲时段<br/>加密增量备份"| Cloud

    subgraph Cloud ["云存储服务"]
        UX["用户视角: 一键开通，按月付费"]
        Backend["后端: B2 / R2 / MinIO<br/>(~$5/TB/月)"]
        Encrypt["数据加密: 用户本地生成密钥<br/>运营方看不到明文"]
        KeyBackup["密钥备份: 首次设置强制引导<br/>（密钥文件 / 助记词 / 密码管理器）"]
        Sync["增量同步: 只传变化部分"]
        Restore["恢复: 新盒子 → 输入密钥 → 自动拉取"]
    end
```

**与现有架构的关系**：

- 复用 SD Uploader 的思路：本地文件 → 异步上传到云端
- 不同点：备份目标是云端对象存储而非 NAS，且可以备份 NAS 全量数据（不限于缓存过的文件）
- 可以做成两级：
  - **热备份**：盒子 SSD 上缓存过的文件自动备份（几乎零额外成本）
  - **全量备份**：通过以下任一路径从 NAS 全量增量备份到云端：
    - **方案 1（推荐）**：盒子在家局域网时自动执行（高速，零公网带宽消耗）
    - **方案 2**：盒子在外通过 Tailscale 远程执行（速度受限于公网带宽，但保证便携场景也能跑备份）
    - **方案 3（远期）**：在 NAS 侧部署独立的备份 agent（Docker 容器），NAS 直接备份到云端，不依赖盒子在线
  - 便携性说明：盒子的核心场景是带出去用。全量备份不要求盒子必须在家——方案 2 保证在外时也能慢速备份，方案 3 完全解耦盒子和全量备份

**定价思路**：

| 套餐 | 内容 | 参考价 |
|------|------|--------|
| 免费 | 热数据备份（仅缓存过的文件），上限 50GB | ¥0 |
| 基础版 | 全量备份，500GB | ¥15/月 |
| 专业版 | 全量备份，5TB | ¥50/月 |
| 按量 | 超出部分 | ¥10/TB/月 |

---

## 十四、明确不做的方向

| 方向 | 原因 |
|------|------|
| 缩略图/预览生成、Web 相册 | 破坏「透明代理」核心定位，产品本质是协议透传不是数据加工 |
| AI 选片 | 非核心，远期可选 |
| 程序员场景（Git 缓存、Docker 镜像等） | 痛点不够强，已有成熟方案（Git 天然分布式、Codespaces 等） |
| 公网文件分享链接 | 法律风险 + 需求不明确 |
| 多设备 SaaS 管理面板 | 需求不明确，过早 |
| Docker 开放运行环境 | 产品定位发散（注：这里指的是允许用户在盒子上运行任意 Docker 容器，而非 4.21 的"将本产品打包为 Docker 镜像部署"） |

---

## 十五、术语表

| 术语 | 说明 |
|------|------|
| **Warpgate / 盒子** | 本产品——部署在用户身边的 SSD 缓存代理设备 |
| **NAS** | 用户家中的网络存储设备（Network Attached Storage） |
| **VFS** | rclone 的虚拟文件系统层（Virtual File System），将远程存储挂载为本地目录 |
| **FUSE** | 用户空间文件系统（Filesystem in Userspace），Linux 内核机制，允许 rclone 在不修改内核的情况下提供文件系统挂载 |
| **FUSE 挂载点** | rclone 通过 FUSE 暴露的只读本地目录（如 `/mnt/nas-photos`），Samba/NFS 直接服务于此目录 |
| **SD Uploader** | 独立上传进程，将 SD 卡导入的暂存文件通过 SFTP 单向上传到 NAS |
| **ingest_staging** | SD 卡导入暂存目录，文件在此完成校验后等待上传到 NAS |
| **LRU** | 最近最少使用（Least Recently Used），缓存淘汰算法 |
| **SFTP** | SSH 文件传输协议，本产品与 NAS 通信的主要协议 |
| **Tailscale** | 基于 WireGuard 的组网工具，用于建立盒子与 NAS 之间的安全隧道 |
| **Headscale** | Tailscale 控制面板的开源自建实现 |
| **DERP** | Tailscale 的中继服务器（Designated Encrypted Relay for Packets），在无法直连时中转流量 |
| **Ingest / 导入** | SD 卡文件导入到缓存并自动归档到 NAS 的过程 |
| **WAL** | SQLite 的写前日志模式（Write-Ahead Logging），允许并发读写 |
| **Captive Portal** | 强制门户认证，酒店/机场等 WiFi 连接后重定向到网页要求登录的机制 |
| **AP+STA 并发** | WiFi 模块同时作为热点（AP）和连接外部网络（STA）的工作模式 |