Das Erstellen eines Raspberry Pi-Clusters ist eine unterhaltsame Möglichkeit, ein tieferes Verständnis von Computer- und Serversystemen zu erlangen. Aber was ist ein Raspberry Pi-Cluster, wie erstellt man einen und wofür kann man ihn verwenden, wenn der Build abgeschlossen ist?
Was ist ein Raspberry Pi-Cluster?
Das Hosten von Websites, das Analysieren dichter Datenmengen und das Rendern von digitalem Videomaterial sind nur einige Beispiele für Rechenaufgaben, die viel Rechenleistung erfordern. Und die Nachfrage nach dieser Leistung wächst stetig.
Die Bereitstellung ausreichender Ressourcen, um die Anforderungen solcher Aufgaben zu erfüllen, kann entweder vertikal oder horizontal erreicht werden. Für vertikales Wachstum wird ein einzelner Computer optimiert, um so viel Rechenleistung wie möglich zu produzieren. Dies steht im Gegensatz zum horizontalen Wachstum, bei dem dem System zusätzliche Computer hinzugefügt werden.
Raspberry Pi-Rechencluster sind ein Beispiel für horizontale Systemoptimierung. Ein Raspberry Pi fungiert als Haupteinheit, die Anweisungen an eine Sammlung von Knoten-Raspberry Pis gibt, die Aufgaben erledigen. Raspberry Pi CM4-Cluster-Setups werden auch als Brambles bezeichnet. Anstelle von Compute Module 4s könnten Sie Standard-Raspberry Pi 4s (oder andere Modelle) verwenden, aber der CM4 ist schlanker, wenn Sie einen kompakten, effizienten Cluster wünschen.
Sie können einen Raspberry Pi CM4-Cluster verwenden, um Videospielserver zu hosten, Ihr Hausautomationssystem zu verwalten und vieles mehr. Aber warum sollten Sie einen RPi-Cluster bauen wollen?
Warum einen Raspberry Pi-Cluster bauen?
Es gibt mehrere Hauptgründe, warum Sie vielleicht einen Raspberry Pi-Cluster bauen möchten, anstatt einen leistungsstärkeren Computer zu kaufen, der die Arbeit für Sie erledigt.
- Stabilität & Zuverlässigkeit: Ein Raspberry Pi-Cluster bietet Stabilität und Zuverlässigkeit, indem es Ihrem System Redundanz hinzufügt. Das bedeutet, dass ein Board-Ausfall Ihren Cluster nicht aufhalten wird, da die Aufgaben von den funktionalen RPis geteilt werden. Die Verteilung komplexer Rechenaufgaben auf mehrere Boards kann auch eine größere Stabilität bieten, als die gleichen Aufgaben auf einem Board auszuführen.
- Leistung: Während ein Raspberry Pi-Cluster einer einzelnen Platine nicht mehr Leistung verleiht, ermöglicht er es dennoch, die Gesamtleistung Ihres Systems zu verbessern. Aufgaben werden gleichzeitig über die Boards im Cluster erledigt, anstatt dass ein Board die ganze schwere Arbeit erledigen muss.
- Skalierbarkeit: Computercluster lassen sich im Allgemeinen einfacher hoch- und herunterskalieren als einzelne Computer. Sie können RPi-Boards entsprechend den aktuellen Anforderungen Ihres Clusters hinzufügen und entfernen, ohne teure Hardware zu verschwenden.
- Kosten: Raspberry Pis sind im Vergleich zu Desktop-PCs und Laptops unglaublich erschwinglich. Sie können einen Satz Raspberry Pis für Ihren Cluster für weniger als den Preis eines einzelnen PCs erwerben, ohne Kompromisse bei der Ressourcenverfügbarkeit eingehen zu müssen.
- Lernen: Der Aufbau eines Raspberry Pi-Clusters ist eine gute Möglichkeit, sich über eine Reihe verschiedener Themen zu informieren. Durch das Experimentieren mit Ihrem eigenen Cluster können Sie etwas über Serververwaltung, Datenbankhandhabung, Cloud-Speicherung und vieles mehr lernen.
So bauen Sie einen DIY-Raspberry-Pi-Cluster
Der Aufbau eines Raspberry Pi-Rechenclusters kann in zwei Hauptaufgabengruppen unterteilt werden; Hard-und Software. Beide Gruppen werden von dem Zweck beeinflusst, den Sie für Ihren Cluster im Sinn haben, weshalb es entscheidend ist, zu wissen, wofür Sie Ihren Cluster verwenden werden, bevor Sie ihn erstellen.
Auswahl Ihrer Raspberry Pi Cluster Boards
Die Auswahl der Raspberry Pi-Cluster-Boards, die Sie für Ihren Cluster verwenden, kann verwirrend sein. Diese beiden Beispiele sollen Ihnen eine bessere Vorstellung davon vermitteln, wonach Sie suchen müssen, und gleichzeitig den Umfang von Raspberry Pi-Clustern im Allgemeinen ansprechen.
- Heimautomatisierungs-RPi-Cluster: Von Ihren Glühbirnen bis zum Schloss an Ihrer Haustür kann fast alles in einem modernen Zuhause automatisiert werden. Raspberry Pis sind großartige Gehirne für die Heimautomatisierung, und der Aufbau eines RPi-Clusters ist eine großartige Möglichkeit, mit jedem der von Ihnen verwendeten Geräte umzugehen. Während ein Raspberry Pi 4 Model B als Hauptplatine in dieser Art von Setup sinnvoll ist, ist es wahrscheinlich eine Verschwendung, den gesamten Cluster damit zu bauen. Beispielsweise sind Systeme wie Philips Hue-Beleuchtung mit leistungsschwächeren Platinen steuerbar. Daher lohnt es sich, jeden der Raspberry Pis in Ihrem Heimautomatisierungs-Cluster basierend auf der Aufgabe auszuwählen, die er ausführen wird.
- RPi-Cluster für VideospielserverHinweis: Das Erstellen von Servern für Spiele wie Minecraft ist eine der häufigsten Anwendungen für einen RPi-Cluster. Sie benötigen so viel Rechenleistung wie möglich für eine Anwendung wie diese, aber Sie benötigen keine zusätzlichen Funktionen wie USB-Konnektivität für jedes Board. Damit ist der Raspberry Pi CM4 in diesem Anwendungsfall eine gute Wahl. Das Compute Module 4 benötigt eine Trägerplatine, um zu funktionieren, da es keine eingebauten E/A hat, aber Sie können Cluster-Trägerplatinen finden, die gut für Spielserver funktionieren.
Der Raspberry Pi CM4 bietet die gleiche Leistung wie ein RPi 4, ist jedoch für tief eingebettete Systeme und den Einsatz auf Trägerplatinen ausgelegt. Dem Pi CM4 fehlen die Onboard-E/A seines Gegenstücks, aber er ist normalerweise zu einem niedrigeren Preis erhältlich, was ihn zu einer guten Wahl für viele Cluster-Projekte macht.
Zusätzliche Raspberry-Pi-Cluster-Hardware
Neben den Computern, die Sie für Ihren Cluster auswählen, ist einige zusätzliche Hardware erforderlich, um loszulegen. Sie benötigen einen Netzwerk-Switch, um Ihre Platinen miteinander zu verbinden, microSD-Karten und eine externe SSD/HDD zur Speicherung sowie alle für Ihr Projekt spezifischen Komponenten.
Diejenigen, die den Raspberry Pi CM4 und eine Cluster-Trägerplatine verwenden, benötigen keinen Netzwerk-Switch oder externe Stromversorgung für jede Platine, da die Trägerplatine diese Komponenten eingebaut hat.
Auswahl Ihrer Raspberry Pi Cluster-Software
Der Aufbau eines Raspberry Pi-Rechenclusters ist ein unterhaltsamer und spannender Prozess, aber auch eine Herausforderung. Einfach anzufangen ist eine gute Möglichkeit, sich die Grundlagen anzueignen, bevor Sie sich an komplizierteren Projekten versuchen. Daher wird empfohlen, dass Sie Raspberry Pi OS für Ihr Kopfboard und Raspberry Pi OS Lite für Ihre Knotenplatinen verwenden, wenn Sie zum ersten Mal anfangen.
Es lohnt sich, beim ersten Mal einem Führer zu folgen Raspberry Pi OS installieren auf Ihrem Board, um sicherzustellen, dass Sie keine Schritte verpassen.
Wofür können Sie einen Raspberry Pi-Cluster verwenden?
Es gibt viele verschiedene Anwendungsfälle für ein Raspberry Pi-Cluster-Board, aber Sie interessieren sich wahrscheinlich am meisten für diejenigen, die Sie zu Hause verwenden können. Es lohnt sich, selbst etwas zu recherchieren, um Wege zu finden, das Beste aus Ihrem Raspberry Pi-Cluster herauszuholen.
Raspberry Pi CM4 Website-Hosting
Das Hosten von Websites auf einem einzelnen Computer ist bekanntermaßen schwierig. Während die meisten Websites leicht sind und schnell laufen, wenn sie einen einzelnen Besucher haben, erhöht das Hinzufügen weiterer Besucher die Arbeitsbelastung dramatisch. Ein Raspberry Pi Compute Module 4-Cluster kann diese Arbeitslast zwischen jedem Ihrer Pis aufteilen, um deren Arbeit zu erleichtern.
WordPress ist ein großartiger Kandidat für diese Idee und bietet Ihnen eine kostenlose CMS-Plattform, mit der Sie Ihre Website erstellen können. Natürlich könnten Sie aber auch erwägen, Ihre auf Raspberry Pi gehostete Website von Grund auf neu zu erstellen.
Raspberry Pi CM4-Boards sind eine gute Wahl für das Hosten von Websites, da Sie für ein solches Projekt nicht jedes Board über eigene I/O-Ports verfügen müssen. Wenn Sie Ihren Cluster so aufbauen, wird auch sein Platzbedarf reduziert.
Raspberry Pi Minecraft Gameserver-Hosting
Benutzern die Möglichkeit zu geben, ihre eigenen Server zu hosten, ist eine der Hauptstärken von Spielen wie Minecraft. Sie können Ihre eigenen Regeln festlegen und nur die Personen, mit denen Sie spielen möchten, auf Ihren Server lassen, ohne dass Sie einem externen Server-Hosting-Unternehmen Geld geben müssen.
Es ist möglich, mit Kubernetes und Helm einen Minecraft-Server auf einem Raspberry Pi-Cluster aufzubauen, und Sie brauchen nicht einmal die neuesten Boards, um die Arbeit zu erledigen. Wie gezeigt in dieses Projekt auf GitHub, können Sie einen Minecraft-Server mit nur einem Raspberry Pi 4 Model B und einer Handvoll Raspberry Pi 3s bauen. Je mehr Spieler Sie hinzufügen, desto mehr Ressourcen benötigen Sie, aber Ihr Cluster kann problemlos skaliert werden.
In ähnlicher Weise können Sie auch verwandeln Sie Ihren Raspberry Pi CM4 in eine Retro-Spielekonsole, obwohl Sie dafür keinen Cluster benötigen.
Raspberry Pi-Dateifreigabe und -Cloud
Der Aufbau eines NAS- oder Dateifreigabesystems für Ihr Zuhause oder Ihr kleines Unternehmen war mit Hilfe eines Raspberry Pi-Clusters noch nie so einfach. Tools wie Samba benötigen keinen Cluster, um richtig zu funktionieren, aber wenn Sie einen Cluster eingerichtet haben, können Sie weitaus mehr Datenübertragungen verarbeiten, als dies auf einem einzelnen RPi-Board möglich wäre.
Sie können für diese Art von Projekt beliebige Boards verwenden, obwohl Raspberry Pi CM4s und Raspberry Pi 4 Model Bs die größte Bandbreite bieten. Sie können jedem Benutzer Ressourcennutzungslimits zuweisen, um sicherzustellen, dass Ihr Filesharing-Cluster nicht ins Stocken gerät.
Lernen mit einem Raspberry Pi Compute Cluster
Der Aufbau Ihres eigenen Raspberry Pi-Rechenclusters ist eine der besten Möglichkeiten, sich über Serververwaltung, Supercomputer und eine Reihe anderer Themen zu informieren. Dies kann helfen, Sie auf eine Karriere in der Welt der Technik vorzubereiten oder einfach nur Ihre Heimwerkerfähigkeiten zu verbessern, aber es wird sich in jedem Fall lohnen.