Cluster für den Heimgebrauch

1. Planung

Raspberry-Pis als Knoten zu verwenden, erschien nahe liegend. Bei der Suche bin ich jedoch auf eine billigere Variante gestoßen: Den Orange Pi PC. Dabei handelt es sich zum einen RPi-Clone mit 1GB Hauptspeicher, 100 MBit Netzwerkschnittstelle und MicroSD-Card-Slot. Kostenpunkt ca. 17,50 EUR (inkl. Versand).

Der Aufbau mit 64 Knoten soll am Ende folgendermaßen aussehen:
Es werden einzelne Knoten aus jeweils 4 OrangePI und einem einfachen 5-Port Gigabit-Switch aufgebaut. Damit kann ein Großteil der Netzwerkverkabelung später in einem Gehäuse verschwinden.

Der Cluster selbst besteht dann aus 16 dieser Knoten, jeweils 4 davon versorgt von einem Netzteil. Den Kern bildet ein managed 24-Port Switch (der teuerste Einzelposten), der es ermöglicht, die Netzwerkkonfiguration ohne Umstecken zu ändern. Ebenso unterstützt er Egress- und Ingresskontrolle auf allen Ports. Die Wahl fiel auf den TP-Link SG3424, da ich den kleineren Bruder davon (SG3216) bereits seit Jahren einsetze und nie Probleme damit hatte. Am Ende bleiben bei dieser Konfiguration 8 Ports frei, die später noch für Erweiterungen (z.B. einen Storage-Node) und zur Verbindung zu meinem bestehenden Netzwerk verwendet werden können.

Eine kurze Abschätzung der Kosten:

PostenAnzahlEinzelpreisGesamtpreis
Orange PI PC6417,50 EUR1120 EUR
Micro SD Card 32 GB6411 EUR704 EUR
5-Port Gigabit Switch1618 EUR288 EUR
TP-Link SG43241210 EUR210 EUR
Netzteil 5V 20A420 EUR80 EUR
Rack+Gehäuse300 EUR
Kleinteile200 EUR
Summe:ca. 2600 EUR

Für einen Cluster mit 64 Knoten und 32 GB Speicher pro Knoten sind 2.500-3.000 EUR kein schlechter Preis.

Insgesamt reden wir dabei über 64 Prozessoren mit je 4 Kernen, also 256 32-Bit-Prozessorkerne mit je 1.6 GHz Taktgeschwindigkeit.

Interessant ist auch der Stromverbrauch: Ein Raspberry Pi2 verbraucht, wenn die USB Ports nicht verwendet werden und kein Monitor angeschlossen ist, ca. 800mA, also 4W. Rechnet man pro 5-Port-Switch mit 10W (das dürfte zuviel sein) und mit 100W für den TP-Link (soviel verbraucht auch der keinesfalls), dann kommt man auf ca. 500W. Selbst wenn die die Orange Pi etwas mehr Strom verbrauchen, kommt man auf keinen Fall über 1000W. Für den Heimgebrauch also locker geeignet (selbst wenn es mal ein bisschen länger dauert).

Das alles auf einmal zu bestellen und zu riskieren, dass es so nicht funktioniert ist jedoch nicht nötig. Auf meinem Switch sind noch 4 Ports frei, d.h. eine Kleinfassung mit vier Knoten lässt sich für den Anfang aufbauen. Die kostet ca. 550-600 EUR und kann später in den Komplettaufbau integriert werden.

Als Software wird für den Anfang folgendes installiert: Raspbian, MySQL (oder MariaDB), Cassandra, Riak, PVM und MPICH. Damit sollte sich etwas anfangen lassen.