Создание кластера Raspberry Pi — интересный способ получить более глубокое представление о вычислительных и серверных системах. Но что такое кластер Raspberry Pi, как его создать и для чего его можно использовать после завершения сборки?
Что такое кластер Raspberry Pi?
Размещение веб-сайтов, анализ объемных данных и рендеринг цифровых видеоматериалов — это лишь несколько примеров вычислительных задач, требующих большой вычислительной мощности. И спрос на эту силу постоянно растет.
Предоставление достаточного количества ресурсов для удовлетворения потребностей подобных задач может быть достигнуто как по вертикали, так и по горизонтали. Для вертикального роста один компьютер оптимизируется для обеспечения максимальной вычислительной мощности. Это контрастирует с горизонтальным ростом, когда в систему добавляются дополнительные компьютеры.
Вычислительные кластеры Raspberry Pi — пример горизонтальной оптимизации системы. Один Raspberry Pi действует как головное устройство, которое предоставляет инструкции набору узлов Raspberry Pi, выполняющих задачи. Установки кластера Raspberry Pi CM4 также известны как Brambles. Вместо Compute Module 4 вы можете использовать стандартные Raspberry Pi 4 (или другие модели), но CM4 более рационален, если вам нужен компактный и эффективный кластер.
Вы можете использовать кластер Raspberry Pi CM4 для размещения серверов видеоигр, управления системой домашней автоматизации и многого другого. Но зачем вам создавать кластер RPi?
Зачем создавать кластер Raspberry Pi?
Есть несколько основных причин, по которым вы можете захотеть построить кластер Raspberry Pi, а не покупать более мощный компьютер, который сделает эту работу за вас.
- Стабильность и надежность: Кластер Raspberry Pi обеспечивает стабильность и надежность, добавляя избыточность в вашу систему. Это означает, что сбой платы не остановит работу вашего кластера, а задачи будут совместно выполняться функциональными RPis. Распределение сложных вычислительных задач по нескольким платам также может обеспечить большую стабильность, чем выполнение тех же задач на одной.
- Производительность: хотя кластер Raspberry Pi не дает больше мощности ни одной плате, он все же позволяет повысить общую производительность вашей системы. Задачи обрабатываются одновременно всеми платами в кластере, а не одной плате, которая должна выполнять всю тяжелую работу.
- Масштабируемость: Кластеры компьютеров, как правило, легче увеличивать и уменьшать, чем отдельные машины. Вы можете добавлять и удалять платы RPi в соответствии с текущими потребностями вашего кластера, не тратя впустую дорогостоящее оборудование.
- Расходы: Raspberry Pi невероятно доступны по сравнению с настольными ПК и ноутбуками. Вы можете получить набор Raspberry Pis для своего кластера по цене меньше, чем цена одного ПК, и все это без ущерба для доступности ресурсов.
- Обучение: Создание кластера Raspberry Pi — хороший способ узнать о множестве различных тем. Вы можете узнать об управлении сервером, работе с базой данных, облачном хранилище и многом другом, поэкспериментировав со своим собственным кластером.
Как построить кластер Raspberry Pi своими руками
Создание вычислительного кластера Raspberry Pi можно разделить на две основные группы задач; железо и софт. На обе эти группы влияет цель, которую вы имеете в виду для своего кластера, поэтому очень важно знать, для чего вы будете использовать свой кластер, прежде чем создавать его.
Выбор плат кластера Raspberry Pi
Выбор кластерных плат Raspberry Pi, которые вы будете использовать для своего кластера, может сбить с толку. Эти два примера должны дать вам лучшее представление о том, что искать, а также рассмотреть возможности кластеров Raspberry Pi в целом.
- Кластеры RPi для домашней автоматизации: от лампочек до замка на входной двери — почти все в современном доме можно автоматизировать. Raspberry Pi — отличные мозги для домашней автоматизации, а создание кластера RPi — отличный способ справиться с каждым из используемых вами устройств. Несмотря на то, что Raspberry Pi 4 Model B имеет смысл в качестве основной «головной» платы в такой конфигурации, создание всего кластера с их использованием, вероятно, будет пустой тратой времени. Например, такими системами, как освещение Philips Hue, можно управлять с помощью маломощных плат. Поэтому стоит выбирать каждый из Raspberry Pi в вашем кластере домашней автоматизации в зависимости от задачи, которую они будут выполнять.
- Кластеры RPi серверов видеоигр: создание серверов для таких игр, как Minecraft, — одно из наиболее распространенных применений кластера RPi. Вам нужна максимальная вычислительная мощность для такого приложения, как это, но вам не нужны дополнительные функции, такие как USB-подключение для каждой платы. Это делает Raspberry Pi CM4 хорошим выбором в этом случае использования. Для работы вычислительного модуля 4 требуется несущая плата, поскольку он не имеет встроенного ввода-вывода, но вы можете найти кластерные несущие платы, которые хорошо подходят для игровых серверов.
Raspberry Pi CM4 обладает той же мощностью, что и RPi 4, но предназначен для глубоко встраиваемых систем и использования на несущих платах. В Pi CM4 отсутствует встроенный ввод-вывод, как у его аналога, но обычно он продается по более низкой цене, что делает его хорошим выбором для многих кластерных проектов.
Дополнительное оборудование кластера Raspberry Pi
Помимо компьютеров, которые вы выбираете для своего кластера, для начала работы требуется дополнительное оборудование. Вам понадобится сетевой коммутатор для соединения ваших плат вместе, карты microSD и внешний SSD/HDD для хранения, а также любые компоненты, специфичные для вашего проекта.
Тем, кто использует Raspberry Pi CM4 и кластерную несущую плату, не потребуется сетевой коммутатор или внешнее питание для каждой платы, поскольку несущая плата будет иметь встроенные компоненты.
Выбор программного обеспечения кластера Raspberry Pi
Создание вычислительного кластера Raspberry Pi — увлекательный и увлекательный процесс, но в то же время сложный. Начать с простого — это хороший способ освоить основы, прежде чем приступать к более сложным проектам. Таким образом, при первом запуске рекомендуется использовать ОС Raspberry Pi для головной платы и ОС Raspberry Pi Lite для узловых плат.
Стоит следовать руководству, когда вы впервые установить ОС Raspberry Pi на доске, чтобы не пропустить ни одного шага.
Для чего вы можете использовать кластер Raspberry Pi?
Существует множество различных вариантов использования кластерной платы Raspberry Pi, но вас, вероятно, больше всего интересуют те, которые вы можете использовать дома. Стоит провести небольшое исследование для себя, чтобы найти способы получить максимальную отдачу от вашего кластера Raspberry Pi.
Хостинг веб-сайтов Raspberry Pi CM4
Общеизвестно, что веб-сайты сложно разместить на одной машине. В то время как большинство веб-сайтов легкие и работают быстро, когда на них есть один посетитель, добавление большего количества посетителей резко увеличивает рабочую нагрузку. Кластер Raspberry Pi Compute Module 4 может разделить эту рабочую нагрузку между каждым из ваших Pi, чтобы упростить их работу.
WordPress — отличный кандидат на эту идею, предоставляющий вам бесплатную платформу CMS для создания вашего веб-сайта. Конечно, вы также можете рассмотреть возможность создания веб-сайта, размещенного на Raspberry Pi, с нуля.
Платы Raspberry Pi CM4 — хороший выбор для хостинга веб-сайтов, так как вам не нужно, чтобы каждая плата имела свои собственные порты ввода-вывода для такого проекта. Подобное построение кластера также уменьшит его площадь.
Хостинг игрового сервера Raspberry Pi Minecraft
Предоставление пользователям возможности размещать собственные серверы — одна из сильных сторон таких игр, как Minecraft. Вы можете установить свои собственные правила и разрешить играть на своем сервере только тем людям, с которыми хотите играть, и все это без необходимости платить деньги сторонней компании, предоставляющей серверы.
Сервер Minecraft можно построить на кластере Raspberry Pi с помощью Kubernetes и Helm, и вам даже не нужны новейшие платы для выполнения этой работы. Как показано в этот проект на GitHub, вы можете создать сервер Minecraft, используя всего лишь Raspberry Pi 4 Model B и несколько Raspberry Pi 3. Чем больше игроков вы добавите, тем больше ресурсов вам потребуется, но ваш кластер можно легко масштабировать.
В подобном духе вы также можете превратите свой Raspberry Pi CM4 в игровую приставку в стиле ретро, хотя для этого вам не нужен кластер.
Обмен файлами Raspberry Pi и облако
Создание NAS или системы обмена файлами для вашего дома или малого бизнеса никогда не было проще с помощью кластера Raspberry Pi. Такие инструменты, как Samba, не требуют кластера для правильной работы, но наличие кластера позволит вам обрабатывать гораздо больше передач данных, чем это было бы возможно на одной плате RPi.
Вы можете использовать любые платы, которые вам нравятся, для этого типа проекта, хотя Raspberry Pi CM4 и Raspberry Pi 4 Model B обеспечат наибольшую пропускную способность. Вы можете установить ограничения на использование ресурсов для каждого пользователя, чтобы гарантировать, что ваш файлообменный кластер не застрянет.
Обучение с вычислительным кластером Raspberry Pi
Создание собственного вычислительного кластера Raspberry Pi — один из лучших способов узнать об управлении серверами, суперкомпьютерах и ряде других тем. Это может помочь вам подготовиться к карьере в мире технологий или даже просто улучшить свои навыки рукоделия, но в любом случае усилия того стоят.
