Wir bauen einen Raspberry Pi Cluster

Im Juni bin ich das erste Mal mit Raspberry Pi’s in Kontakt gekommen und habe die kleinen Kisten schätzen und lieben gelernt. Bei einem Kostenvolumen von 35€ pro Computer habe ich ursprünglich beschlossen, Steuerungsexperimente für ein Smart-Home mit den Pi’s durchzuführen. Als Programmierer kam mir dann noch die Idee, mehrere Pi’s zu einem Supercluster zusammen zu schließen – um komplexe Berechnungen wie die Mandelbrotmenge zu beschleunigen. Das neueste Ziel wird das Einrichten von Sicherheitslösungen wie Honeypots sein – um mein Heimnetzwerk abzusichern. Aber bevor es in die einzelnen Anwendungsgebiete geht, muss der Cluster erst einmal zusammengebaut werden – und darum geht es in diesem Beitrag.

Den kompletten Einkauf habe ich über amazon abgewickelt. Benötigt wird:

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Zwei Tage später war das Paket da. Erstaunlicherweise dieses Mal wirklich nur ein Paket – und nicht der bei amazon sonst mittlerweile übliche Einzelversendungsverpackungswahn. Da sind sie also, die Einzelteile – nach dem ersten “Unboxing”. Ein Switch, um die Pi’s miteinander verbinden zu können, inklusive der notwendigen Kabel. Ein Ladegerät von Anker mit 6 USB-Buchsen und 60W für die Stromversorgung. So wird nur ein Netzstecker benötigt und keine 4 Netzteile. Dazu passend von Anker die USB-Ladekabel. 4 Pi’s, 4 Speicherkarten und das Acrylgehäuse. Lasset die Spiele beginnen!

Ich weiss nicht, wie lange es her ist, dass ich einen Computer zusammengeschraubt habe. In Zeiten des ZX-81 oder Apple ][ habe ich die Dinger noch selbst gelötet. Heutzutage ist man doch etwas eingeschränkt – Laptops kann man kaum erweitern und bei normalen PCs beschränkt es sich mittlerweile auch auf das Einstecken von Modulen. Da hat das Schrauben – vor allem das Schrauben von etwas Unkonventionellem – mal wieder richtig Spaß gemacht.

Wirklich schlimm an der Vorbereitung zum Basteln war, dass die Acrylplatten beidseitig mit einer Art Klebepapier beschichtet waren, das erst noch abgepuzzelt werden musste. Die großen Platten waren leicht zu bearbeiten, aber diese kleinen Trennscheiben, die als Unterleger für die Pi-Platinen dienten, waren eine echte Herausforderung. Gut, dass meine Fingernägel nicht ganz so kurz waren – jetzt sind sie es.

Für den ersten Schritt muss eine der Acrylplatten vorbereitet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass eine der Platten ein Raspberry-Muster hat. Diese Platte ist als Deckel zu sehen und sollte erst am Schluss verbaut werden.  Eine der anderen Platten muss nun mit Schrauben und den Unterlegscheiben versehen werden. Dazu ist die Schraube von unten durch die Platte zu stecken und oberhalb der Platte die Unterlegscheibe anzubringen. Die Muttern dienen später dazu, die Pi-Platine zu fixieren. Die nächsten Bilder zeigen die Konstruktion des ersten Pi auf der Acrylplatte.

Nach Zusammenbau der ersten Pi-Ebene muss die Acrylplatte für die nächste Ebene vorbereitet werden. Bei der untersten Ebene sind kleine Abstandshalter einzufügen, die als “Füße” fungieren können. In den Tütchen mit den Bauteilen sind diese kleinen Teile nur viermal vorhanden, so dass sie eigentlich nicht mit den anderen Teilen verwechselt werden können.

Eigentlich ein selbsterklärender Arbeitsschritt, aber ich hatte gerade die Kamera zur Hand und konnte ein Foto schießen. Auf die gezeigte Weise sind die vier Abstandshalter anzubringen.

Jetzt kommen die längeren Abstandshalter zum Einsatz. Derer vier werden auf die eben verbauten kurzen Elemente verschraubt und fixieren so die kurzen Stifte und die Acrylplatte.

Nach dem Verschrauben der Abstandshalter sollte das Bauwerk so aussehen, wie in der Abbildung. Damit ist auch die Arbeit an der ersten Ebene abgeschlossen. Für die anderen Ebenen ist nun genau so zu verfahren. Es werden wieder die Schrauben und die Abstandshalter durch die Löcher der nächsten Acrylplatte geführt, der Pi aufgesetzt und das Ganze mit Muttern fixiert.

Nach dem Aufsetzen der zweiten Pi-Ebene werden wieder Abstandshalter aufgesetzt. Dann geht es wie gehabt mit dem Zusammenbau der dritten und vierten Ebene weiter. Die Arbeitsschritte bleiben die selben und pro neuer Ebene wird man immer etwas schneller.

Fertig ist der Aufbau des Pi-Clusters. Abschließend kommt oben noch die eben bereits erwähnte Acrylplatte mit dem Raspberry-Logo zum Einsatz. Fixiert wird die Platte dann mit den Rundschrauben – und fertig!

Zwei Schritte sind für den erfolgreichen Abschluss der Hardwarebauarbeiten noch durchzuführen: eine strukturierte Verkabelung der Stromversorgung und eine ebenso strukturierte Verkabelung der Netzwerkanschlüsse. Zuerst erfolgt der Anschluss der USB-Ladekabel mit der kleinen Buchse an die Stromversorgung des Pi.

Die großen USB-Anschlüsse werden in derselben Reihenfolge an das Ladegerät angebracht. Der oberste Pi im Rack erhält den Anschluss ganz rechts im Ladegerät, der unterste Pi im Rack den Anschluss ganz links.

Danach werden die Netzwerkkabel auf dieselbe Weise angebracht. Zuerst erfolgt der Anschluss im Pi…

… danach Schritt für Schritt im Switch. Die Hardwarearbeiten sind damit abgeschlossen. In einem weiteren Post beschreibe ich dann die softwareseitige Konfiguration der Pis.