Office-Cluster

Modernisierung des NAS-Servers auf Basis eines Raspberry Pi CM5 und Ceph-Clusters

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Projektübersicht und Ziele:

Ziel dieses Projekts ist es, den aktuellen, nicht skalierbaren Dateiserver (NAS) durch eine moderne, skalierbare und hochleistungsfähige Cluster-Lösung zu ersetzen. Als Reaktion auf die Einschränkungen der bestehenden Infrastruktur wurde die Entscheidung getroffen, ein maßgeschneidertes System auf Basis des DeskPi Super6C Cluster-Boards mit sechs Raspberry Pi Compute Module 5 (CM5) Einheiten zu bauen. Das Ziel ist es, nicht nur ein kapazitätsstarkes und sicheres Datenspeichersystem zu schaffen, sondern auch eine multifunktionale Rechenplattform, die interne Entwicklungsprozesse unterstützen wird.

Hardware-Plattform:

• Cluster-Basis: DeskPi Super6C Raspberry Pi CM5 Cluster-Board
• Rechenmodule: 6x Raspberry Pi CM5 (Modell CM5016016: 4-Kern-CPU, 16 GB RAM, 16 GB eMMC)
• Datenspeicher: 6x 1 TB (oder größere) NVMe-Laufwerke
• Konfigurationswerkzeug: Raspberry Pi Compute Module 5 IO Board (für die Ersteinrichtung und Konfiguration der einzelnen Module)

Projektplan und Umsetzungsphasen:

1. Phase I – Software-Validierung DONE

• Erfolgreiche Verifizierungstests des Betriebssystems Gentoo Linux für die aarch64 / arm64-Architektur wurden mit dem qemu-user-Emulator durchgeführt.
• Die Fähigkeit, Schlüsselkomponenten der Software, einschließlich des verteilten Dateisystems Ceph, zu installieren und zu kompilieren, wurde bestätigt, was eine entscheidende Voraussetzung für die Fortführung des Projekts war.

2. Phase II – Bare-Metal-Tests WAITING

• Nach Erhalt der Hardwarekomponenten wird ein einzelnes CM5-Modul installiert und konfiguriert.
• In dieser Phase werden Tests zur Leistung, Stabilität und Hardwarekompatibilität durchgeführt.

3. Phase III – Vollständige Cluster-Bereitstellung WAITING

• Montage und Inbetriebnahme aller sechs Module auf dem DeskPi Super6C-Board.
• Bereitstellung und Konfiguration der finalen Softwarearchitektur auf dem gesamten Cluster.

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Netzwerkdiagramm des Büros vor dem NAS-Upgrade

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Geplante finale Architektur und Konfiguration:

• Betriebssystem: Ein optimiertes Gentoo Linux (aarch64)-System wird auf dem integrierten eMMC-Speicher jedes Moduls installiert und dient als operative Basis für den gesamten Cluster.
• Verteilter Speicher (Ceph): Die NVMe-Laufwerke werden zu einem einzigen, hochresistenten und skalierbaren Ceph-Dateisystem zusammengefasst, das den Hauptspeicherpool des NAS bilden wird.
• Dateidienste: Der Cluster wird Netzwerkressourcen über Standardprotokolle freigeben: NFS (für Linux/Unix-Systeme), Samba (für Windows) und AppleTalk (für Time Machine-Backups von Apple-Geräten).
• Verteilter Compiler (distcc): Der Cluster wird als Kompilierungsfarm fungieren und die Cross-Kompilierung für mehrere Architekturen unterstützen, einschließlich x86_64, i686, aarch64 und armv7a.
• Lastenverteilung (HAProxy): Ein HAProxy-Server wird im Round-Robin-Modus bereitgestellt und konfiguriert, um die durch Anfragen an die auf dem Cluster laufenden Dienste erzeugte Last gleichmäßig zu verteilen und deren hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.

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Netzwerkdiagramm des Büros nach dem NAS-Upgrade

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Ergebnis:

Die Umsetzung des Projekts wird ein veraltetes NAS durch einen modernen, energieeffizienten und leistungsstarken Cluster ersetzen, der nicht nur das Problem der Speicherskalierbarkeit löst, sondern auch erhebliche Rechenleistung für interne Zwecke bereitstellt.

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