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Wissenschaftler


Raspberry Pi Geek - epaper ⋅ Ausgabe 10/2021 vom 05.08.2021

BOINC

Artikelbild für den Artikel "Wissenschaftler" aus der Ausgabe 10/2021 von Raspberry Pi Geek. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Raspberry Pi Geek, Ausgabe 10/2021

README

Dank der geringen Anschaffungskosten lassen sich ältere RasPi-Modelle schnell durch die jeweils neueste Generation ersetzen. Mit freier Software können Sie die alten Schätzchen jedoch noch sinnvoll in verteilten Rechnernetzen für Forschungsprojekte arbeiten lassen.

Der Raspberry Pi liegt mittlerweile in der vierten Generation vor. Viele Fans des britischen Mini-Computers haben im Laufe der Jahre mehrere Geräte der jeweils neuesten Generation erworben und daher inzwischen ältere, nicht mehr benutzte Rechner in Schubladen, Schränken oder im Keller liegen.

Im Team

Doch Sie können diese ausrangierten Einplatinencomputer wieder aus dem Dornröschenschlaf erwecken, indem Sie sie in ein weltweites Netzwerk von Computern integrieren, das verteilten Berechnungen dient. Dabei stehen Projekte der Medizin im Vordergrund, aber auch naturwissenschaftlicher Disziplinen, die keine Ressourcen zum Kauf ...

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... exorbitant teurer Supercomputer aufbringen können.

Der Raspberry Pi stellt in solchen Fällen wie Millionen andere Computer weltweit für diese Projekte Rechenzeit bereit und hilft damit aktiv, wissenschaftliche Fragestellungen zu lösen.

Das größte Projekt, um mithilfe des verteilten Rechnens wissenschaftliche Aufgaben zu lösen, ist das ursprünglich von IBM im Jahr 2004 entwickelte World Community Grid (WCG ). Das nach wie vor primär unter der Ägide des IT-Riesen betriebene Projekt hat es sich zur Aufgabe gesetzt, Rechenleistung vor allem für Projekte aus der Biologie und Biochemie zu generieren.

BOINC

Das World Community Grid setzt dabei seit 2008 auf die Software BOINC – das Kürzel steht für Berkeley Open Infrastructure for Network Computing. Bei dieser Anwendung handelt es sich um eine Client-Server-Applikation, die sich projektunabhängig nutzen lässt. Wie der Name schon sagt, wird BOINC von der Universität Berkeley in Kalifornien entwickelt .

Beide Komponenten – Server und Client – basieren dabei auf freier Software und stehen unter der GPL- und LGPL-Lizenz. Anwender, die für ein Forschungsprojekt Rechenzeit spenden möchten, laden sich den BOINC-Client herunter und registrieren sich für eines der laufenden Projekte. Anschließend wird die Projektsoftware auf dem BOINC-Client installiert und beginnt mit den Berechnungen.

Man kann jederzeit weitere Projekte unterstützen, da der Client es erlaubt, auch mehreren Projekten simultan Rechenzeit zur Verfügung zu stellen.

Installation

Es erfordert längst nicht mehr so viele Arbeitsschritte wie noch vor wenigen Jahren, um einen Raspberry Pi in das Rechnernetz einzubinden. Inzwischen genügt es, wenn Sie unter der aktuellen Version von Raspberry Pi OS im Menü

Einstellungen das grafische Frontend Pi-Packages über den Eintrag Add / Remove Software aufrufen und bequem durch Setzen eines Häkchens die Pakete metapackage for the BOINC client and the manager und GUI to control and monitor the BOINC core client vormerken. Nach einem Klick auf Apply unten im Fenster werden die Pakete einschließlich aller Abhängigkeiten installiert.

Im Hauptmenü des Desktops finden Sie dann den neuen Eintrag Systemwerkzeuge. Das Untermenü enthält einen Starter für den BOINC-Client. Ein Klick darauf öffnet zwei Fenster: Neben dem maschinenbezogenen Projektfenster, das nach dem ersten Aufruf noch leer erscheint, finden Sie das Kontrollfenster, mit dessen Hilfe Sie eines der verfügbaren Projekte auswählen und die Projektsoftware auf den RasPi laden.

Die links im Kontrollfenster angezeigte Projektliste 1 1 hat dabei mit jeder neuen Generation des RasPi an Umfang deutlich zugelegt, da mit steigender Rechenleistung des britischen Kleincomputers auch dessen Einsatz in verteilten Rechnernetzen zunehmend attraktiv wurde.

Sie finden außerdem rechts im Kontrollfenster zu jedem gelisteten Projekt eine Kurzbeschreibung, die Informationen über den Forschungszweck und die Forschungsdisziplin enthält. Daneben werden anhand kleiner Symbole die unterstützten Plattformen angezeigt. Links sehen Sie zudem über ein Auswahlfeld verschiedene Kategorien ein, denen die einzelnen Projekte zugeordnet sind.

Weitere Infos und interessante Links

www.raspi-geek.de/qr/46545

In der Projektliste wählen Sie World Community Grid aus. Anschließend nimmt der Client mit dem Server Kontakt auf.

Nach dem Bestätigen der Nutzungsbedingungen können Sie sich nun entweder registrieren oder gleich einloggen, falls Sie schon zuvor für das World Community Grid Rechenleistung gespendet haben.

Der Client übernimmt das WCG-Projekt nun in das maschinenspezifische Fenster. Sie können hier im Auswahlfeld Aufgaben eine der Projektaufgaben anklicken, sofern Sie an mehreren Forschungsprojekten teilgenommen haben 2 2 . Der Client lädt anschließend die relevanten Daten, was auf dem Raspberry Pi unter Umständen längere Zeit in Anspruch nimmt.

Während des Ladevorgangs können Sie im selben Fenster weitere Projekte für Ihre Teilnahme vormerken. Dazu klicken Sie unten im Fenster rechts auf die Schaltfläche Projekt hinzufügen. Daraufhin öffnet sich erneut der Projektkatalog, aus dem Sie dann ein weiteres Projekt auswählen, das der Client nach der entsprechenden Registrierung in die Liste Ihrer Projekte übernimmt.

Die simultane Teilnahme an mehreren Projekten erscheint auf dem Raspberry Pi aufgrund seiner eingeschränkter Rechenleistung allerdings nur mäßig sinnvoll.

Setzen Sie jedoch den BOINC-Client auch auf leistungsstarken Workstations oder Desktop-Systemen mit hoher Rechenleistung ein, so finden Sie dort unter Linux dieselbe Bedienoberfläche vor und können die brachliegende Rechenpower des Computers mehreren Projekten zur Verfügung stellen.

Der BOINC-Client stellt bei Ihrer Teilnahme an einem Projekt automatisch die vorhandene Rechenleistung des Computersystems fest, indem er einige Benchmarks ausführt. Das soll gewährleisten, dass tatsächlich nur überschüssige Leistung abgeschöpft wird und das BOINC-Tool nicht die komplette Leistung des Systems beansprucht.

Problematisch

Trotzdem empfiehlt es sich, während des Einsatzes des BOINC-Clients den Desktop von Raspberry Pi OS im Auge zu behalten. Erscheint oben rechts auf der Arbeitsoberfläche ein kleines Thermometer, so droht dem Kleincomputer die Überhitzung. Dieses Phänomen konnten wir im Test bereits bei einem Raspberry Pi der dritten Generation beobachten.

Diesem eigentlich noch ohne CPU- Kühlung einsetzbaren Einplatinenrechner sollten Sie daher zumindest eine passive Kühlung spendieren. Auf dem Raspberry Pi 4 dagegen ist es unumgänglich, eine leistungsfähige aktive Kühlung zu beschaffen, um Schäden am Gerät durch Überhitzung zu vermeiden.

Dabei gilt es, zu berücksichtigen, dass die erhöhte Abwärme nicht erst unter Volllast der CPU auftritt: Der Taskmanager von Raspberry Pi OS zeigt auf einem Raspberry Pi der dritten Generation eine durchschnittliche Prozessorlast zwischen 50 und 75 Prozent an, was bereits zu einer deutlichen Erwärmung des Systems führt. Der Mini-Computer reagiert dabei jedoch auf Benutzereingaben noch ohne spürbare Latenzen 3 3 .

Fortschrittlich

Sie können auch auf dem Raspberry Pi die Fortschritte der einzelnen Berechnungen, die Ihr Computer vornimmt, nahezu in Echtzeit nachvollziehen. Dazu klicken Sie im Projektfenster in der Menüleiste auf den Eintrag Ansicht und wählen die Option Erweiterte Ansicht… aus. Das voreingestellte Fenster schließt sich dann, stattdessen erscheint eine Detailansicht.

Darin finden Sie am oberen Rand mehrere horizontal angeordnete Reiter. Um Details über die bearbeiteten Aufgaben zu erhalten, klicken Sie zunächst auf den Reiter Aufgaben. Die Routine blendet nun eine übersichtliche Tabelle der vorhandenen Aufgaben ein, die der Raspberry Pi gerade bearbeitet 4 4 . In der Spalte Fortschritt sehen Sie zudem anhand eines fortlaufend aktualisierten Balkens, in welchem Stadium der Bearbeitung sich die betreffende Aufgabe gerade befindet.

Beachten Sie bitte, dass jede Aufgabe an einen Prozessorkern gebunden ist. Sie sehen also bei den Raspberry-Pi-Modellen der dritten und vierten Generation vier Aufgaben. Auf Desktop-Computern präsentiert der Client Ihnen meist deutlich mehr simultan bearbeitete Aufgaben, da hier bei Multi-Threading-Systemen auch logische Prozessorkerne Aufgaben zugewiesen bekommen und somit gesondert in der Tabelle erscheinen.

Im Reiter Projekte erscheinen dagegen alle Projekte, bei denen Sie registriert sind. Der Reiter Nachrichten beinhaltet neue Informationen rund um die von Ihnen registrierten Projekte, während die Reiter Statistiken und Festplatte statistische Angaben zur Massenspeicherbelegung und zu den abgearbeiteten Befehlen grafisch aufbereitet anzeigen. Im Reiter Übertragung finden Sie zudem Angaben über die Ergebnisse, die von Ihrem RasPi aus an die Server-Software übertragen wurden.

Ergänzend zu den in der Client-Software angezeigten Daten über Ihre Projektbeteiligung können Sie für alle von Ihnen unterstützten Projekte und Clients Daten über das Internet erhalten. Dabei werden – sofern Sie den BOINC-Client auch auf anderen Computersystemen nutzen – die Daten maschinenspezifisch angezeigt. Aus dem BOINC-Client heraus erreichen Sie diese Gesamtansicht über den Reiter Aufgaben, indem Sie dort im linken Fenstersegment nach unten in die Gruppe Projekt-Webseite scrollen und dort auf den Button My Contribution klicken.

Die Software öffnet nun auf dem RasPi den Chromium-Webbrowser mit Ihrer persönlichen Startseite beim World Community Grid, in die Sie sich mit Ihrer E-Mail-Adresse und Ihrem Passwort einloggen. Sie finden anschließend verschiedene Anzeigeoptionen zum Konto, den abgeschlossenen Aufgaben und den angemeldeten Computersystemen 5 5 .

Einstellungen

Stellen Sie während der Berechnungen fest, dass Ihr Raspberry Pi sich zu stark erwärmt, oder reagiert der Computer auf Eingaben aufgrund einer zu starken Belastung durch den BOINC-Client nur mit Verzögerung, entlasten Sie die Hardware durch eine Anpassung der Konfiguration. Dazu nutzen Sie im Menü Optionen, das Sie über die Menüleiste erreichen, den Eintrag Berechnungseinstellungen.

In dem umfangreichen, durch einzelne horizontale Reiter kategorisierten Dialog 6 6 geben Sie im ersten Reiter Berechnung läuft im oberen Bereich die maximale Prozessorlast an. In der Vorgabe nutzt BOINC alle Kerne und beansprucht maximal 60 Prozent der Prozessorzeit.

Die Kernlast ist ebenfalls in Prozentwerten angegeben, sodass Sie diese nicht in absoluten Zahlen verringern können.

In derselben Dialoggruppe veranlassen Sie die Software zudem durch Setzen eines Häkchens, bei anderweitiger Nutzung des Computers die Berechnungen zu unterbrechen. Dabei können Sie als Richtwert eine Zeitspanne angeben, während der der Client Mausbewegungen oder Tastatureingaben berücksichtigt. Zusätzlich können Sie in dem Dialog festlegen, dass der BOINC-Client bei einer vorgegebenen CPU-Last durch andere Applikationen ebenfalls die Berechnungen unterbricht.

Belohnung

Für Anwender, die das Nützliche mit dem Angenehmen verbinden möchten, besteht die Option, durch die Teilnahme an BOINC-Forschungsprojekten Gridcoins (GRC ) zu verdienen. Dabei handelt es sich um eine innovative Kryptowährung, die mit dem BOINC-Projekt kooperiert.

Um Gridcoins zu verdienen, müssen Sie eine entsprechende Wallet auf dem Raspberry Pi installieren .

Für unterschiedliche Linux-Plattformen finden Sie die entsprechenden Binärpakete auf der Webseite des Projekts zum Download. Hier gilt es, zu beachten, dass der Gridcoin-Client, der simultan zum BOINC-Client arbeitet, bis zu 10 Prozent der CPU-Rechenkapazität benötigt. Sie sollten daher im BOINC-Client die maximalen Leistungsschwellen für die CPU des Raspberry Pi anpassen, um den Kleincomputer nicht ständig zu überhitzen.

Alternativ verfügbare Online-Wallets eignen sich nicht für die Kombination mit BOINC-Projekten, da sie keine Forschungsboni annehmen können. Die beim Öffnen der Wallet nötige Synchronisation der Blockchain kann insbesondere beim ersten Laden mehrere Stunden Zeit beanspruchen. Daher sollte nach der Installation der Wallet der BOINC-Client deaktiviert oder angehalten sein.

Die Gridcoin-Wallet ist mit der individuellen BOINC-ID verknüpft, wobei je nach Umfang der Teilnahme an Forschungsprojekten Gridcoins in der Wallet landen. Sie können die Kryptowährung an einigen Kryptobörsen handeln oder auch Forschungsprojekten spenden, sofern diese Gridcoins annehmen. Ein direkter Umtausch in Realwährungen ist derzeit noch nicht möglich.

Fazit

Ältere RasPi-Boards, die Sie nicht mehr für Maker-Projekte oder den Produktiveinsatz nutzen, lassen sich mithilfe des BOINC-Clients, der diese Geräte für Forschungszwecke in verteilte Rechnernetze einbindet, weiter einem sinnvollen Zweck zuführen. Die Installation und Konfiguration bereiten keinerlei Probleme, die Software arbeitet stabil. Unter Dauerlast produziert die CPU allerdings eine erhebliche Abwärme, sodass Sie den RasPi mit einer Prozessorkühlung ausstatten sollten, um eine Überhitzung und Beschädigung zu vermeiden. (jlu) n