Pi4 Green-NAS (Serial- und Relais-HAT)

Für mei­nen Home­ser­ver in Ge­stalt ei­nes Rasp­berry PI4B be­nö­tig­te ich ei­ni­ge Er­wei­te­run­gen, so dass ich mich letzt­lich da­zu ent­schloss, ein ei­ge­nes Er­wei­te­rungs­board zu ent­wi­ckeln.

Ich wer­de im Wei­te­ren den Be­griff HAT weit­ge­hend ver­mei­den und statt­des­sen von ei­nem Er­wei­te­rungs- (Ex­ten­sion-) Board re­den, denn das ist es nun ein­mal.

Ich ha­be nicht viel üb­rig für Leu­te, die stän­dig neue Be­grif­fe für al­te So­cken er­fin­den – HAT, Shield, Sketch — App...

Funktion

Hier das fer­ti­ge Board, auf­ge­steckt auf mei­nem Pi4B.

Das Board ent­hält vier Re­lais­trei­ber, ge­eig­net zum An­schluss von zwei bi­sta­bi­len oder eben vier mo­no­sta­bi­len Re­lais.

Zu­sätz­lich ist UART5 als RS-232-Schnitt­stel­le, inkl. RTS/CTS, auf ei­nem 9-pol. Sub-D Ste­cker (wie bei ei­nem PC) he­r­aus­ge­führt.

Ei­ne An­ek­do­te ne­ben­bei: die Wi­der­stän­de und Di­oden die Sie auf dem Fo­to se­hen, stam­men tat­säch­­lich aus mei­nem Sor­ti­ment das ich in mei­ner Lehr­zeit an­ge­schafft ha­be, vor ca. 45 Jah­ren... die im­mer noch pro­blem­los lötbar wa­ren, oh­ne La­ge­rung un­ter Schutz­gas oder ähn­li­chem!
Damals wa­ren Me­tall­film-Wi­der­stän­de noch nicht sehr ver­brei­tet, ent­spre­chend teu­er und 5 % To­le­ranz wa­ren der Stand der Tech­nik, die aber auch hier mehr als aus­rei­chend ist.
Tat­säch­lich ha­be ich auch noch Wi­der­stän­de mit sil­ber­nem To­le­ranz­ring (±10 %) oder gänz­lich oh­ne (±20 %) in Er­in­ne­rung...

Grund­sätz­lich funk­tio­nie­ren die Re­lais­trei­ber mit je­dem Pi mit 40-pol. Stift­leis­te, al­so ab Pi1B+, die Schnitt­stel­le er­for­dert je­doch min­des­tens ei­nen Pi4B.

Schalt­plan und Lay­out wur­de auch dies­mal wie­der mit KiCad er­stellt. In­zwi­schen muss ich sa­gen, KiCad hat sich als ein durch­aus pro­fes­sio­nel­les Werk­zeug zur Er­stel­lung von Schalt­plä­nen und den zu­ge­hö­ri­gen Lei­ter­plat­ten-Lay­outs er­wie­sen. Es hat im­mer noch deut­li­che Schwä­chen aber auch sei­ne Stär­ken und wenn man ei­ne Wei­le da­mit ge­ar­bei­tet hat (und sich nicht zu sehr an die mit­ge­lie­fer­te Bi­blio­thek klam­mert) und weiß, was man in KiCad ma­chen kann oder viel­leicht bes­ser aus LibreCad im­por­tiert kann man sehr gut und schnell da­mit ar­bei­ten. Auch die Mög­lich­keit, die human readable Da­tei­en di­rekt mit ei­nem Edi­tor zu be­ar­bei­ten er­wies sich zu­wei­len als extrem zeit­spa­rend. Ein ein­fa­ches Suchen-und-Er­set­zen kann in ei­ner 20 k€-Suite der Kon­kur­renz ei­ne Stun­de Ar­beit be­deu­ten.

Die Re­lais ha­be ich je­weils in ei­nen Zwi­schen­ste­cker (Goobay 68906) ein­ge­baut. Die­ser ist bei mei­nem Händ­ler für € 1,70 mit Schal­ter er­hält­lich und kos­tet so nicht ein­mal ein Zehn­tel ei­nes ent­spre­chen­den Leer­ge­häu­ses. Ein aus­ge­dien­tes Te­le­fon-An­schluss­ka­bel dient als Ver­bin­dung, mit per­fekt sit­zen­der, ver­dreh­si­cherer Zug­ent­las­tung.

Den Schal­ter ha­be ich aus­ge­lö­tet und durch das Re­lais er­setzt. Wun­der­sa­mer­wei­se passt es per­fekt an die Stel­le des Schal­ters. Es ist fast ge­nau­so breit und hat auch die glei­che Hö­he, so dass das Loch des Schal­ters voll­kom­men ab­ge­deckt ist und kei­ne Ge­fahr be­steht, das da­durch ir­gend et­was ins Innere ge­lan­gen und mög­li­cher­wei­se ei­nen Kurz­schluss ver­ur­sa­chen könn­te.

Her­kömm­li­che NAS-Ser­ver be­nö­ti­gen selbst im Stand­by un­nö­tig viel Strom, ins­be­son­de­re wenn man sie nur sel­ten tat­säch­­lich be­nö­tigt. Ich hat­te ei­ni­ge Zeit ei­nen Thecus N5550 im Ein­satz, der mit fünf 2 TB-Plat­ten (al­so 8 TB netto) selbst im Stand­by 26 W be­nö­tig­te, das ent­spricht et­wa 5 €/Mo­nat, nur da­mit es da ist (ak­tiv: 50 W). Für die 60 € im Jahr könn­te ich an Sil­ves­ter wirk­lich gut es­sen ge­hen. Wir schaf­fen das bil­li­ger!

Tat­säch­lich ist die Ver­wen­dung meh­re­rer Fest­plat­ten im Raid-Ver­bund für die al­ler­meis­ten Heim­an­wen­der (und wohl auch für die meis­ten selbst­stän­di­gen Un­ter­neh­mer oder SOHOs) pu­re Ver­schwen­dung. Viel wich­ti­ger ist ein re­gel­mä­ßi­ges Back­up. 3,5"-Fest­plat­ten sind heu­te bis zu 24 TB er­hält­lich, was für mich und wohl die meis­ten an­de­ren Leu­te mehr als aus­reicht.

Die Mehr­heit der Privat- und So­ho-Ad­mi­nis­tra­to­ren wür­den den Aus­fall ei­ner Plat­te wohl erst be­mer­ken, wenn auch noch ei­ne zwei­te aus­fällt und kein Zu­griff mehr mög­lich ist. Si­cher­lich dau­ert das län­ger, das Sys­tem funk­tio­niert län­ger, aber futsch ist futsch! Wer ach­tet schon da­r­auf, ob am NAS et­was blinkt oder rot leuch­tet? Hof­fent­lich ha­ben sie dann we­nigs­tens ein Back­up!

Wenn ein Crypto-Tro­ja­ner ih­re Fest­plat­te ver­schlüs­selt geht das re­la­tiv schnell (na ja, Stun­den, aber Sie be­mer­ken den Vor­gang ja nor­ma­ler­wei­se nicht so­fort) und dann ist auch ihr RAID über Nacht ver­schlüs­selt!

Des­halb muss die Back­up-Plat­te re­gel­mä­ßig durch ei­ne zwei­te (drit­te, vier­te...) er­setzt wer­den so dass im­mer ei­ne Plat­te ver­füg­bar ist, die nicht online ist und da­mit eben­falls ver­schlüs­selt wer­den wür­de!

Ein Back­up kann nur durch häu­fi­ge­res Back­up er­setzt wer­den, so häu­fig, dass sich ei­ne Lö­se­geld-For­de­rung für den An­grei­fer nicht ren­tiert bzw. Sie sa­gen kön­nen, ein Re­store ist bil­li­ger!

Fest­plat­ten sind bil­lig. Billig im Ver­gleich zu ei­nem mög­li­chen Da­ten­ver­lust, selbst im pri­va­ten Be­reich (den­ken Sie da­r­an, al­le Fo­tos ih­res Le­bens sind weg... was wä­ren die­se Ihnen wert ge­we­sen? Jetzt oder in 30 Jah­ren?) Jedes Jahr ei­ne neue zu kau­fen und zwan­zig da­von in Ro­ta­tion zu hal­ten ist nichts im Ver­gleich zu ei­nem mög­li­chen Ver­lust!

Als Pri­vat­an­wen­der brau­chen Sie viel­leicht kei­ne zwan­zig Fest­plat­ten, aber je­de ein­zel­ne er­höht die Chan­ce, dass Sie ir­gend­et­was un­wie­der­bring­li­ches wie­der her­stel­len kön­nen, auch wenn Sie es ver­se­hent­lich vor Jah­ren ge­löscht ha­ben und erst jetzt be­mer­ken.

Den­ken Sie da­r­an, die Back­up-Plat­te in die­sem Fall Read-Only zu moun­ten. So kann ein evtl. im­mer noch ak­ti­ver Vi­rus sie nicht un­brauch­bar ma­chen (au­ßer er ist in­tel­li­gent ge­nug und hat sich ent­spre­chen­de Rechte er­gau­nert um sie wo­an­ders R/W moun­ten zu kön­nen!) Ein NFS-Mount aus ei­nem de­fi­ni­tiv un­ver­seuch­tem Sys­tem könn­te viel­leicht die Lö­sung sein, oder ei­ne Ko­pie auf ei­nem USB-Stick, die man ggf. er­set­zen könn­te. Sei­en Sie in je­dem Fall vor­sich­tig mit den zwei oder drei Back­up-Plat­ten! Ver­wen­den sie nur Ko­pien da­von, die Sie auf ei­nem si­che­ren Sys­tem er­stellt ha­ben, auch wenn dies Zeit kos­tet!

Der Ver­lust des ak­ti­ven Sys­tems darf nur re­la­tiv ge­rin­ge Kos­ten ver­ur­sa­chen. Bei mir als Pri­vat­an­wen­der reicht ein wö­chent­li­ches Back­up nor­ma­ler­wei­se völ­lig aus, bei ei­ner mit­tel­stän­di­schen Fir­ma viel­leicht täg­lich, bei grö­ße­ren Fir­men eher öf­ter (oder dif­fe­ren­zier­ter, ak­tu­el­le Da­ten müs­sen öf­ter ge­si­chert wer­den, Ar­chiv­da­ten eher sel­te­ner).

Des­halb ha­be ich nicht nur Back­ups der Soft­ware, auch ein zwei­ter Pi4B liegt bei mir in der Schub­la­de, mit ei­ner zwar et­was äl­te­ren, aber durch­aus funk­tio­nie­ren­den SD-Kar­te und er kann das ak­tu­el­le Sys­tem bin­nen ei­ner hal­ben Stun­de über­neh­men.

Wenn man un­be­dingt mehr als ei­ne Plat­te für NAS braucht, könn­te man an die­ser Stel­le über ei­ne Dual-Do­cking­sta­tion oder ein Mobius-Ge­häu­se so­wie evtl. Soft­ware-RAID nach­den­ken, ich ha­be das nicht ge­tan.

Mein Back­up-Skript ist zu­sätz­lich so ge­stal­tet, dass die Back­up-Plat­te na­tür­lich for­ma­tiert sein muss, aber auch je­des zu si­chern­de (Root-) Ver­zeich­nis be­reits ent­hal­ten muss (zu­min­dest als lee­res Ver­zeich­nis). So kann man z.B. klei­ne­re (üb­rig ge­blie­be­ne) Fest­plat­ten als Back­up ver­wen­den um nur be­stimm­te bzw. häu­fig ge­än­der­te Ver­zeich­nis­se zu si­chern.

Leider gibt es die­se Mög­lich­keit nicht für das Un­mount! Ich ha­be das so ge­löst:

Das Mount-Skript schal­tet die Fest­plat­te ein, war­tet 20 Se­kun­den bis sie be­reit ist und setzt mit­tels hdparm ei­ne an­ge­mes­se­ne Sleep-Zeit so dass die Plat­te zu­min­dest in Standy geht, wenn sie nicht mehr be­nutzt wird.

Ein Pro­blem da­bei ist, das Autofs das Er­geb­nis des Skripts an­schei­nend ei­ne ge­wis­se Zeit lang cached und so das Skript nicht je­des mal aus­führt! Offen­sicht­lich ist es nicht für ei­ne An­wen­dung wie die­se ge­dacht...

Das ist si­cher­lich nicht op­ti­mal aber es kommt dem ge­wünsch­ten Ziel schon sehr na­he.

Dockingstations

Nicht je­de Do­cking­sta­tion oder je­des USB-Ge­häu­se eig­net sich für un­se­ren Zweck.

Ei­ne Sharkoon Dual Do­cking­sta­tion schied bspw. aus, weil sie kei­nen ech­ten Ein­schal­ter hat. Sie wird über ei­nen Tas­ter ein­ge­schal­tet und ist beim An­le­gen der Ver­sor­gung stets aus 😠. Wa­rum bloß baut man so ei­nen Scheiß?

Kos­ten­mäßig sind wir hier bei ca. 6,50 € pro Jahr für den Raspi, selbst wenn die Plat­te Tag und Nacht ak­tiv wä­re macht es nur 40.00 € pro Jahr aus.

Zum Ver­gleich: bei dem pro­fes­sio­nel­len NAS mit 5 Plat­ten wä­ren wir hier bei 57,00 € bzw. 110,00 € pro Jahr. Da die Plat­te(n) ge­ra­de im pri­va­ten Um­feld nor­ma­ler­wei­se eher sel­ten be­nutzt wer­den kön­nen wir von ei­ner (En­er­gie-) Er­spar­nis von et­wa Fak­tor 6..8 aus­ge­hen.

Na­tür­lich hat das Pro­fi-Sys­tem auch sei­ne Vor­tei­le, die es haupt­säch­­lich im Um­feld mit zig oder mehr Be­nut­zern die rund um die Uhr ar­bei­ten, voll aus­spie­len kann. Dann ist es ein­fach schnel­ler. Zudem könn­te ein Aus­fall ei­ner ein­zi­gen Fest­plat­te durch ei­nen auf­merk­sa­men (!) Ad­mi­nis­tra­tor oh­ne Be­triebs­un­ter­bre­chung oder Da­ten­ver­lust re­pa­riert wer­den. Für die al­ler­meis­ten Privat- und SOHO-An­wen­der hat dies je­doch kei­ne wirk­li­che Be­deu­tung.