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Modellbildung und Umsetzung von Methoden zur energieeffizienten Nutzung von Containertechnologien
(2021)
Die Nutzung von Cloud-Software und skalierten Web-Apps sowie Web-Services hat in den letzten Jahren extrem zugenommen, was zu einem Anstieg der Hochleistungs-Cloud-Rechenzentren führt. Neben der Verbesserung der Dienste spiegelt sich dies auch im weltweiten Stromverbrauch von Rechenzentren wider, der derzeit etwas mehr als 1% (entspricht etwa 200 TWh) beträgt. Prognosen sagen für die kommenden Jahre einen massiven Anstieg des Stromverbrauchs von Cloud-Rechenzentren voraus. Grundlage dieser Bewegung ist die Beschleunigung von Administration und Entwicklung, die unter anderem durch den Einsatz von Containern entsteht. Als Basis für Millionen von Web-Apps und -Services beschleunigen sie die Skalierung, Bereitstellung und Aktualisierung von Cloud-Diensten.
In dieser Arbeit wird aufgezeigt, dass Container zusätzlich zu ihren vielen technischen Vorteilen Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs von Cloud-Rechenzentren bieten, die aus
einer ineffizienten Konfiguration von Containern sowie Container-Laufzeitumgebungen resultieren. Basierend auf einer Umfrage und einer Auswertung geeigneter Literatur werden in einem ersten Schritt wahrscheinliche Probleme beim Einsatz von Containern aufgedeckt. Weiterhin wird die Sensibilität von Administratoren und Entwicklern bezüglich des Energieverbrauchs von Container-Software ermittelt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Umfrage und der Auswertung werden anhand von Standardszenarien im Containerumfeld die Komponenten des de facto Standards Docker untersucht. Anschließend wird ein Modell, bestehend aus Messmethodik, Empfehlungen für eine effiziente
Konfiguration von Containern und Tools, beschrieben. Die Messmethodik sollte einfach anwendbar sein und gängige Technologien in Rechenzentren unterstützen. Darüber hinaus geben die Handlungsempfehlungen sowohl Entwicklern als auch Administratoren die Möglichkeit zu entscheiden, welche Komponenten von Docker im Sinne eines energieeffizienten Einsatzes und in Abhängigkeit vom Einsatzszenario der Container genutzt werden sollten und welche weggelassen werden könnten. Die resultierenden Container können im Sinne der Energieeffizienz auf Servern und gleichermaßen auf PCs und Embedded Systems (als Teil von IoT und Edge Cloud) eingesetzt werden und somit nicht nur dem zuvor beschriebenen Problem in der Cloud entgegenwirken.
Die Arbeit beschäftigt sich zudem mit dem Verhalten von skalierten Webanwendungen. Gängige Orchestrierungswerkzeuge definieren statische Skalierungspunkte für Anwendungen, die in den meisten Fällen auf der CPU-Auslastung basieren. Es wird dargestellt, dass dabei weder die tatsächliche Erreichbarkeit noch der Stromverbrauch der Anwendungen berücksichtigt werden. Es wird der Autoscaler des Open-Source-Container-Orchestrierungswerkzeugs Kubernetes betrachtet, der um ein neu entwickeltes Werkzeug erweitert wird. Es wird deutlich, dass eine dynamische Anpassung der Skalierungspunkte durch eine Vorabauswertung gängiger Nutzungsszenarien sowie Informationen über deren Stromverbrauch und die Erreichbarkeit bei steigender Last erreicht werden kann.
Schließlich folgt eine empirische Untersuchung des generierten Modells in Form von drei Simulationen, die die Auswirkungen auf den Energieverbrauch von Cloud-Rechenzentren darlegen sollen.
Mit der Globalisierung der Märkte und dem weitverbreiteten Einsatz von Kommunikations- und Informationstechnologien in Unternehmen sind in vielen Organisationen geographisch verteilt arbeitende Teams zum Standard geworden. Gleichzeitig gehören multiple Teammitgliedschaften (MTM), d.h. die simultane Zugehörigkeit zu mehreren Teams, für viele Mitarbeitende bereits zum Arbeitsalltag. Mit der Zuordnung von Personen zu multiplen Teams wollen Organisationen einen effektiven Einsatz ihrer personellen Ressourcen ermöglichen. Ob dies tatsächlich gelingt, ist bislang noch ungeklärt. Eine bedeutende Folge dieser Arbeitsstrukturen ist zudem die zunehmende Durchlässigkeit der Grenzen von Teams. Klare Teamgrenzen bleiben aber auch weiterhin ein wichtiger Faktor, um den Zusammenhalt eines Teams und eine effektive Zusammenarbeit der Teammitglieder sicherzustellen. Bislang gibt es keine empirischen Studien zum Zusammenhang von MTM und Teamgrenzen und nur wenige zu den Auswirkungen von MTM auf virtuelle Teamarbeit. Diese Arbeit ging in zwei Studien der Frage nach, in welchem Zusammenhang MTM mit Teamgrenzen und mit emotionalen und kognitiven Zuständen in virtuellen Teams steht und welche Effekte MTM und Teamgrenzen auf verhaltensbezogene Ergebnisse von Teamarbeit haben. Feldstudie: In einer querschnittlichen Online-Fragebogenstudie mit 105 Mitarbeitenden zweier globaler Unternehmen wurde der Zusammenhang von MTM mit Teamgrenzen sowie mit Commitment (emotionaler Zustand) und Team Mentalen Modellen (kognitiver Zustand) untersucht. Neben der Anzahl an Teammitgliedschaften wurden der prozentuale Arbeitszeitanteil im Team und der Virtualitätsgrad in der Zusammenarbeit als Indikatoren von MTM erfasst. Die Prüfung der Zusammenhänge über den Partial-Least-Square Ansatz ergab positive Zusammenhänge von MTM sowie Prozentanteil Arbeitszeit mit Commitment und Team Mentalen Modellen. Ein Zusammenhang von MTM und Teamgrenzen blieb überraschenderweise aus. Ein höherer Virtualitätsgrad ging mit einem geringeren Commitment zum Team und mit als schwächer wahrgenommenen Teamgrenzen einher. Laborstudie: In einer laborexperimentellen Studie mit 178 Studierenden wurden die Effekte von MTM (vier vs. eine Teammitgliedschaft) und Teamgrenzen (gestärkt vs. nicht gestärkt) auf Informationsflut, Koordinationserfolg und Leistung als verhaltensbezogene Ergebnisse virtueller Teamarbeit getestet. MTM zeigte in den Regressionsanalysen weder einen Effekt auf Informationsflut noch auf Koordinationserfolg. Die objektive Leistung viel jedoch bei Versuchspersonen mit vier Teammitgliedschaften signifikant schlechter aus als bei Versuchspersonen mit einer Teammitgliedschaft. Für subjektive Leistungsmaße blieb ein entsprechender negativer Effekt aus. Die Stärkung der Teamgrenzen führte zu einer positiveren Einschätzung des Koordinationserfolgs und der Leistung und reduzierte die Wahrnehmung von Informationsflut. Die Ergebnisse der beiden Studien deuten darauf hin, dass MTM in Abhängigkeit von den betrachteten Indikatoren sowohl positive als auch negative Zusammenhänge mit Prozessen und Ergebnissen in Teams hat. Für MTM haben sich unter den kontrollierten Bedingungen des Experimentes kaum direkte Effekte eingestellt, während in der Feldstudie positive Zusammenhänge mit emotionalen und kognitiven Zuständen eine (mittelfristig) positive Wirkung von MTM andeuten. Dies kann als Hinweis interpretiert werden, dass MTM eher zeitlich versetzte oder über indirekte Mechanismen vermittelte Effekte auf virtuelle Teamarbeit hat. Die im Experiment durch MTM reduzierte objektive Leistung bei gleichbleibender subjektiver Leistungsbewertung deutet darauf hin, dass ein Leistungsabfall durch MTM von den betroffenen Personen möglicherweise nicht bewusst wahrgenommen wird. Teamgrenzen scheint hingegen einen insgesamt förderlichen Faktor für die Zusammenarbeit in virtuellen Teams darzustellen.