Infrastructure as a Service - Cloud Computing hilft Onlineshops sparen

Cloud Computing umfasst drei große Bereiche: Software as a Service, Plattform as a Service und Infrastructure as a Service (Siehe Grafik). Große Einsparpotenziale von 50 Prozent und mehr werden vor allem dem Bereich Infrastructure as a Service zugeschrieben. In diesem Kontext sind Lastspitzen, Lastschwankungen und der Bedarf einer Entwicklungs- und Testumgebung die drei häufigsten Einsatzszenarien von Cloud Computing.

Lastspitzen - TV, Social Media und Co.

Für Lastspitzen gibt es bei Onlineshops verschiedene Ursachen, wie die folgende Tabelle zeigt.

Szenarien	Beispiele	Beginn	Dauer
Verkaufsstart eines Produktes mit begrenzter Verfügbarkeit	Karten für Konzerte und Veranstaltungen	Bekannt und planbar	Wenige Stunden
Werbemaßnahme oder Bericht in reichweitenstarken Medien	Zeitungsartikel, TV-Spot, TV-Bericht	Häufig ist die Veröffentlichung nicht oder nur wenige Stunden vorher bekannt	Wenige Minuten bis Stunden
Virale Effekte zum Shop oder speziellen Produkten	Social Networks, Blogs, Twitter und Co.	Nicht planbar	Teilweise über Tage

Lastspitzen sind das Paradebeispiel für den Einsatz von Cloud-Infrastruktur. Egal ob eine Lastspitze vorhersehbar ist oder nicht - große und schnelle Sprünge in der IT-Infrastruktur sind weder inhouse noch beim klassischen Business Hoster der Wahl möglich. Die wenigsten Webshops können daher schnell genug auf den zusätzlichen Bedarf reagieren. Von der Bestellung bis zum laufenden Server vergeht mindestens ein Werktag - häufig aber deutlich mehr. Gänzlich unmöglich wird die schnelle Umsetzung des Unterfangens bei einem Wachstum um mehrere Server.

Selbst wenn klassische Business Hoster ein schnelles Hinzufügen von Ressourcen ermöglichen, gibt es keine Möglichkeit, nach dem Ende der Lastspitze die verwendeten Server kurzfristig wieder zurückzugeben. Mindestvertragslaufzeiten von einem bis zu 24 Monaten binden den Webshop langfristig an die neuen Server.

Rechenbeispiel Lastspitzen - Webshop eines Filmfestivals

Die Webseiten eines Filmfestivals beinhalten alle wichtigen Informationen für Zuschauer und Presse sowie einen Shop für den Kartenverkauf. Das Festival findet regelmäßig jedes Frühjahr statt. Besonders zum Verkaufsstart der Festival-Tickets aber auch zur Bekanntgabe der Preisträger erwartet die Seite einen extremen Besucheransturm.

Die Festivalseite wird in einer typischen Serverlandschaft, bestehend aus Load Balancer, Applikations- und Datenbankservern betrieben. Für die Festivalseite werden außerhalb des Festivalmonats ein Datenbankserver, zwei Webserver und ein Load Balancer benötigt. Um die Lastspitzen im Festivalmonat abzufangen besteht die Infrastruktur aber aus insgesamt 21 Servern.

In der folgenden Übersicht werden die Kosten bei einem klassischen Business Hoster den Kosten beim IaaS-Anbieter Amazon   gegenübergestellt.

	Business Hoster	Amazon
Load Balancer	~ 100 €	~ 50 €
Webserver	~ 75 €	~ 150 €
Datenbank	~ 300 €	~ 400 €
Festivalmonat
Infrastruktur	1x Load Balancer 16 x Webserver 4 x Datenbank	1 x Load Balancer 16 x Webserver 4 x Datenbank
Kosten	2.500 €	4.050 €
Normaler Monat
Infrastruktur	1x Load Balancer 16 x Webserver 4 x Datenbank	1 x Load Balancer 2 x Webserver 1 x Datenbankserver
Kosten	2.500 €	750 €
Gesamtkosten	30.000 €	12.300 €

Durch den Einsatz von Cloud Infrastruktur ergibt sich eine Kostenersparnis von deutlich mehr als 50 Prozent im Jahr. Nicht beachtet sind folgende Aspekte: Einmalige Setupgebühren beim Business Hoster, Kosten für Traffic und Speicherplatz, Backups und Lastschwankungen im Tagesverlauf. Würden diese Aspekte berücksichtigt, könnten sich die Verhältnisse verschieben. Die Grundaussage bliebe aber bestehen.

Lastschwankungen - an Wochenenden und in der Nacht

Jede Webseite und auch jeder Shop unterliegt Lastschwankungen. Die am häufigsten auftretenden Muster sind Schwankungen im Tagesverlauf (Tag/Nacht) und während der Woche (Woche/Wochenende). Bei Shops kann es außerdem zum Beispiel auch zu saisonalen Schwankungen kommen. Im Vergleich zu Lastspitzen sind Schwankungen in ihrem Ausmaß begrenzt und durch die Betrachtung von zurückliegenden Lastkurven und Erfahrungswerten sehr gut vorherzusehen.

Ein Shop, der ausschließlich zu den üblichen Geschäftszeiten unterhalb der Woche den Bedarf für einen zweiten Server hat, könnte diesen Server automatisch zum Beginn der Geschäftszeiten starten und zum Ende wieder herunterfahren. Bei einem solchen Setup läuft der zusätzliche Server weniger als 25 Prozent der Zeit im Monat und die Ersparnis beträgt somit mehr als 75 Prozent der Kosten. Wäre der Server nur am Wochenende erforderlich, könnten sogar über 95 Prozent der Kosten eingespart werden.

Es muss also nicht immer die Ausnahmesituation einer Lastspitze sein, auch vergleichsweise unspektakuläre Lastschwankungen können durch den Einsatz von Cloud Hosting zu hohen Einsparungen führen.

Eine Überlagerung von Lastschwankungen und Lastspitzen würden in der Gesamtbilanz natürlich eine noch größere Einsparung ergeben. Denn auch während eines Festivalmonats kaufen weniger Menschen Tickets in der Nacht als am Tag.

Die Cloud als Entwicklungs- und Testumgebung

Webshops unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung. Ohne Optimierung des eigenen Systems kann heute kein Webshop mehr erfolgreich arbeiten.

Entwicklungsumgebung
Häufig dient ein alter, beim Update auf leistungsstärkere Hardware übriggebliebener Server den Entwicklern als Test- und Entwicklungssystem. Auch hier können Cloud Server eingesetzt werden: In den Entwicklungsphasen können die Entwickler die benötigte Hardware abrufen. So wie der eigene PC oder Laptop kann dann auch die Entwicklungsumgebung ein- und ausgeschaltet werden. Somit ergeben sich Einsparungen analog zu den schon beschriebenen Lastschwankungen.

Staging und Migration
Ein Update auf eine neue Version einer Webapplikation ist immer mit ein wenig Nervenkitzel verbunden. Trotz guter Vorbereitung treten Fehler auf, die durch kleinste Unterschiede in Entwicklungs- und Liveumgebung ausgelöst werden. Solche Fehler können zu längeren Wartungsfenstern oder gar Totalausfällen führen.

Aber das geht auch anders: Die neue Version des Shops kann alternativ auf einem neuen Server bzw. Cluster in der Cloud installiert werden. Dieser Cluster wird einfach vom Zustand des Livesystems geklont. Sobald die neue Version auf dem geklonten System bereit ist, wird die IP-Adresse über den Cloud-Anbieter vom alten auf das neue System geschaltet. Im Anschluss werden die Server des alten Shops gelöscht.

Dieses Verfahren hat nur eine minimale Downtime während des Umschaltens der IP-Adresse des Shops zur Folge, bedingt aber, dass der alte Shop auch schon in der Cloud gehostet wurde.
Die Mehrkosten bei dem Beispiel der Festivalseite für die Dopplung der Infrastruktur auf 42 Server betragen pro Stunde ungefähr 8 Euro. Dafür erhält das Unternehmen einen deutlich sichereren, stabileren und stressfreien Umzug auf eine neue Version der Seite.

Ein derartiges Staging-System eignet sich aber nicht nur für die Migration auf eine neue Version, sondern insbesondere auch für Lasttests, da es nie eine gute Idee ist, eine Lastsimulation auf dem Livesystem zu starten.

Migration in die Cloud

Zurzeit existieren noch relativ wenige IaaS-Anbieter. Dominiert wird der Markt von Amazon mit Amazon Web Services. Das Unternehmen schafft nicht nur das umfassendste Angebot, sondern erreicht bisher auch die bei weitem höchste Marktdurchdringung.
Amazon bietet neben Servern und Speicherplatz auch Datenbank- und Kommunikationssysteme als Service an. Diese Services werden inzwischen in 10 Rechenzentren in den USA, Europa und Asien angeboten.

Neben Amazon gibt es eine kleine Zahl amerikanischer und britischer Unternehmen, wie zum Beispiel GoGrid  , Flexiant   und Rackspace  .

Auch auf dem deutschen Markt gibt es die ersten Angebote in Richtung IaaS. Abgesehen von jiffybox von domainfactory   haben die übrigen Angebote der deutschen Anbieter bisher nicht das Potenzial entwickelt, sich von den altbekannten vServer-Lösungen zu unterscheiden. Damit sind auch mit diesen Angeboten entsprechende Vertragslaufzeiten und eine fehlende Programmierschnittstelle zur Steuerung der Serveranzahl mittels Managementsoftware oder Shop-Software verbunden.

Nach den Erfolgen durch Amazon und der großen Nachfrage ist es aber wohl nur eine Frage der Zeit, bis auf dem deutschen Markt vergleichbare Angebote entstehen.

Die Hürden - ein langer Weg in die Cloud

Leider sind die Hürden für einen Weg in die Cloud bisher - insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) - recht hoch. Die Konzepte und technischen Implikationen dahinter unterscheiden sich unter den IaaS Anbietern stark. Die Informationen der Anbieter stehen, mit Ausnahme von Amazon, nur in englischer Sprache zur Verfügung und sind für den Laien kaum verständlich. Eine Migration in die Cloud und die Evaluation des damit verbundenen Aufwands sind daher keine Aufgaben für den Teilzeit-Admin.

Auf folgende Aspekte in der Cloud gilt es insbesondere Rücksicht zu nehmen: Eventual Consistency, Persistenz der Daten, Backups/Snapshots und vor allem die Automatisierung der Administration.

Automatisierung ist Pflicht, wird aber nicht von IaaS-Anbietern selbst ermöglicht. Händisch die benötigten Server in der Cloud zu starten und einmalig zu konfigurieren hat gegenüber dem klassischen Business Hoster kaum Vorteile. Erst durch die Automatisierung wird es möglich, bei Bedarf mehr Ressourcen hinzuzufügen und später wieder zu entfernen und damit die oben beschriebenen Einsparungen zu realisieren. Dies ist aber leider nicht trivial.

So muss ein neu in den Cluster hinzugefügter Applikationsserver mit einem Betriebssystem versehen werden. Nach erfolgreicher Konfiguration von Softwareabhängigkeiten muss die eigene Shop-Software auf den Server gelangen. Erst im Anschluss können die Verbindungen zu den anderen Servern im Cluster hergestellt werden und der Applikationsserver erhält die benötigten Informationen zur Datenbank, der Load Balancer empfängt im Anschluss die Informationen zum fertigen Applikationsserver. Dieser Prozess sollte in wenigen Minuten abgeschlossen sein und natürlich auch in die andere Richtung funktionieren. Erst wenn die Frage des Hinzufügens und Entfernens von Cloud Infrastruktur gelöst ist, kann tatsächlich von den Vorteilen der Cloud profitiert werden.

Inzwischen gibt es verschiedene Lösungen, um Unternehmen einen wesentlichen Teil dieser Aufgaben abzunehmen, so zum Beispiel EngineYard  , RightScale   und Scalarium  .

Fazit

Große Einsparpotenziale und ein Flexibilitätsgewinn in der Cloud sind Realität. Leider lassen sich diese aber nicht wie versprochen schnell und einfach realisieren, sondern bedürfen einiger Expertise und Zeit für die Umsetzung. Erst in jüngster Zeit entstehen neue Angebote von Dienstleistern, die Unternehmen bei der Umsetzung helfen und somit einen wesentlichen Beitrag für das Heben der versprochenen Einsparpotenziale leisten.

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iBusiness-Autor Thomas Metschke ist Vorstand der Peritor GmbH   und beschäftigt sich seit Ende 2005 mit Cloud Infrastruktur. Als erster europäischer Partner von Amazon und mit Kunden wie BILD digital, der Deutschen Bahn, SUSE/Novell, dem WDR und vielen anderen kann Peritor mit einem sehr großen Erfahrungsschatz im Bereich Cloud Computing aufwarten.