{"id":23979,"date":"2023-02-14T00:04:26","date_gmt":"2023-02-13T23:04:26","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/?p=23979"},"modified":"2023-06-18T17:18:13","modified_gmt":"2023-06-18T15:18:13","slug":"ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/index.php\/2023\/02\/14\/ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems\/","title":{"rendered":"Ans\u00e4tze f\u00fcr nachhaltige Softwareentwicklung in Large-Scale Systems"},"content":{"rendered":"<div class=\"wp-block-aioseo-table-of-contents\"><ul><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-einleitung\">Einleitung<\/a><\/li><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-softwareentwicklung-und-dessen-einfluss-auf-die-umwelt\">Softwareentwicklung und ihre Auswirkungen auf die Umwelt<\/a><\/li><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-effiziente-softwaretechniken\">Effiziente Softwaretechniken<\/a><\/li><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-cloud-computing-und-nachhaltigkeit\">Cloud Computing und Nachhaltigkeit<\/a><\/li><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-green-computing-fur-large-scale-systems\">Green Computing f\u00fcr Large-Scale Systems<\/a><\/li><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-fazit\">Fazit<\/a><\/li><li><a class=\"aioseo-toc-item\" href=\"#aioseo-quellen\">Quellen<\/a><\/li><\/ul><\/div>\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-einleitung\">Einleitung<\/h2>\n\n\n\n<p>Der Klimawandel ist in den letzten Jahren weltweit zu einer gro\u00dfen Herausforderung geworden. Der Aussto\u00df von Treibhausgasen ist nach wie vor hoch. Nach Angaben des Umweltbundesamtes gehen die CO2-Emissionen in Deutschland zwar kontinuierlich zur\u00fcck, weltweit ist der Trend jedoch weiterhin steigend, so dass die globalen Kohlendioxidemissionen kontinuierlich zunehmen [1]. Aufgrund der Corona-Pandemie konnte zwar ein deutlicher R\u00fcckgang der Emissionen in den Vorjahren verzeichnet werden, dennoch steigen die Zahlen wieder an [2]. Sollte es in Zukunft nicht gelingen, den hohen Energieverbrauch und den Aussto\u00df von CO2 nachhaltig zu reduzieren, muss mit Umweltkatastrophen gerechnet werden. In Zeiten der Digitalisierung, spielt auch die Softwareentwicklung eine gro\u00dfe Rolle beim Thema Umweltschutz. Die Auswirkungen der IT auf die Umwelt haben in den letzten Jahrzehnten durch die Zunahme der Digitalisierung zugenommen. Digitalisierung und innovative Technologien sollen CO2-Emissionen reduzieren. Riesige Rechenzentren, Datenzentren und IT-Infrastrukturen sowie gro\u00dfe Datenmengen ben\u00f6tigen jedoch viel Energie. Der Energiebedarf in diesem Sektor ist in den letzten Jahren stark angestiegen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full is-resized\"><a href=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/1.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" data-attachment-id=\"23980\" data-permalink=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/index.php\/2023\/02\/14\/ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems\/1-5\/\" data-orig-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/1.png\" data-orig-size=\"606,392\" data-comments-opened=\"1\" data-image-meta=\"{&quot;aperture&quot;:&quot;0&quot;,&quot;credit&quot;:&quot;&quot;,&quot;camera&quot;:&quot;&quot;,&quot;caption&quot;:&quot;&quot;,&quot;created_timestamp&quot;:&quot;0&quot;,&quot;copyright&quot;:&quot;&quot;,&quot;focal_length&quot;:&quot;0&quot;,&quot;iso&quot;:&quot;0&quot;,&quot;shutter_speed&quot;:&quot;0&quot;,&quot;title&quot;:&quot;&quot;,&quot;orientation&quot;:&quot;0&quot;}\" data-image-title=\"1\" data-image-description=\"\" data-image-caption=\"\" data-large-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/1.png\" src=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/1.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-23980\" width=\"608\" height=\"393\" srcset=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/1.png 606w, https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/1-300x194.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 608px) 100vw, 608px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Abbildung 1: Energiebedarf von Rechenzentren in Europa pro Jahr (Quelle: https:\/\/www.borderstep.de\/2020\/11\/30\/deutlicher-anstieg-des-energiebedarfs-der-rechenzentren-im-jahr-2020\/)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Die wachsende Zahl von Nutzern und die Nachfrage nach umfangreichen Inhalten (Cloud-Computing und Big-Data-Anwendungen, soziale Netzwerke und Foto-Sharing, Video Streaming auf Abruf usw.) erfordern enorme Bandbreiten, sowie Rechen- bzw. Speicherkapazit\u00e4ten. Distributed Large-Scale Systems werden daher immer leistungsf\u00e4higer und gr\u00f6\u00dfer. Large-Scale Systems, also softwareintensive Systeme und high-performance Computing Cluster mit einer enormen Menge an Hardware, Quellcodezeilen, Benutzerzahlen und Datenmengen haben daher ebenfalls einen Einfluss auf den CO2-Fu\u00dfabdruck. Large-Scale Systeme ben\u00f6tigen oft eine gro\u00dfe Menge an Energie f\u00fcr die Stromversorgung und K\u00fchlung von Servern, Netzwerkausr\u00fcstung und Speicherger\u00e4ten. Sch\u00e4tzungen zufolge ben\u00f6tigt das Internet durchschnittlich 240 GW Energie [3], was etwa 12,6% der weltweit erzeugten elektrischen Energie entspricht.<\/p>\n\n\n\n<p>Moderne Technologien, sowie verbesserte Hardware, Software und Rechenzentruminfrastrukturen werden zwar immer effizienter, dennoch ist es nicht gelungen, den Anstieg im Energiebedarf zu senken. Um dem entgegenzuwirken gibt es verschiedene M\u00f6glichkeiten. Durch gr\u00fcne und nachhaltige IT (Green IT) und Green Coding k\u00f6nnen Energieeinsparungen erzielt werden.<\/p>\n\n\n\n<p><em>&#8220;Green IT is the study and practice of designing, manufacturing, using, and disposing of computers, servers, and associated subsystems (such as monitors, printers, storage devices, and networking and communications systems) efficiently and effectively with minimal or no impact on the environment&#8221; [4].<\/em><\/p>\n\n\n\n<p>Software alleine verbraucht zwar weder Energie, noch st\u00f6\u00dft sie Emissionen aus, doch das Problem ist, wie die Software entwickelt wird. Es gibt hier verschiedene Techniken, um effizientere und performantere Software zu entwickeln und auch M\u00f6glichkeiten Large-Scale Systems nachhaltig zu entwerfen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-softwareentwicklung-und-dessen-einfluss-auf-die-umwelt\"><strong>Softwareentwicklung und ihre Auswirkungen auf die Umwelt<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Beim Menschen denkt man zun\u00e4chst, dass der gr\u00f6\u00dfte CO2-Aussto\u00df durch die Atmung erfolgt. Das ist etwa 1 kg pro Tag. Tats\u00e4chlich produziert ein Mensch aber ca. 30 kg CO2 pro Tag, z.B. durch Essen, Reisen und die Nutzung elektronischer Ger\u00e4te [5]. Der Anteil der digitalen Aktivit\u00e4ten betr\u00e4gt 4% der gesamten CO2-Emissionen. Im Jahr 2040 wird dieser Anteil voraussichtlich 14% betragen [6]. Ein Laptop, der an 200 Arbeitstagen t\u00e4glich acht Stunden in Betrieb ist, verursacht einen j\u00e4hrlichen CO2-Aussto\u00df von 88 kg. 80% des Datenverkehrs im Netz ist auf Videostreaming zur\u00fcckzuf\u00fchren. Netflix gibt z.B. an, dass eine Stunde Video-Streaming einen CO2-Aussto\u00df von 100 Gramm pro Nutzer verursacht.<\/p>\n\n\n\n<p>Hier muss man den immensen Skalierungsfaktor mitber\u00fccksichtigen, so muss dieser Wert auch auf Millionen von Nutzern hochgerechnet werden. Wenn ein Netflix-Entwickler in der Lage w\u00e4re, den CO2-Aussto\u00df pro Stunde um einige wenige Gramm zu reduzieren, k\u00f6nnte eine deutliche Reduktion der Emissionen erzielt werden. Es gibt Best Practices f\u00fcr Entwickler und IT-Architekten, die zu Green Coding beitragen.<\/p>\n\n\n\n<p>Green Coding bedeutet, Software effizienter zu gestalten, um den Energieverbrauch und damit auch die CO2-Emissionen zu reduzieren [7].<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-effiziente-softwaretechniken\"><strong>Effiziente Softwaretechniken<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Allgemein gilt es, Best Practices einzuhalten, um sauberen und effizienteren Code zu schreiben. Code, der f\u00fcr Leistung und Ressourcennutzung optimiert ist, kann dazu beitragen, den Energie- und Stromverbrauch von Software zu senken. Es gibt verschiedene Techniken [8][9].<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>CPU<\/strong>: Ein Ziel ist es, den Verbrauch der CPU zu senken. Dies kann unter anderem mit Hilfe von effizienten mathematischen Operationen (in Bezug auf ihre Zeitkomplexit\u00e4t) erreicht werden. Berechnete Ergebnisse k\u00f6nnen wiederverwendet werden und bedingte Verzweigungen, wenn m\u00f6glich reduzieren.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Memory<\/strong>: In Bezug auf Memory sollte man eher lokale Variablen, statt globaler Variablen verwenden und wenn m\u00f6glich die Codegr\u00f6\u00dfe verringern.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Loops<\/strong>: Optimierungsmethoden verwenden wie z.B. Loop Unrolling, um die Laufzeit eines Programms zu beschleunigen. Mehrere Loops sollten, wenn m\u00f6glich zusammengef\u00fchrt werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Optimale Algorithmen<\/strong>: Im Allgemeinen kann jede Strategie, die die Laufzeit eines Algorithmus verk\u00fcrzt, hilfreich sein zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Die Komplexit\u00e4t des Algorithmus l\u00e4sst sich in Form der Big O-Notationen berechnen. Algorithmen, die eine lineare Komplexit\u00e4t aufweisen, sind energiebewusster als solche mit exponentieller Komplexit\u00e4t.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Effiziente Datenstrukturen<\/strong>: Wie z.B. Linked Lists. Datenstrukturen haben erhebliche Auswirkungen auf die Ausf\u00fchrung eines Programms und die Energieeinsparung.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Multithreading<\/strong>: Schnellere Berechnungen durch Parallelisierung erm\u00f6glichen.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Event-Driven Architectures<\/strong>: Anstatt Request Driven, die oft viele Anfragen haben, sollten eventgetriebene Architekturen bevorzugt werden. Das Ziel ist es die Zahl der Serveranfragen auf ein Mindestma\u00df zu reduzieren.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Caching<\/strong>: Zwischenspeicherungen von Anfragen auf dem Client durch Caching kann dazu beitragen, unn\u00f6tige Round-Trips innerhalb eines Netzwerks, sowie teure und energieintensive Zugriffe auf Festplatten oder Datenbanken zu vermeiden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Effiziente Programmiersprachen<\/strong>: Einige Programmiersprachen sind effizienter als andere \u2013 Die Auswahl der Programmiersprache hat ebenfalls Einfluss auf den Energieverbrauch.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full\"><a href=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/2.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"700\" height=\"389\" data-attachment-id=\"23981\" data-permalink=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/index.php\/2023\/02\/14\/ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems\/2-3\/\" data-orig-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/2.png\" data-orig-size=\"700,389\" data-comments-opened=\"1\" data-image-meta=\"{&quot;aperture&quot;:&quot;0&quot;,&quot;credit&quot;:&quot;&quot;,&quot;camera&quot;:&quot;&quot;,&quot;caption&quot;:&quot;&quot;,&quot;created_timestamp&quot;:&quot;0&quot;,&quot;copyright&quot;:&quot;&quot;,&quot;focal_length&quot;:&quot;0&quot;,&quot;iso&quot;:&quot;0&quot;,&quot;shutter_speed&quot;:&quot;0&quot;,&quot;title&quot;:&quot;&quot;,&quot;orientation&quot;:&quot;0&quot;}\" data-image-title=\"2\" data-image-description=\"\" data-image-caption=\"\" data-large-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/2.png\" src=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/2.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-23981\" srcset=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/2.png 700w, https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/2-300x167.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 700px) 100vw, 700px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Abbildung 2: Vergleich einiger Programmiersprachen in Bezug auf Energieeffizienz (Quelle: Illustration by Kasper Groes Albin Ludvigsen. Source: Source: Pereira, R. et al. (2017))<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Ein Vergleich zeigt, dass die Programmiersprache C in Bezug auf Energie am effizienten abschneidet. Python hingegen verbraucht ca. 70x mehr Energie als C. Die Auswahl einer effizienten Programmiersprache kann somit einen Teil zur Reduzierung des CO2-Fu\u00dfabdrucks beitragen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full\"><a href=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/that-table.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"606\" height=\"680\" data-attachment-id=\"24087\" data-permalink=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/index.php\/2023\/02\/14\/ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems\/that-table\/\" data-orig-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/that-table.jpg\" data-orig-size=\"606,680\" data-comments-opened=\"1\" data-image-meta=\"{&quot;aperture&quot;:&quot;0&quot;,&quot;credit&quot;:&quot;&quot;,&quot;camera&quot;:&quot;&quot;,&quot;caption&quot;:&quot;&quot;,&quot;created_timestamp&quot;:&quot;0&quot;,&quot;copyright&quot;:&quot;&quot;,&quot;focal_length&quot;:&quot;0&quot;,&quot;iso&quot;:&quot;0&quot;,&quot;shutter_speed&quot;:&quot;0&quot;,&quot;title&quot;:&quot;&quot;,&quot;orientation&quot;:&quot;0&quot;}\" data-image-title=\"that-table\" data-image-description=\"\" data-image-caption=\"\" data-large-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/that-table.jpg\" src=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/that-table.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-24087\" srcset=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/that-table.jpg 606w, https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/that-table-267x300.jpg 267w\" sizes=\"auto, (max-width: 606px) 100vw, 606px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Abbildung 3: Energieverbrauch verschiedener Programmiersprachen (Quelle: https:\/\/alanstorm.com\/the-thing-about-that-energy-efficiency-of-programming-languages-table\/)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-cloud-computing-und-nachhaltigkeit\"><strong>Cloud Computing und Nachhaltigkeit<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Cloud Computing hat in den letzten Jahren stark an Popularit\u00e4t gewonnen. Ein Cluster aus mehreren Computern mit geringer Kapazit\u00e4t ist in der Regel kosten- und leistungsm\u00e4\u00dfig g\u00fcnstiger als ein einzelner Hochleistungscomputer, da ein Hochleistungscomputer seine Ressourcen nicht voll ausnutzt und daher mehr Energie verbraucht. Verteilte Systeme oder Cloud Computing k\u00f6nnen zu einer Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Energieeinsparung f\u00fchren. <\/p>\n\n\n\n<p>Laut einer Studie von Microsoft, Accenture und WSP-Environment &amp; Energy k\u00f6nnen gro\u00dfe Unternehmen durch die Verlagerung ihrer Anwendungen in die Cloud den Energieverbrauch und die Kohlendioxidemissionen um 30% oder mehr senken (im Vergleich zu On-Premise) [10]. Bei kleineren Unternehmen sind es sogar bis zu 90%. Auf den ersten Blick scheint Cloud Computing wegen der riesigen Rechenzentren und des enormen Energieverbrauchs wenig mit Nachhaltigkeit zu tun zu haben. Tats\u00e4chlich sind sie aber umweltfreundlicher als On-Premise-L\u00f6sungen [11]. <\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>H\u00f6here Nutzungsrate<\/strong>: Um eventuelle Ausfallzeiten zu vermeiden, setzen Unternehmen traditionell viel mehr Server ein (Redundanz), als sie tats\u00e4chlich ben\u00f6tigen. Als Folge, haben die Rechenzentren vor Ort eine extrem niedrige Auslastungsrate und nutzen im Durchschnitt nur 15% ihrer Kapazit\u00e4t.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Umstellung auf erneuerbare Energien<\/strong>: Viele Cloud-Anbieter haben in erheblichem Umfang in erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie investiert. So soll AWS bereits mehr als 50% erneuerbare Energie nutzen. Indem sie ihre Rechenzentren mit erneuerbarer Energie versorgen, k\u00f6nnen Cloud-Anbieter ihre Kohlenstoffemissionen erheblich reduzieren. Google hat bereits im Jahr 2007 den gesamten CO2-Aussto\u00df kompensiert, den sie verursacht hat.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Skaleneffekte (Economies of Scale)<\/strong>: Cloud-Anbieter betreiben riesige Rechenzentren, die auf Energieeffizienz optimiert sind, z. B. durch den Einsatz moderner K\u00fchltechnologien und energieeffizienter Hardware. Diese gro\u00dfen Rechenzentren profitieren vom sogenannten Skaleneffekt, die es ihnen erm\u00f6glichen, eine h\u00f6here Energieeffizienz zu erreichen als kleinere, vor Ort betriebene Rechenzentren.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Geringere Hardwareverschwendung<\/strong>: Durch die Nutzung gemeinsam genutzter Rechenressourcen, kann Cloud-Computing dabei helfen, die Menge der f\u00fcr eine bestimmte Arbeitslast erforderlichen Hardware reduzieren. Dies kann dazu beitragen, die Menge an elektronischem Abfall zu verringern.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-green-computing-fur-large-scale-systems\"><strong>Green Computing f\u00fcr Large-Scale Systems<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Die Verringerung des Energieverbrauchs kann zur Verringerung der Umweltbelastung beitragen. Neben effizienten Techniken in der Softwareentwicklung kann auch ein hardwarebasierter Ansatz den Stromverbrauch senken, indem alte, ineffiziente Hardware durch neuere, energieeffizientere Alternativen ersetzt wird. Problematisch sind jedoch die erheblichen finanziellen Kosten, die mit der Aufr\u00fcstung der Hardware verbunden sind.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein Ziel ist es, unter anderem Data Centers so zu gestalten, dass sie m\u00f6glichst energieeffizient und nachhaltig sind. Dabei k\u00f6nnen verschiedene Bereiche optimiert werden, wie z.B. der Einsatz von erneuerbaren Energien, die Verbesserung der Energieeffizienz durch bessere K\u00fchlung und Luftstrommanagement, Virtualisierung und Konsolidierung von Servern.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full\"><a href=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Screenshot-2023-02-14-131451.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"277\" height=\"171\" data-attachment-id=\"23993\" data-permalink=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/index.php\/2023\/02\/14\/ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems\/screenshot-2023-02-14-131451\/\" data-orig-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Screenshot-2023-02-14-131451.png\" data-orig-size=\"277,171\" data-comments-opened=\"1\" data-image-meta=\"{&quot;aperture&quot;:&quot;0&quot;,&quot;credit&quot;:&quot;&quot;,&quot;camera&quot;:&quot;&quot;,&quot;caption&quot;:&quot;&quot;,&quot;created_timestamp&quot;:&quot;0&quot;,&quot;copyright&quot;:&quot;&quot;,&quot;focal_length&quot;:&quot;0&quot;,&quot;iso&quot;:&quot;0&quot;,&quot;shutter_speed&quot;:&quot;0&quot;,&quot;title&quot;:&quot;&quot;,&quot;orientation&quot;:&quot;0&quot;}\" data-image-title=\"Screenshot-2023-02-14-131451\" data-image-description=\"\" data-image-caption=\"\" data-large-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Screenshot-2023-02-14-131451.png\" src=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Screenshot-2023-02-14-131451.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-23993\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Abbildung 4: Bereiche, in denen der Energieverbrauch von Rechenzentren reduziert werden kann<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Nachfolgend sind einige Optimierungsmethoden, die f\u00fcr Large-Scale Systems angewandt werden k\u00f6nnen [12].<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>Load Balancing<\/strong>: Indem die Arbeitslast auf verschiedene Server verteilt wird, kann der Energieverbrauch jedes Servers optimiert werden. Der Lastausgleich kann dazu beitragen, eine \u00dcberbeanspruchung von Ressourcen zu verhindern, die zu einem h\u00f6heren Energieverbrauch und Kohlendioxidaussto\u00df f\u00fchren kann.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Parallel Processing<\/strong>: Die Parallelverarbeitung kann dazu beitragen, die Zeit zu verk\u00fcrzen, die f\u00fcr die Ausf\u00fchrung einer Aufgabe ben\u00f6tigt wird, was zu einem geringeren Energieverbrauch und geringeren Kohlendioxidemissionen f\u00fchren kann. Durch die Aufteilung gro\u00dfer Aufgaben in kleinere Aufgaben und deren parallele Verarbeitung kann der Zeit- und Energieaufwand f\u00fcr die Ausf\u00fchrung der Aufgabe verringert werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Virtualisierung<\/strong>: Technologien zur Virtualisierung k\u00f6nnen dazu beitragen, die Ressourcennutzung zu optimieren und die Anzahl der physischen Server zu verringern, die f\u00fcr den Betrieb eines gro\u00dfen Systems erforderlich sind. Durch die Konsolidierung mehrerer Anwendungen auf einem einzigen Server kann die Virtualisierung zur Senkung des Energieverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen beitragen.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Automatisierte Skalierung<\/strong>: Die automatische Skalierung erm\u00f6glicht es, ein System entsprechend der aktuellen Nachfrage zu vergr\u00f6\u00dfern oder zu verkleinern. Dies kann zur Senkung des Energieverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen beitragen, da nur die ben\u00f6tigten Ressourcen genutzt werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Effizientes Datenbank Designing<\/strong>: Durch die Optimierung des Datenbankdesigns kann der Energiebedarf f\u00fcr die Speicherung und den Abruf von Daten gesenkt werden. Dies kann durch die Verwendung effizienter Datenstrukturen, die Minimierung der Anzahl von Abfragen und die Zwischenspeicherung von Daten erreicht werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Monitoring und Analyse<\/strong>: Durch das Monitoring der Leistung eines Systems und die Analyse der Daten k\u00f6nnen Bereiche ermittelt werden, in denen der Energieverbrauch und die Kohlendioxidemissionen reduziert werden k\u00f6nnen. Dies kann bei Entscheidungen \u00fcber die Optimierung und Ressourcenzuweisung helfen.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Erneuerbare Energien<\/strong>: Auch das ist ein wichtiger Punkt. Wie bei den meisten Cloud-Anbietern, kann der Einsatz erneuerbarer Energiequellen wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft zur Versorgung der Rechenzentren und anderer Infrastrukturkomponenten den CO2-Fu\u00dfabdruck verringern.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Nachhaltige Softwareentwicklungspraktiken<\/strong>: Wie bereits im oberen Abschnitt erw\u00e4hnt, k\u00f6nnen effiziente Softwaretechniken zur F\u00f6rderung der Nachhaltigkeit f\u00fchren. Auch die Verwendung umweltfreundlicher Materialien f\u00fcr Hardwarekomponenten und die Minimierung von Abfall k\u00f6nnen zu einer nachhaltigeren Entwicklung beitragen.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Verwendung von Cloud-Computing<\/strong>: Es gibt viele quelloffene Software- und Hardware Ressourcen, die von verschiedenen Anbietern als Service zur Verf\u00fcgung gestellt werden. Die Verwendung dieser vorgefertigten Ressourcen in Programmen ist vorteilhaft in Bezug auf Energiekosten und Zeit. Cloud-Computing bietet zudem eine bedarfsgerechte Skalierbarkeit, die es Large-Scale Systemen erm\u00f6glicht, ihre Rechenressourcen je nach Bedarf schnell und einfach nach oben oder unten zu skalieren.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Durch Verwendung dieser Methoden, k\u00f6nnen Large-Scale Systems ihren Energieverbrauch und ihren \u00f6kologischen Fu\u00dfabdruck verringern.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-fazit\">Fazit<\/h2>\n\n\n\n<p>Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass nachhaltige Softwareentwicklung ein wichtiger Aspekt im Kampf gegen den Klimawandel und zur Reduzierung der CO2-Emissionen ist. W\u00e4hrend die Digitalisierung oft als L\u00f6sung zur Verringerung des CO2-Fu\u00dfabdrucks angesehen wird, ist es entscheidend, den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen zu ber\u00fccksichtigen, die mit Large-Scale Systemen und IT-Infrastrukturen verbunden sind. Green IT und Green Coding sind dabei Ans\u00e4tze, die dazu beitragen k\u00f6nnen, die Umweltauswirkungen der Softwareentwicklung zu verringern. Oft sind es kleine Ma\u00dfnahmen die in der Summe den Unterschied bringen.<\/p>\n\n\n\n<p>Effiziente Softwaretechniken, wie die Optimierung des Codes im Hinblick auf Leistung und Ressourcennutzung, k\u00f6nnen den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen senken. Au\u00dferdem kann die Optimierung von Systemarchitekturen und Large-Scale Systems durch Load Balancing und Parallelverarbeitung den Energieverbrauch senken und die Nachhaltigkeit verbessern. Dabei k\u00f6nnen effiziente Softwaretechniken, sowie die Erweiterung in die Cloud, als Basis dienen. Jedoch muss man auch hier beachten, dass durch die horizontale Skalierung auch mehr Komponenten ben\u00f6tigt werden, die ebenfalls teuer in der Beschaffung sind<\/p>\n\n\n\n<p>Des Weiteren sind moderne Technologien und effizientere Hardware ebenfalls gute Optionen, die jedoch oft mit h\u00f6heren Kosten verbunden sind. Hier m\u00fcssen Unternehmen entscheiden wie sie vorgehen m\u00f6chten. Investieren sie in die Nachhaltigkeit und leisten damit einen Beitrag f\u00fcr gr\u00fcne IT oder wollen sie diesen Aspekt ignorieren, um Kosten einzusparen? Vor dieser Herausforderung stehen viele Unternehmen. Dar\u00fcber hinaus stellen die eingeschr\u00e4nkte Verf\u00fcgbarkeit bestimmter wichtiger Ressourcen, das Fehlen der notwendigen Infrastruktur und Vorschriften weitere potenzielle Einschr\u00e4nkungen dar.<\/p>\n\n\n\n<p>Damit Energieeinsparungen aber wirklich effizient durchgef\u00fchrt werden kann, muss detailiertes Energiemonitoring betrieben werden. Dieser Bereich wird oft noch vernachl\u00e4ssigt, da er meist mit einem Mehraufwand verbunden ist. Hier bleibt abzuwarten, wie die gro\u00dfen Cloud Anbieter in Zukunft die Sache angehen werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Eines ist aber sicher: Jeder, auch wir, die in der IT-Welt arbeiten, k\u00f6nnen einen (wenn auch kleinen) Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten. Bereits mit kleinen Ver\u00e4nderungen kann man seinen pers\u00f6nlichen&nbsp;<em>CO2<\/em>&#8211;<em>Fu\u00dfabdruck<\/em>&nbsp;verkleinern.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"aioseo-quellen\">Quellen<\/h2>\n\n\n\n<p>[1] Statista Research Department,&nbsp;CO2-Emissionen weltweit in den Jahren 1960 bis 2021, 11.11.2022 [online] https:\/\/de.statista.com\/statistik\/daten\/studie\/37187\/umfrage\/der-weltweite-co2-ausstoss-seit-1751\/ [abgerufen am: 14.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[2] Umweltbundestamt, Kohlendioxid-Emissionen, 21.03.2022 [online] https:\/\/www.umweltbundesamt.de\/daten\/klima\/treibhausgas-emissionen-in-deutschland\/kohlendioxid-emissionen#herkunft-und-minderung-von-kohlendioxid-emissionen [abgerufen am: 14.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[3] Raghavan B, Ma J. The energy and emergy of the Internet. Proceedings of the 10th ACM<br>Workshop on Hot Topics in Networks (HotNets-X); 2011 Nov; Cambridge (MA); 2011.<\/p>\n\n\n\n<p>[4] Murugesan, S. 2010. Making IT Green. IT Professional, IEEE Computer Society, 12, 2, 4\u20135.<\/p>\n\n\n\n<p><a id=\"_ftn1\" href=\"#_ftnref1\">[<\/a>5<a id=\"_ftn1\" href=\"#_ftnref1\">]<\/a> Gasgag, Wie viel CO2 produziert ein Mensch, 14.02.2022 [online] https:\/\/www.gasag.de\/magazin\/nachhaltig\/co2-ausstoss-mensch [abgerufen am: 14.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[6] Sanjay Podder, Adam Burden, Shalabh Kumar Singh, and Regina Maruca, How Green Is Your Software? 18.09.2020 [online] https:\/\/hbr.org\/2020\/09\/how-green-is-your-software [abgerufen am: 13.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[7] Ernst &amp; Munsch UG (haftungsbeschr\u00e4nkt), Green Coding: Nachhaltige Software durch CO2-Reduktion, 22.12.2022 [online] https:\/\/www.presseportal.de\/pm\/164270\/5400500 [abgerufen am: 14.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[8] Gabor Mei\u00dfner, Aller Anfang ist schwer: Ans\u00e4tze f\u00fcr Green Software-Engineering, 04.01.2022 [online] https:\/\/www.adesso.de\/de\/news\/blog\/aller-anfang-ist-schwer-ansaetze-fuer-green-software-engineering.jsp [abgerufen am: 13.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[9] Naik K (2010) A Survey of Software Based Energy Saving Methodologies for Handheld Wireless Communication Devices. Tech. Report No. 2010-13. Dept. of ECE, University of Waterloo<\/p>\n\n\n\n<p>[10] Gina Roos, Cloud Computing Can Cut Carbon Emissions by 30% to 90%, 05.11.2010 [online] https:\/\/www.environmentalleader.com\/2010\/11\/cloud-computing-can-cut-carbon-emissions-per-user-by-30\/ [abgerufen am: 13.02.2023]<\/p>\n\n\n\n<p>[11] Nitin Singh Chauhan, Ashutosh Saxena. A Green Software Development Life Cycle for Cloud Computing. 1 (2013). https:\/\/condor.dpu.depaul.edu\/yhwang1\/Articles_KHU\/article_8.pdf<\/p>\n\n\n\n<p>[12] Fakhar, F., Javed, B., ur Rasool, R.&nbsp;<em>et al.<\/em>&nbsp;Software level green computing for large scale systems.&nbsp;<em>J Cloud Comp<\/em>&nbsp;<strong>1<\/strong>, 4 (2012). https:\/\/doi.org\/10.1186\/2192-113X-1-4<\/p>\n\n\n<figure class=\"wp-block-post-featured-image\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"892\" height=\"451\" src=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Untitled.png\" class=\"attachment-post-thumbnail size-post-thumbnail wp-post-image\" alt=\"\" style=\"object-fit:cover;\" srcset=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Untitled.png 892w, https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Untitled-300x152.png 300w, https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Untitled-768x388.png 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 892px) 100vw, 892px\" data-attachment-id=\"24029\" data-permalink=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/index.php\/2023\/02\/14\/ansatze-fur-nachhaltige-softwareentwicklung-in-large-scale-systems\/untitled-4\/\" data-orig-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Untitled.png\" data-orig-size=\"892,451\" data-comments-opened=\"1\" data-image-meta=\"{&quot;aperture&quot;:&quot;0&quot;,&quot;credit&quot;:&quot;&quot;,&quot;camera&quot;:&quot;&quot;,&quot;caption&quot;:&quot;&quot;,&quot;created_timestamp&quot;:&quot;0&quot;,&quot;copyright&quot;:&quot;&quot;,&quot;focal_length&quot;:&quot;0&quot;,&quot;iso&quot;:&quot;0&quot;,&quot;shutter_speed&quot;:&quot;0&quot;,&quot;title&quot;:&quot;&quot;,&quot;orientation&quot;:&quot;0&quot;}\" data-image-title=\"Untitled\" data-image-description=\"\" data-image-caption=\"\" data-large-file=\"https:\/\/blog.mi.hdm-stuttgart.de\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Untitled.png\" \/><\/figure>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Einleitung Der Klimawandel ist in den letzten Jahren weltweit zu einer gro\u00dfen Herausforderung geworden. 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