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16.05.1986 - 

Reserven für Spitzenlasten müssen pauschal veranschlagt werden:

Ein Konzept zur Kapazitätsermittlung von DV-Systemen

Die Kapazitäts- und Bedarfsplanung ist so alt wie die EDV. Alle bisher entwickelten Lösungsansätze durchlaufen vier mehr oder minder ausgeprägte Planungsstufen. Das sind die Planung der Kapazität, die Planung des Bedarfs, der Abgleich von Kapazität und Bedarf mit dem Einleiten von steuernden Maßnahmen und die Analyse der Abweichungen zwischen Prognose und dem Ist-Zustand mit dem Ziel, die aufgedeckten Schwachstellen zur Verbesserung des Planungsmodells heranzuziehen.

Die Planung des Bedarfs und der Abgleich von Kapazität und Bedarf wird seit langem mit Erfolg praktiziert. Bezüglich der Abweichungsanalyse zwischen Prognose und dem Ist-Zustand gibt es unterschiedliche Erfahrungen. Man darf davon ausgehen, daß die Ursachen dafür in den verschiedenen Auslegungen der Planungsziele liegen.

Es verbleibt noch die Planung der Kapazität. Sie ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl von methodischen Ansätzen, und das darf als Zeichen einer weitverbreiteten Unsicherheit gesehen werden.

Die Planung der Kapazität zu künftigen Zeitpunkten wirft eine Reihe von Unabwägbarkeiten auf. Sie sind in den vielfältigen Einflüssen auf das DV-System begründet. Beispiele dafür sind: Anwendungsarten (Abwicklung oder Entwicklung), Anwendungsmix, Qualität der Anwendungen, Abstimmungsgrad von Dialog und Stapelanwendungen, installierte Peripherie, Qualität und Geschwindigkeit von Strecken zur Datenübertragung etc. Das bedeutet, daß identische Konfigurationen in verschiedenen Rechenzentren unterschiedliche Kapazitäten haben.

Kapazität ist Systemeigenschaft

Die Absicht, Kapazitätsaussagen durch begründendes und nachvollziehbares Abwägen dieser Einflüsse zu treffen, muß an der Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten (= 2 hoch Anzahl der Einflußfaktoren) scheitern. Wenn aber die Kapazität als installationsbezogen angesehen werden muß, dann sollte man versuchen, sie aus der Anwendungslast abzuleiten. Ein möglicher Weg wird an der Prinzipdarstellung eines Tageslastprofils aufgezeigt (Abbildung 1).

Wenn auch die Kapazitätsbegriffe anhand konkreter Hardwarekomponenten diskutiert werden, so soll das nicht heißen, daß die Kapazitätsplanung beim einzelnen Gerät beginnt. Vielmehr wird Kapazität immer als Eigenschaft eines DV-Systems verstanden.

Die technische Kapazität jeder Hardwarekomponente setzt sich aus mehreren einzelnen bezifferbaren Leistungsmerkmalen zusammen. Bei einem Magnetplattenspeicher sind dies unter anderem die Speicherkapazität in Megabyte, die mittlere Zugriffszeit und die Datentransferrate.

Verluste nicht in Zahlen auszudrücken

Man muß davon ausgehen, daß in der täglichen Arbeit die technische Kapazität nicht dauerhaft verfügbar ist. Die Ursachen dafür sind anwendungsbezogene Umstände (unterschiedliche Ein-/Ausgabeintensität der Anwendungen, konkurrierende Dateien auf dem gleichen Magnetplattenlaufwerk etc.), technische Gegebenheiten (Störhäufigkeit auf DFÜ-Strecken etc.) und lastabhängige Einschränkungen (wachsende Warteschlangen bremsen den Durchsatz überproportional). Hierzu zählen auch Ausfalle, die jedoch in diesem methodischen Ansatz vernachlässigt werden können.

Die Verluste sind absolut nicht in Zahlen auszudrücken. Vermindert man die technische Kapazität um diese Verluste, so ergibt auch die Differenz keine feste Größe, sondern sie liegt innerhalb einer unterschiedlich stark ausgeprägten Schwankungsbreite.

Damit man in dieser Grauzone an nutzbarer Kapazität einen brauchbaren Bezugspunkt findet, wird die Nutzkapazität als jene Anwenderlast definiert, die im Dauerbetrieb (gerade) noch zufriedenstellend abgearbeitet werden kann. Zufriedenstellend bedeutet, daß die Aufgabenabwicklung mit einem bestimmten Servicegrad gelingt. Diese Nutzkapazität ist nun meßbar.

Grundvoraussetzung für die Ermittlung der Nutzkapazität ist eine Aufzeichnung über die Leistungserbringung (Job-Accounting, RZ-Abrechnungsverfahren oder ähnliches). Zwischen Rechenzentrum und Anwender wird ein Meßzeitraum vereinbart, wobei sichergestellt werden muß, daß in dieser Zeit wirklich ,.normal" gearbeitet wird! Es ist zu empfehlen, dazu die Tage mit der höchsten Rechnerbelastung heranzuziehen. Die in diesem Zeitraum angefallenen, in Planung und Abrechnung benutzten Leistungsgrößen (CPU-Zeit, Verweilzeit, Anzahl der Ein-/ Ausgaben und so weiter) werden aus der Aufzeichnung über die Leistungserbringung in ein für jeden Tag geführtes Halbstundenraster übertragen und summiert.

Wie ein derartiges Raster aussehen kann, zeigt Abbildung 2; die gesammelten Werte sind in den Spalten b, d und f aufgeführt. Die Zeile mit dem Zeitintervall " 1 0:01 - 1 0:30" sagt beispielweise aus, daß in dieser halben Stunde 52 890 Sekunden an Verweilzeit, 787 Sekunden an CPU-Zeit und 77 760 Ein-/Ausgaben erbracht wurden. Selbstverständlich kann diese Tabelle auf weitere Planungsgrößen erweitert werden.

Im nächsten Schritt wird die Nutzkapazität festgelegt. Zunächst scheiden alle Zeitintervalle aus, in denen der Servicegrad nicht erreicht wurde. Basis für diese Auswahl sind die Aussagen der Anwender. Aus den verbliebenen Zeitintervallen wählt man die Zeile aus, die möglichst viele große Einzelwerte aufweist. Diese Werte stellen die Nutzkapazität dar.

Die Auswahl des höchsten Zahlenwertes je Planungsgröße würde dann zu falschen Kapazitäten führen, wenn die Werte aus verschiedenen Halbstundenintervallen stammen. Jeder dieser Werte deutet nämlich auf Spitzenlast der jeweiligen Planungsgröße hin, während die anderen Planungsgrößen häufig deutlich weniger beansprucht wurden. Gefragt ist aber die ausgewogene hohe Belastung des DV-Systems.

Bei einer schlecht ausgelasteten Anlage könnte es passieren, daß man zu niedrige Werte als Nutzkapazität festlegt. Um dies zu vermeiden, sollte innerhalb des Meßzeitraumes zusätzlich ein Soft- oder Hardwaremonitor mitlaufen, der die tatsächliche Auslastung der Anlage aufzeichnet. Je nach Ergebnis wird man die Nutzkapazität rechnerisch anpassen müssen.

Fehlende Planbarkeit von Arbeitsspitzen

Die ausgewählte Nutzkapazität ist nun hochzurechnen. Es empfiehlt sich, als Bezugsgröße einen "Normmonat" mit 20,8 oder 21 Arbeitstagen mit einer Schicht zu verwenden. Je nach Planungsanforderung kann diese Zahl. auf mehrere Schichten umgerechnet werden.

In Abbildung 2 wurden die Werte aus dem Zeitintervall "10:31-11:00" zur Nutzkapazität erklärt. Die auf den Normmonat mit 20,8 Arbeitstage hochgerechneten und gerundeten Nutzkapazitäten sind in den Spalten c, e und g aufgezeigt.

Aber auch mit diesen Werten läßt sich noch keine Kapazitätsplanung betreiben. Die Ursachen sind die statische, auf einen festen Zeitabschnitt (Monat, Jahr) bezogene Betrachtung von Kapazität und Bedarf in der Planungsphase und die Tatsache, daß in jedem Rechenzentrum Spitzenlasten anfallen, auf die hin die Kapazität ausgelegt werden muß.

Die Leistungsabnahme durch den Anwender erfolgt nicht linear, sondern sie unterliegt täglich Schwankungen, die mit dem Arbeitsanfall, der Ablauforganisation, mit Arbeitspausen etc. zusammenhängen. Weil die Kapazität den höchsten anfallenden Bedarf abzudecken hat, muß entweder der Spitzenbedarf ermittelt oder die planbare Kapazität auf ein Niveau heruntergerechnet werden, das auch Spitzenbedarfe abdeckt. Die erste Alternative verlangt eine exakte, auf die Stunde eines jedes Tages bezogene Planung der Leistungsabnahme. Diese Forderung ist jedoch unrealistisch, so daß dem zweiten Weg der Vorzug gegeben werden sollte.

Bedingt durch die im allgemeinen fehlende Planbarkeit von Arbeitsspitzen bleibt nichts anderes übrig, als die Reserve für Spitzenlasten pauschal zu veranschlagen. Im Zahlenbeispiel der Abbildung 3 sind für jede Planungsgröße 30 Prozent angenommen worden (die Nutzkapazität beträgt also 130 Prozent, die gesuchte

Plankapazität 100 Prozent). In der Praxis wird man den Reduktionsfaktor durch Erfahrungswerte untermauern.

Die Differenz von Nutzkapazität und Reserve für Spitzenlasten ist die Plankapazität. In der Kapazitäts- und Bedarfsplanung, auf die hier nicht eingegangen werden soll, ist dieser Wert die zu erreichende Zielgröße.

Es ist anzunehmen, daß man in der Praxis mit den vorgestellten drei Größen CPU-Zeit, Verweilzeit und Anzahl der Ein-/Ausgaben nicht auskommt. Der aufgezeigte Weg der Kapazitätsplanung für DV-Systeme ist aber methodisch auch auf andere, in diesem Aufsatz nicht genannte Planungsgrößen anwendbar. Welche Planungsgrößen dies sind, muß letztlich jeder Anwender selbst bestimmen.

*Manfred Rüster ist Referent für Rechenzentrums-Organisation im Unternehmensbereich Kommunikations- und Datentechnik der Siemens AG, München.