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Server-Strategien/Open Source auf dem Vormarsch


25.04.2003 - 

Intel-Linux tritt gegen Risc-Unix an

Angesichts des anhaltenden Kostendrucks auf die IT-Abteilungen entwickeln sich preisgünstige leistungsfähige x86-Server im Duo mit Linux zur Herausforderung für klassische Risc-Unix-Systeme. Im folgenden Beitrag wird untersucht, was Intel-Maschinen auf Basis des Open-Source-Betriebssystems im Vergleich zu Risc-Unix-Servern bereits leisten, worin die bisherigen Schwachstellen bestehen und welche Fortschritte zu erwarten sind.Von Henrik Klagges*

Der Einsatz von Linux in Firmenrechenzentren wird immer ernsthafter in Erwägung gezogen. Aus guten Gründen: Intels - und in gewisser Weise auch AMDs - Dominanz im CPU-Markt ist mittlerweile nicht mehr "nur" auf hohe Stückzahlen und niedrige Preise, sondern auch auf teilweise überlegene Leistung zurückzuführen. Dies hat sich in einer Fülle attraktiver massenproduzierter x86-Server niedergeschlagen. Da Linux auf der x86-Welle reitet, entwickelt es sich neben Windows zu einer weiteren Konkurrenz für die klassischen Risc-Unix-Systeme. Angesichts der anhaltend knappen IT-Budgets liegt eine Evaluierung von Systemen auf Basis des Open-Source-OS als potenziell kostengünstige Server-Lösung nahe.

Früher war die Welt der Unix-Server-Hersteller noch in Ordnung: x86-Prozessoren waren langsam, Windows war ein Spielzeug, und Linux? Nie gehört. Zudem war klar, dass unternehmenskritische Applikationen per se auf Risc-Unix-Servern oder klassischen Mainframes zu laufen hatten. Doch die Zeiten haben sich geändert. DEC und Compaq sind in Hewlett-Packard (HP) aufgegangen, SGI scheint in der Nische angekettet, und Sun Microsystems macht Verluste. Selbst IBM ist mittlerweile so konturlos pragmatisch geworden, dass es jede beliebige Architektur verkauft - solange sie nur bezahlt wird. Auf welches Pferd also sollen Unternehmen heute setzen?

Windows, Linux oder Risc-Unix?

Eine früher umstrittene und nach wie vor viel diskutierte Alternative zu Unix ist die Windows-Welt. Allen Unkenrufen zum Trotz haben sich Windows-x86-Systeme aus ihrem Quasi-Monopol im Desktop-Bereich heraus zu einer Server-Plattform entwickelt, die sich - etwa als SAP- und Datenbank-Server - auch für unternehmenskritische Anwendungen gut eignet. Doch spätestens seit Einführung des jüngsten Microsoft-Lizenzmodells 6.0, das laut Analystenumfragen auf Anwenderseite zu unerwünscht hohen, stetigen Geldabflüssen führt, erinnern die Redmonder eher an ein Finanzamt als an einen Softwarekonzern. Diese Lizenzkosten fallen bei Linux gar nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß an. Da zudem ein Umstieg von Risc-Unix-Versionen auf Linux durch dessen Unix-Verwandtschaft viel einfacher und billiger ist als auf Windows, ist Linux ein attraktiver Migrationskandidat. Man bekommt preisgünstige und leistungsstarke x86-Hardware, ohne die "Microsoft-Steuer" entrichten zu müssen.

Der "Aldi-Effekt"

Als Erstes stellt sich die Frage nach der Hardware. Das Herz eines jeden Servers ist der Prozessor. Im 32-Bit-Bereich schneidet Intel ausgesprochen gut ab. Im Specint2000-Benchmark erweisen sich die x86-CPUs von Intel und AMD als überlegen. Diesbezüglich überzeugende Werte deuten in der Praxis häufig auf eine gute Eignung für die meisten Alltagsapplikationen hin - etwa für Web-Server, Datenbanken, SSL/Crypto, Java oder ERP-Anwendungen wie SAP. Dank der fortschrittlichen Fertigungstechnik von Intel, dem umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsbudget sowie der durch die hohen Stückzahlen bedingten "Economies of scale" dürften x86-Prozessoren ihren Leistungsvorsprung gegenüber anderen Architekturen noch weiter ausbauen. Durch die Massenproduktion ergibt sich hier ein interessanter "Aldi-Effekt": Ausgerechnet die für den Kunden preisgünstigste Prozessorarchitektur schickt sich an, die - in Sachen Geschwindigkeit - überlegene zu werden.

Doch ein Prozessor allein genügt nicht. Im Server-Bereich geht es vielmehr darum, wie viele CPUs sich in einer "Symmetrischen Multiprozessor"-(SMP-) Umgebung oder verwandten Architekturen effizient parallel einsetzen lassen. Ungetüme wie Suns "Sun Fire 15K" mit 72 und mehr CPUs sind dazu in der Lage, dank ausgeklügelter Verschaltung, zumindest bei Spezialapplikationen das Gros der im System befindlichen Prozessoren auch zu nutzen. Zwar gibt es auch x86-Multiprozessor-Maschinen mit bis zu 32 CPUs, in der Praxis gilt jedoch: Intel-Systeme mit ein bis zwei Prozessoren sind optimal, mit vier gut, mit acht schon kritischer und seltener und mit über acht Chips definitiv exotisch. Das liegt zum einen an der geringen Nachfrage nach größeren und teuren Multi-CPU-Systemen, zum anderen an einer Schwachstelle der aktuellen x86-Prozessoren: Sie unterstützen nur sehr eingeschränkt Hauptspeichergrößen über 4 GB. Zwar lassen sich x86-Systeme theoretisch mit bis zu 64 GB Memory bestücken, doch sind Betriebssystem und Applikationen mühsam darauf abzustimmen. Ohne diese Anpassung müssen sich die CPUs in x86-SMP-Systemen den auf 4 GB begrenzten Speicher noch untereinander aufteilen. Hier hilft nur eines: eine ordentliche 64-Bit-Adressierung.

Intels Antwort auf dieses Problem stellt die hauseigene IA-64-Prozessorfamilie dar, deren jüngster Vertreter der "Itanium 2" (ehemals "McKinley") ist. Diese CPUs sind voll 64-Bit-tauglich, haben die 4-GB-Hauptspeichergrenze demnach überwunden und sind bei bestimmten hand-getunten Gleitkomma-Anwendungen ziemlich schnell.

Allerdings sind die Itanium-Chips teuer und aufwändig in der Herstellung. Darüber hinaus ist es schwierig, guten Code für deren unkonventionelle Epic-Architektur zu erzeugen, so dass es bisher nur wenig Software dafür gibt. Nach über fünf Jahren unerfüllter Versprechungen ist daher die Marktakzeptanz für IA-64 trotz Investitionen in Milliardenhöhe noch nahe null. Brächte Intel eine x86-64-Bit-Technik - von AMD lizenziert und Intel-intern vermutlich längst in Vorbereitung - auf den Markt, wäre IA-64 wahrscheinlich innerhalb kürzester Zeit erledigt.

Noch kann sich Intel jedoch offenbar nicht dazu durchringen, IA-64 herunterzustufen und stattdessen auf x86-64-Bit-Prozessoren zu setzen. Mittlerweile prescht AMD mit der vielversprechenden x86-64-Bit-CPU "Opteron" vor, für die es schon einen Linux-Port gibt und auf der IBM bereits eine 64-Bit-Linux-Version seiner DB2-Datenbank gezeigt hat. Auf dem Markt erhältlich oder gar produktionserprobt sind diese Systeme allerdings bislang noch nicht.

Die Risc-Stärken

Den etablierten Risc-Unix-Herstellern HP, IBM und Sun bleibt daher vorerst eine IT-Nische erhalten: Mit voller Berechtigung können sie auf ihre erprobten 64-Bit-Architekturen verweisen und diese als Alleinstellungsmerkmal gegen die Linux-Intel-Konkurrenz ins Feld führen. Das Argument, alles, was über 4 GB benötige, lasse sich nicht mit Linux, sondern nur mit Risc-Unix stressfrei realisieren, behält somit bis auf weiteres seine Gültigkeit. Das betrifft insbesondere große Datenbanken.

Die Risc-Unix-Präferenz der Datenbanken spricht für folgende Tendenz: Ist eine Applikation auf ein großes SMP-System als Betriebsumgebung angewiesen, benötigt sie vermutlich eine der "großen" Unix-Versionen. Je eher sie sich hingegen auf Ein- bis Vier-Wege-Servern oder auf Clustern aus solchen Systemen betreiben lässt, desto unproblematischer ist deren Einsatz auf Linux. Es ist demnach sinnvoll, Applikationsgruppen auf ihre Linux-Eignung hin zu untersuchen.

Im Desktop-Bereich schlägt Linux alle Risc-Unix-Varianten und nahezu auch Windows - ein für Server-Betreiber wichtiger Punkt, denn mit dem Open-Source-Betriebssystem lässt sich eine einheitliche Desktop- und Server-Landschaft aufbauen. Ein derartiger Spar- und Vereinfachungseffekt ist ansonsten nur mit Windows zu erzielen. Neben Linux schafft es lediglich Sun Solaris, mit Gnome, Evolution und Open Office einige der wichtigen Desktop-Applikationen zu unterstützen.

Im Bereich kleiner und mittlerer Server mit ein bis acht CPUs (siehe Tabelle "Linux-Tauglichkeit für kleinere und mittlere Server") lässt sich Linux für das Gros der Aufgaben problemlos einsetzen. Weniger gut eignet sich das quelloffene Betriebssystem für den wichtigen Java-Bereich, zu dem auch Servlet-Engines wie "Tomcat" und Applikations-Server wie "Weblogic" und "Websphere" gehören. Der Grund: die bislang bescheidene Thread-Implementierung im Linux-Kernel. Ein unter hoher Thread-Last stehender Applikations-Server läuft bei gleicher PC-Hardware unter Windows oft deutlich schneller als unter Linux. Dieser Leistungsnachteil reduziert oder egalisiert den oft als gegeben angenommenen Preisvorteil von Linux auf PC-Hardware, zumindest in Bezug auf Java. Die ab Version 9 von Red Hats gleichnamiger Linux-Distribution eingesetzte "Native Posix Thread Library" soll das Thread-Problem allerdings lösen. Vermutlich ab "Java Development Kit (JDK) 1.5" wird Sun Microsystems'' "Java VM" auf dieser Bibliothek aufsetzen.

Bedingt Highend-tauglich

Im Highend-Bereich großer Server mit mehr als acht Prozessoren und großem Hauptspeicher kann Linux derzeit jedoch weder mit der Risc-Unix-Konkurrenz noch mit Microsofts "Windows Datacenter" mithalten. Eine Ausnahme stellen Compute-Cluster dar. Dabei handelt es sich allerdings nicht um monolithische Server, sondern um über ein Netz zu einem Rechnerverbund zusammengeschaltete Dual- oder Quad-Systeme. Solche Linux-Cluster sind mit bis zu 1500 parallelen CPUs erfolgreich im kommerziellen Einsatz. Eine weitere Ausnahme stellt ein großer Server mit beispielsweise 32 CPUs dar, der intern in kleine Subsysteme á vier Chips partitioniert wird. Bei diesem insbesondere im Rahmen einer Server-Konsolidierung häufigen Szenario ist es eine Überlegung wert, ob man den einen großen "Flugzeugträger" durch eine Flotte kleiner Linux-Server ersetzt.

Hochverfügbarkeit unter Linux

Mittlerweile gibt es auch professionell anmutende Hochverfügbarkeitslösungen mit Linux-Servern. Vertreter dieser neuen Spezies sind etwa die "Real Application Cluster" von Oracle, die man inzwischen bei Dell über das Internet ordern kann. Die verwendete Hardware hat durch Massenproduktion und Design (SAN-Unterstützung, Hot-Plug-Fähigkeit, Redundanz bis hin zum Speicher-Chipkill) bereits einen hohen Reifegrad erreicht. Auch die Linux-Version für IBMs "Z-Series" (ehemals S/390) erreicht Mainframe-ähnliche Betriebsparameter. Selbst mit der Open-Source-Datenbank "My SQL" lassen sich inzwischen Failover-Cluster aufbauen.

Die alte Kritik, Linux mangele es an professionellem Support, wurde inzwischen durch Firmen wie IBM und die Suse Linux AG entkräftet. Auch im Consulting-Bereich sind mittlerweile Linux-Dienstleistungen von der Stange zu haben. Darüber hinaus wird häufig übersehen, dass Absolventen technischer Studiengänge meist mit dem quelloffenen Betriebssystem groß geworden sind und daher keine diesbezüglichen Berührungsängste mehr haben. Dafür spricht auch eine aktuelle Studie der Evans Data Corp., derzufolge sich Softwareentwickler zurzeit stark von Windows und Unix weg in Richtung Linux orientieren.

Dennoch gilt es für Linux-Interessenten, die Augen weiterhin offen zu halten. Die Entscheidung von Sun, den als "Sun-eigene Linux-Distribution" verpackten Red-Hat-Verschnitt wieder einzustellen, deutet darauf hin, dass doch so mancher Anbieter relativ planlos auf den Linux-Zug aufspringt.

Ein Blick in die Kristallkugel

Wohin die Reise letztendlich geht, lässt sich bereits abschätzen: Zum einen wird die hohe Innovationsgeschwindigkeit bei der Linux-Desktop-Entwicklung dazu führen, dass in zunehmend mehr Firmen eine Migration auf Linux-Desktops möglich und sinnvoll wird. Zum anderen werden die Investitionen von Großanbietern wie IBM und Oracle bewirken, dass Linux-Server zunehmend auch für zentrale unternehmenskritische Anwendungen eingesetzt werden - zumal das Thread/Java-Problem so gut wie gelöst scheint.

Allerdings ist man von einer Mainstream-erprobten 64-Bit-Plattform für Linux noch so weit entfernt, dass die Risc-Unix-Nische im Highend-Bereich bis auf weiteres erhalten bleiben wird. Mittelfristig ist jedoch denkbar, dass Intel dem Beispiel von AMD folgt und eine günstige x86-64-Bit-Plattform ins Leben ruft, die sich über mehrere Jahre hinweg zu einer strategischen Konkurrenz der großen Unix-Server entwickelt.(kf)

*Henrik Klagges ist Managing Partner des Beratungsunternehmens TNG Technology Consulting in München.

Angeklickt

- Mit zunehmender Reife machen Linux-basierende x86-Server den Risc-Unix-Systemen Konkurrenz.

- Das Open-Source-Betriebssystem eignet sich neben dem Desktop-Bereich insbesondere für den Einsatz im Umfeld kleinerer und mittlerer Server.

- Aufgrund der bislang mangelhaften 64-Bit-Adressierung der x86-Architektur wird die Risc-Unix-Fraktion im Server-Highend bis auf weiteres dominieren.

- Mittelfristig könnte sich eine von Intel initiierte x86-64-Bit-Plattform zur Konkurrenz der Unix-Server entwickeln.

Linux-Tauglichkeit für kleine und mittlere Server (eine bis acht CPUs)

Anwendungsgebiete / Linux / Risc-Unix (etwa Solaris) / Kommentar

File, Print, Mail und Directory Services / ++ / +/++ / Bessere Tool-Unterstützung auf Linux.

Web-Server, Caches, Load-Balancing / ++ / ++ / Apache, PHP.

Perl, PHP / ++ / ++ / Kein Problem.

Open-Source-Datenbanken wie MySQL, SapDB, PostgreSQL / ++ / + / Sehr ausgereift.Kommerzielle Datenbanken (Oracle, DB2) / + / ++ / Bei Risc-Unix "Very Large Memory" und wesentlich mehr Betriebs- und Tuning-Erfahrungen.

Java / o/+ / ++ / Die Thread-Implementierung der meisten Linux-Versionen ist schlecht. Erst die neue "Native Posix Thread Library" (enthalten in Red Hat 9) wird das in Verbindung mit JDK1.5 ändern.

Java-Applikations-Server / o/+ / ++ / Noch etwas eingeschränkt aufgrund der genannten Java-Problematik. Tomcat, Jboss und andere sind jedoch kein Problem.

ERP-Software wie SAP R/3 / + / ++ / Wenig Betriebserfahrungen auf Linux, aber bereits im Produktiveinsatz.

Hochverfügbarkeit / + / ++ / Linux in Spezialfällen (etwa Oracle RAC, Veritas Cluster Services).

sehr I/O-lastige Anwendungen / + / ++ / Teilweise bessere Bussysteme bei Risc-Unix-Servern.

Quelle: Klagges

Linux-Tauglichkeit für große Server und Cluster (mehr als acht CPUs)

Anwendungsgebiete / Linux / Risc-Unix / Kommentar / / (etwa Solaris)

Computer-Cluster für technisch- wissenschaftliche Anwendungen / ++ / ++ / Erstklassiges Preis-Leistungs-Verhältnis bei x86-Linux, sonst auch Risc-Unix sehr gut.

Rendering / ++ / ++ / Erstklassiges Preis-Leistungs-Verhältnis bei x86-Linux, sonst auch Risc-Unix sehr gut.

64-Bit-Unterstützung / o / ++ / Im Prinzip bei Linux verfügbar, aber noch fehlt überzeugende Server-Hardware. Das könnte sich mit AMDs 64-Bit-x86 ändern.

Wissenschaftliche Anwendungen / -/o / ++ / Nur mit Extraaufwand auf Linux möglich; mit großem Working-Set muss handcodiert werden - außer bei 64-Bit-Linux-Exoten.

Very-Large-Memory-Datenbanken / - / ++ / Nur mit Extraaufwand auf Linux.

Quelle: Klagges