Sicherstellung von Performance und Skalierbarkeit von EC-Systemen

Die Performance ist eines der wichtigsten Anforderungskriterien an ein EC-System, weil sie den Erfolg einer Anwendung entscheidend determiniert. EC-Systemprobleme bzgl. der Verfügbarkeit oder Performanz sind für den Anbieter in zweierlei Hinsicht kritisch: Zum einen können Umsatzeinbußen, zum anderen Vertrauenseinbußen bei den Kunden entstehen.
Das System sollte die Anfragen von Benutzern daher in definierter Zeit beantworten. Die Verfügbarkeit eines EC-Systems wird dabei durch drei Größen bestimmt:
- Die Verbindungsqualität (Bandbreite) des Benutzers mit dem Intra-/ Internet
- Die bereitgestellte Bandbreite des EC-Systems zum Intra-/ Internet
- Der Performance des EC-Systems (Antwortzeitverhalten)
Die Belastung des EC-Systems hängt im wesentlichen von der Menge und Art der Anfragen der Benutzer, dem transportierten Datenvolumen, der verwendeten Hardware-Plattform, der Implementierungssprache und der verwendeten Technologie zur Erzeugung dynamischen HTML-Seiten ab.
Im folgenden werden einige Konzepte vorgestellt, die die Skalierbarkeit eines EC-Systems ermöglichen. Die freie Skalierbarkeit beschreibt die Architektureigenschaft eines EC-Systems sukzessive mit erhöhten Anforderungen, wie z.B. erhöhten Zugriffszahlen durch Benutzer, zu wachsen. Skalierbare Systeme ermöglichen vorhandene Hard- und Software auf geänderte Leistungsanforderungen flexibel anpassen zu können.
Dies ist möglich, wenn Komponenten so ausgelegt werden, dass sie an wachsende Netzwerklasten und Anforde-rungen angeglichen werden können. Dafür müssen bei einem gut durchdachten System nur die relevanten Komponenten des Netzwerks aufgerüstet oder ausgetauscht werden. Die Skalierbarkeit eines EC-Systems gewährleistet unter betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten Investitionssicherheit, indem eine modulare Erweiterung und sukzessiver Aufbau der Plattform ermöglicht wird.

Two- und Three-Tier Architekturen
Die Modularität von EC-Systemen bezieht sich sowohl auf die einzelnen Funktionalitäten als auch die technische Architektur des Systems.

EC-Systeme lassen sich funktional in HTTP-, EC- und Datenbankserver untergliedern. Modularität bedeutet, dass die Komponenten unabhängige Bausteine darstellen, die über ein Netzwerk mittels fest definierter Schnittstellen miteinander kommunizieren können. Sind alle Bausteine auf unterschiedlichen Hardware-Plattformen lauffähig und können somit separat erweitert werden, so liegt eine Three-Tier-Architektur, die auch als Mehrschichtarchitektur bezeichnet wird, vor. Werden beispielsweise die Anforderungen an den Datenbankserver aufgrund erhöhter Transaktionsvolumina größer, so kann dieser auf eine schnellere Hardwareplattform aufgesetzt werden, ohne Änderungen am Rest der Gesamtarchitektur durchzuführen zu müssen.

Traditionelle Web-Services der ersten Generation basieren auf einer Two-Tier-Architektur. Das bedeutet, dass zwei Komponenten benutzt werden, um den Service zu erzeugen wie z.B. ein Webserver und ein Datenbankserver.
Für heutige netzwerk- und webbasierte Applikationen haben sich Mehrschichtarchitekturen als Standard etabliert. Sie ermöglicht, die Geschäftslogik von Anwendungen zu isolieren und erzeugt ein einheitliches Messaging-System, über die andere Applikationen Informationen untereinander austauschen können.
Request Routing und Load Balancing
Zur gleichmäßigen Auslastung des EC-Servers existiert das sogenannte Request Routing, das eine Lastverteilung (Load Balancing) bewirkt. Dabei werden mehrere Server, die alle die gleiche Aufgabe zu erfüllen haben, logisch zu einem Server verknüpft. Der Request Router stellt eine Schnittstelle zwischen Client und Server dar und leitet die Anfragen entsprechend weiter, um eine möglichst gleichmäßige Auslastung der Server des EC-Systems zu erreichen. Gemäss der Weiterleitungsstrategie werden zwei verschiedene Verfahren unterschieden: Beim Round Robin Verfahren werden die Anfragen jeweils kreisförmig zum nächsten Server weiter-gegeben. Indem die Einzelanfragen die Server unterschiedlich stark auslasten, können durch das Round Robin Verfahren lediglich suboptimale Ergebnisse erzielt werden, trotzdem ist dieses Verfahren in der Praxis weit verbreitet.
Das Least Used Model betrachtet dagegen jeweils beim Eintreffen der Anfrage die Serverauslastung und wählt daraufhin den jeweils am wenigsten belasteten Server aus. Letzteres Verfahren stellt sicher, dass die Server jederzeit optimal ausgelastet werden, benötigt allerdings die permanente Überwachung der Server durch den Request Router, das zu Performanzeinbußen führen kann.

Multithreading und Multiprozessorfähigkeit
Als Thread bezeichnet man einen Teil eines Programms, der unabhängig vom übrigen Programm ausgeführt werden kann, Multithreading ist der (nahezu) gleichzeitige Ablauf mehrerer Prozesse des selben Programms.

Weiterhin existiert das sogenannte Multitasking. Hier laufen mehrere verschiedene Programme nahezu gleichzeitig (in sehr dichter zeitlicher Folge) ab.

Eine Möglichkeit zur Skalierung besteht in der Verwendung von Multiprozessorplattformen. Das Prinzip ist ähnlich dem Load Balancing, jedoch steht hier software- wie hardwareseitig nur ein Server zur Verfügung. Die mit mehreren Prozessoren ausgestattete Plattform wird nun vom EC-System durch Multithreading möglichst gleichmäßig ausgelastet.