Aufgaben abarbeiten – was die die beste Strategie?

Wir alle haben jeden Tag eine Fül­le von Auf­ga­ben zu erle­di­gen. Eini­ge bekom­men das sehr gut hin und ant­wor­ten z.B. immer schnell auf Anru­fe oder E‑Mails, schrei­ben Kon­zep­te oder Arti­kel in der vor­ge­ge­ben Zeit und schaf­fen auch sonst sehr viel offen­bar mit spie­len­der Leich­tig­keit. Ande­re ver­zet­teln sich – man bekommt lan­ge kei­ne Rück­mel­dung oder muss ewig oft nachfragen.

Dar­in unter­schei­den sich Men­schen erst­mal gar nicht so sehr von einem Haupt­pro­zes­sor in einem Com­pu­ter. Es ste­hen auch dort begrenz­te Res­sour­cen zur Abar­bei­tung von Auf­ga­ben zur Ver­fü­gung. Es gibt unter­schied­li­che Stra­te­gien, wie ein Betriebs­sys­tem mit Bear­bei­tungs­zeit „umgeht“. Das nennt sich dort „Sche­du­ling“. Lässt sich davon viel­leicht etwas ler­nen für den eige­nen All­tag? Sind viel­leicht sogar All­tags­über­le­gun­gen mit in Betriebs­sys­tem­ar­chi­tek­tu­ren eingeflossen?

Vier gän­gi­ge Ver­fah­ren von soge­nann­tem „Task-Sche­du­ling“ sind unten ein­mal visua­li­siert. Ich idea­li­sie­re in einem ers­ten Schritt ein­mal und neh­me an, dass zu einem Zeit­punkt x sämt­li­che Auf­ga­ben T für einen Tag bereits vor­lie­gen. Die Auf­ga­ben T1 bis T5 benö­ti­gen unter­schied­li­che Zeit­ein­hei­ten (E), um erle­digt wer­den zu kön­nen. Die War­te­zeit mei­nes Gegen­übers auf die Erle­di­gung einer Auf­ga­be ist durch einen grü­nen Pfeil sym­bo­li­siert. Eine wei­te­re Idea­li­sie­rung besteht dar­in, dass wäh­rend der gesam­ten Bear­bei­tungs­zeit kei­ne Unter­bre­chun­gen auftreten.

Strategie 1: First in, first out

Dazu sor­tie­re ich mir die Auf­ga­ben nach der Zeit ihres Ein­tref­fens. Die von Frei­tag­abend kom­men vor denen von Sonn­tag­mit­tag, wenn ich am Mon­tag im Büro sit­ze. Wir schau­en uns jetzt mal die War­te­zei­ten an, die mei­ne Gegen­über haben, wenn ich nach die­sem Prin­zip arbei­te. Alle War­te­zei­ten (grü­ne Pfei­le) addie­ren wir zusam­men. Das sind in unse­rem ers­ten gra­fi­schen Bei­spiel 39 Zeiteinheiten.

Strategie 2: Shortest Processing Time First

Hier pas­siert eine wesent­li­che Ände­rung: Ich sor­tie­re mir die Auf­ga­ben so, dass ich zunächst das erle­di­ge, was schnell geht. Man sieht es schon an der Län­ge der Pfei­le: Die durch­schnitt­li­che War­te­zeit sinkt dras­tisch, d.h. mehr mei­ner Gegen­über erhal­ten schnel­ler von mir eine Ant­wort (26 Zeit­ein­hei­ten). An einem All­tags­bei­spiel: Wenn man an einer Super­markt­kas­se immer die­je­ni­gen mit weni­gen Tei­len vor­lässt und kei­ne neu­en Kun­den zur War­te­schlan­ge hin­zu­kom­men, sinkt im Mit­tel die War­te­zeit für alle. Übri­gens sind wir Men­schen in der Vor­her­sa­ge, wie schnell etwas geht, einer Maschi­ne meist überlegen.

 

Zwischenbilanz

Ein kur­ze mitt­le­re Ant­wort­zeit ist oft genau das, was mich nach außen hin als „orga­ni­siert“ erschei­nen lässt. Intui­tiv wür­den Men­schen mir für kom­ple­xe­re Auf­ga­ben auch mehr Zeit zuge­ste­hen. Wenn ich aber eine ganz kur­ze Fra­ge lan­ge lie­gen las­se, gel­te ich schnell als lang­sam. Einen Com­pu­ter wür­den wir auch als lang­sam emp­fin­den, wenn so etwas ver­meint­lich Bana­les wie die Maus über den Bild­schirm ruckelt. Dass gleich­zei­tig z.B. das Video im Hin­ter­grund schnel­ler geren­dert wird, erfas­sen wir intui­tiv nicht. Wir sind aber immer noch äußerst idea­li­siert unterwegs.

 

Strategie 3: Highest Priority First

Am All­tag etwas dich­ter dran ist die Stra­te­gie, nach Prio­ri­tä­ten zu sor­tie­ren. Je dunk­ler die Auf­ga­be T in der fol­gen­den Gra­fik ist, des­to höher ist ihre Prio­ri­tät. Wenn wir die glei­chen Annah­men machen wie für die bei­den ers­ten Stra­te­gien (z.B. alle Auf­ga­ben lie­gen am Tages­be­ginn vor), ist das Ergeb­nis für die mitt­le­ren Ant­wort­zei­ten dras­tisch schlecht, was natür­lich aber auch mit am kon­kre­ten Bei­spiel liegt. In der Ten­denz lässt sich das aber durch­aus verallgemeinern.

Wir stel­len durch die­se Stra­te­gie zwar die wich­tigs­ten Auftraggeber:innen schnell zufrie­den, zah­len das aber mit dem rela­tiv hohen Preis, dass umso mehr Men­schen lan­ge auf unse­re Ant­wort war­ten müssen.

Strategie 4: Preemptive Highest Priority First

Damit wir auch mal den Gegen­pol sehen am Schluss noch mehr Rea­lis­mus mit der Zusatz­an­nah­me, dass Auf­ga­ben unter­schied­li­cher Prio­ri­tät zu unter­schied­li­chen Zei­ten über den Tag hin­zu­kom­men. Auf­ga­ben höhe­rer Prio­ri­tät unter­bre­chen dabei die Abar­bei­tung nied­ri­ger prio­ri­sier­ter Auf­ga­ben. Die­se wer­den dann fort­ge­setzt, wenn alle „höher­wer­ti­gen“ Auf­ga­ben erle­digt sind. Das sieht erst­mal gut aus, scheint ziem­lich opti­mal zu sein und kommt der Rea­li­tät viel­leicht am nächs­ten, aber da ste­cken auch wie­der star­ke ver­steck­te Idea­li­sie­run­gen und Pro­ble­me drin.

  • Es ist wahr­schein­lich, dass nied­rig­prio­ri­sier­te Auf­ga­ben wäh­rend der Abar­bei­tung höher­prio­ri­sier­ter Auf­ga­ben kom­men und nicht wie in mei­nem fik­ti­ven Bei­spiel gleich bear­bei­tet wer­den, weil sie immer gera­de da sind, wenn nichts zu tun ist. Dadurch stei­gen die im Mit­tel erfor­der­li­chen Ant­wort­zei­ten (x+1).
  • Jeder Auf­ga­ben­wech­sel ist res­sour­cen­mä­ßig teu­er. Man muss sich jedes­mal neu ein­den­ken, vor allem, wenn eine kom­ple­xe Auf­ga­be unter­bro­chen wird. Auch ein Betriebs­sys­tem muss Zustän­de von Pro­zes­sen sichern und wie­der­her­stel­len. Das kos­tet Rechenzeit.
  • Immer neue Auf­ga­ben mit hoher Prio­ri­tät kön­nen Auf­ga­ben mit nied­ri­ger Prio­ri­tät ver­drän­gen, sodass sie gar nicht mehr bear­bei­tet wer­den. Bei Betriebs­sys­te­men spricht man davon, dass Pro­zes­se ver­hun­gern, im All­tag blei­ben Ver­wal­t­un­g­arbei­ten ger­ne mal lie­gen – so wie Kor­rek­tu­ren (deren Prio­ri­tät steigt aber mit der Zeit auto­ma­tisch von alleine …).
Wie mache ich das?

Ich kom­bi­nie­re SPF und PHPF. SPF sorgt dafür, dass Ant­wort­zei­ten kurz sind, PHPF lässt mich gegen­über für mich wich­ti­gen Per­so­nen „gut“ daste­hen. Wei­ter­hin ver­su­che ich, indi­rek­te Kom­mu­ni­ka­ti­ons­si­tua­tio­nen zu ver­mei­den. Wenn ich mer­ke, dass jemand etwas für einen ande­ren bei mir lösen möch­te, las­se ich die Anfra­ge ent­we­der bewusst ver­hun­gern oder ver­su­che, eine direk­te Kom­mu­ni­ka­ti­on zu eta­blie­ren. Indi­rek­te Kom­mu­ni­ka­ti­ons­si­tua­tio­nen sind sehr teu­er, weil man die Bedürf­nis­se meh­re­rer Per­so­nen mit­den­ken muss.

Wei­ter­hin ver­mei­de ich in Arbeits­pha­sen Unter­bre­chun­gen bzw. ver­su­che Men­schen klar zu machen, wie pro­ble­ma­tisch Unter­bre­chung sind (spon­ta­nes Vor­bei­kom­men, Tele­fon­an­ru­fe). Als Aus­gleich schaf­fe ich Pha­sen, in denen ich klar signa­li­sie­re: „Ich bin bereit für ‚Wo ich dich gera­de sehe …‘ “. Irgend­was an uns ist ja dann schon anders als bei einem Betriebssystem …

Das „Dining philosophers problem“ – yeah, Informatik!

Das „Dining-Phi­lo­phers-Pro­blem“ ist eine Par­al­le­li­sie­rungs­auf­ga­be aus der Infor­ma­tik. Fünf Phi­lo­so­phen sit­zen um einen Tisch mit für Tel­lern und fünf Gabeln dazwi­schen. Wenn einer von ihnen essen möch­te, benö­tigt er bei­de Gabeln neben sei­nem Teller.

By Ben­ja­min D. Esham / Wiki­me­dia Com­mons, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56559

Damit kön­nen jeweils nur zwei Phi­lo­so­phen gleich­zei­tig essen und es muss jeweils ein Tel­ler zwi­schen ihnen sein, an dem nicht geges­sen wird. Eine his­to­ri­sche Lösung des Pro­blems kann man direkt in einer Publi­ka­ti­on von Dijk­s­tra nach­le­sen (S.29). Das hät­te man ein­fach for­ma­li­sie­ren kön­nen. Oder halt selbst nachdenken.

In der Infor­ma­tik­welt sind die Phi­lo­so­phen Pro­zes­se, die um die Betriebs­sys­temres­sour­cen auf dem Tisch kon­kur­rie­ren. Dabei muss man ver­mei­den, dass sich die Pro­zes­se gegen­sei­tig blo­ckie­ren: Wenn alle gleich­zei­tig wol­len, gibt es Streit und kei­ner kann die Res­sour­cen bele­gen, die er zum Essen braucht (infor­ma­tisch: Ver­klem­mung). Es darf aber auch kei­ne Situa­ti­on ein­tre­ten, in der alle so höf­lich sind, sich immer gegen­sei­tig den Vor­tritt zu las­sen (infor­ma­tisch: Aus­hun­ge­rung). Und natür­lich soll der Zugriff auf die Res­sour­cen fair und effi­zi­ent sein.

Die Her­aus­for­de­rung:

Man „denkt“ beim For­ma­li­sie­ren nicht nur für einen Pro­zess, son­dern für fünf, die mit­ein­an­der in einer defi­nier­ten Umge­bung interagieren.

Wer darf dann überhaupt miteinander essen?

Um das zu for­ma­li­sie­ren, neh­men wir mal eine simp­le mini­ma­le Daten­struk­tur – ein Feld mit einem boole­schen Ele­ment für jeden Pro­zess – d.h. jeder hat sein Flag, dass er auf „ich will essen“ set­zen kann. Dann gibt es fünf zuläs­si­ge Konstellationen:

10100
10010
01010
01001
00101

Das ist schon­mal hübsch, da es tat­säch­lich nur fünf zuläs­si­ge Fäl­le gibt. Boole­sche Wer­te zu scan­nen und zu mani­pu­lie­ren ist res­sour­cen­mä­ßig auch nicht so üppig aufwändig.

Eine Ent­schei­dung, ob man zwei Phi­lo­so­phen an den Tisch lässt, kann man ver­läss­lich fäl­len, wenn drei von ihnen ihr Inter­es­se bekun­det haben.

Damit nicht genug: Die Pro­zes­se müs­sen sich wei­ter­hin unter­ein­an­der steu­ern kön­nen, damit sie sich gegen­sei­tig an den Tisch las­sen können.

Ansatz

Man lässt immer drei Pro­zes­se in einen Emp­fangs­be­reich, die bei­den ande­ren blei­ben drau­ßen und stel­len sich an. Dann lässt man die mög­li­che Kon­stel­la­ti­on von zwei Phi­lo­so­phen an den Tisch. Der­je­ni­ge, der nicht zum Zuge kommt, bleibt in einem zwei­ten War­te­be­reich vor dem Tisch ste­hen (= sein Flag im Array bleibt gesetzt).

Wenn einer der am Tisch Essen­den auf­steht, kippt er sein Flag im Array, lässt einen aus der Schlan­ge im Emp­fangs­be­reich rein und stellt sich drau­ßen hin­ten wie­der an.

Ein beson­de­res Pro­blem ist die Konstellation:

10101

Bei sowas soll­te man die Rei­hen­fol­ge der Prü­fung mal vari­ie­ren, damit nicht immer die glei­chen zwei zum Zuge kom­men und der Drit­te „ver­hun­gert“ (das ist bei fünf Pro­zes­sen nicht sehr wahr­schein­lich, aber durch­aus mal möglich).

Wie macht man das mit dem Warten eigentlich?

Die ein­fachs­te Lösung besteht dar­in, die Pro­zes­se in End­los­schlei­fen mit einer Abbruch­be­din­gung (Prü­fung einer glo­ba­len Varia­ble) zu schi­cken, wenn sie im Emp­fangs­be­reich oder vor dem Tisch ste­hen. Dabei ver­bra­ten Sie bloß reich­lich Rechen­zeit – infor­ma­tisch heißt das „akti­ves War­ten“ (busy wait) – also dau­ernd her­um­quen­geln, ob man nicht end­lich dran ist. Moder­ne Betriebs­sys­te­me bekom­men das hin, mit sowas umzu­ge­hen, aber net­ter res­sour­cen­scho­nen­der Pro­gram­mier­stil ist das nicht.

Semaphoren als Lösung

Sema­pho­ren sind Daten­struk­tu­ren, die einen nega­ti­ven oder posi­ti­ven gan­zah­li­gen Wert anneh­men kön­nen und zusätz­lich einen Coun­ter besit­zen. Posi­ti­ve Wer­te geben die Anzahl der zur Ver­fü­gung ste­hen­den Res­sour­cen an, nega­ti­ve die Anzahl der Pro­zes­se, die bereits auf die Zutei­lung einer Res­sour­ce warten.

Der Coun­ter ist wie der Wert des Sema­phors für Anwen­dungs­pro­gram­me nicht ein­seh­bar. Inner­halb eines Pro­zes­ses kann ein Anwen­dungs­pro­gramm eine soge­nann­te P‑Operation auf einen Sema­phor aus­füh­ren. Wenn der Sema­phor einen posi­ti­ven Wert hat, wird die­ser um eins ernied­rigt (= eine Res­sour­ce ver­ge­ben) und der Pro­zess darf wei­ter­ma­chen. Wich­tig dabei: Das Betriebs­sys­tem ent­schei­det, wel­cher Pro­zess die Res­sour­ce erhält (meist FIFO, muss aber nicht).

Wenn der Wert nega­tiv oder null ist, wird auch um eins ernied­rigt und der Pro­zess muss war­ten (Auf Betriebs­sys­tem­ebe­ne wird dem Pro­zess der Pro­zes­sor ent­zo­gen, er bleibt im Spei­cher aktiv, ver­braucht aber außer Spei­cher kaum wei­te­re Res­sour­cen mehr).

Wenn der Pro­zess fer­tig ist, führt er eine V‑Operation auf den Sema­phor aus, der sich dadurch um Eins erhöht. Sema­pho­ren müs­sen, um die Inter­ak­ti­on von Pro­zes­sen steu­ern zu kön­nen, glo­ba­le Daten­struk­tu­ren sein.

Kritische Abschnitte

Da Pro­zes­se den Zustand bzw. Wert von Sema­pho­ren nicht abfra­gen, son­dern nur inkre­men­tie­ren oder dekre­men­tie­ren kön­nen, „erfah­ren“ sie von­ein­an­der nur über glo­ba­le Varia­blen oder sons­ti­ge Daten­struk­tu­ren, in unse­rem Fall z.B. das Array mit den boole­schen Elementen.

Wenn man auf glo­ba­len Daten­struk­tu­ren mit meh­re­ren Pro­zes­sen arbei­tet, muss man sicher­stel­len, dass das immer nur ein Pro­zess tun kann. Man sperrt sol­che Struk­tu­ren oder auch kri­ti­sche Abschnit­te durch einen extra Sema­phor (P‑Operation), macht sei­ne Arbeit und ent­sperrt die­sen Sema­phor wie­der (V‑Operation). Sol­che Sema­pho­ren haben nur 0 und 1 als Zustän­de und wer­den oft als „mutex“ bezeich­net. Damit wird ver­hin­dert, dass zwei Pro­zes­se sol­che Daten­struk­tu­ren gleich­zei­tig ver­än­dern (oder lesen) und damit Inkon­sis­ten­zen entstehen.

Meine Lösung (mittlerweile nach Rückmeldungen)

In der Vor­le­sung wird eine recht eigen­wil­li­ge Beschrei­bungs­spra­che ver­wen­det. Das hat damit zu tun, dass man nicht oft nur wenig über der Maschi­nen­spra­che bewegt, die dann deut­lich ein­ge­schränk­ter im Befehls­satz ist. Wenn man auf glo­ba­le Daten­struk­tu­ren lesend oder schrei­bend zugreift, muss man das „ato­mar“ machen (dafür sor­gen, dass man allei­ne ist).

TYPE philId = (0..4);
hungry_phils : SEMAPHORE == 3; // wir haben vorerst drei Plätze 
privsem : ARRAY (0...4) OF SEMAPHORE == [EACH == 0]; // persönlicher Warteplatz am Tisch
mutex_helper : SEMAPHORE == 1;
hungry_phils_array : ARRAY BOOLEAN OF slot == [EACH == FALSE];
swap_check : BOOLEAN == FALSE;

philosopher : PROCESS (id : IN philId)
BEGIN
  LOOP

    --denken

    P(hungry_phils);

    P(mutex_helper);
       hungry_phils_array[id] == true;

    IF swap_check
       IF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[2]
          let_eat[0,2];
       ELSEIF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[0,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[1] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[1,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[1] AND hungry_phils_array[4]
          let_eat[1,4];
       ELSEIF hungry_phils_array[2] AND hungry_phils_array[4]
          let_eat[2,4];
       ENDIF
    ELSE
       IF hungry_phils_array[4] AND hungry_phils_array[2]
          let_eat[4,2];
       ELSEIF hungry_phils_array[4] AND hungry_phils_array[1]
          let_eat[4,1];
       ELSEIF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[0,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[1] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[1,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[2]
          let_eat[0,2];
       ENDIF
    ENDIF

    IF NOT swap_check
         swap_check == TRUE;
    ELSE
         swap_check == FALSE;
    ENDIF

    V(mutex_helper);

    P(privsem[id]);
      --essen
      P(mutex_helper);
          hungry_phils_array[id] == false; 
      P(mutex_helper);      
    V(hungry_phils); 

  REPEAT;

  let_eat : PROCEDURE (id1 : CARDINAL,id2 : CARDINAL)
     BEGIN
       V(privsem[id1]);
       V(privsem[id2]);
     END
 
END

Da steckt deut­lich mehr Gehirn­schmalz drin, als es den Anschein hat – z.B. war es gar nicht so ein­fach, immer dafür zu sor­gen, dass zwei Phi­lo­so­phen gleich­zei­tig essen. In alter­na­ti­ven Lösungs­vor­schlä­gen aus dem Tuto­ri­um wäre auch ein Ein­zel­es­sen mög­lich gewesen.

Wie geht in der Vorlesung weiter?

Sema­pho­ren sind bis­her Black­bo­xen. Jetzt wird geschaut, wie ein Betriebs­sys­tem Sema­pho­re rea­li­siert (das geht übri­gens manch­mal nicht ohne „busy wai­t­ing“). Letzt­lich geht es im Zutei­lung von Rechen­zeit an Pro­zes­se. Ich kann gedank­lich momen­tan nur leid­lich mit­hal­ten und brau­che letzt­lich zu viel Zeit für Lösun­gen. Das wird in der Klau­sur spä­ter spannend …

 

Und was ist mit Chromebooks?

Die Geschichte hinter der Geschichte

Ich habe ver­gan­ge­ne Woche einen Arti­kel bei Hei­se-Online zu der Fra­ge ver­öf­fent­licht, war­um iPads in deut­schen Schu­len so weit ver­brei­tet sind. Das Publi­kum bei Hei­se-Online ist i.d.R. eher tech­ni­kaf­fin und wesent­lich bun­ter gemischt als z.B. im Twitterlehrer:innenzimmer. Dem­entspre­chend kann man es nie­man­dem Recht machen, weil immer irgend­was nicht erwähnt oder zu ver­kürzt  dar­ge­stellt ist – oder man wahl­wei­se eh kei­ne Ahnung hat. Das ist der Fluch der Zei­chen­be­gren­zung. Beson­de­re Wel­len im Nach­gang schlug die Fra­ge, inwie­fern Chrome­books nicht eine gute Alter­na­ti­ve dar­stel­len wür­den. Die­se räum­ten schließ­lich auch gera­de die US-ame­ri­ka­ni­schen Markt auf.

Tat­säch­lich hal­te ich selbst Chrome­books tech­nisch dem iPad mitt­ler­wei­le für über­le­gen, ins­be­son­de­re im Hin­blick auf die zuneh­men­de Ver­an­ke­rung des Faches Infor­ma­tik (ja, es geht vor­an) an den Schu­len. Ich wäre tech­nisch sehr glück­lich mit Chrome­books in der Schu­le. Aber es geht nicht um mich. Das müs­sen gera­de wir Män­ner in Bera­tungs­pro­zes­sen immer wie­der neu lernen.

Die Perspektive des medienpädagogischen Beraters

In mei­ner Rol­le als medi­en­päd­ago­gi­scher Bera­ter bin ich prin­zi­pi­ell zu Neu­tra­li­tät ver­pflich­tet. Ich muss unter­schied­li­che Sys­te­me gleich­wer­tig neben­ein­an­der stel­len. Pro­dukt­vor­stel­lun­gen las­se ich i.d.R. die betref­fen­den Fir­men oder deren Distributor:innen machen. Schu­len defi­nie­ren dann ihre Anfor­de­run­gen und man schaut ins Umfeld der Schu­le, wel­che Resour­cen z.B. für Admi­nis­tra­ti­on und Garan­tie­ab­wick­lung vor­han­den sind. Wie sehen die Beschaf­fungs­struk­tu­ren beim Trä­ger aus? Und man schaut in das päd­ago­gi­sche Umfeld: Womit arbei­ten eigent­lich im Fal­le der Grund­schu­len die wei­ter­füh­ren­den Schu­len? Wel­che Sys­te­me sind in der beruf­li­chen Bil­dung eta­bliert? Wel­che über­schu­li­schen Koope­ra­ti­ons­mög­lich­kei­ten tun sich auf? Schu­len sind zudem zuneh­mend sen­si­bi­li­siert für Fra­gen des Daten­schut­zes und des Urhe­ber­rechts. Alle Anfor­de­run­gen und Wün­sche erfüllt heu­te kein Sys­tem. Wer bei der Beschaf­fung von End­ge­rä­ten für Schüler:innen nur auf die jewei­li­ge Schu­le schaut, denkt m.E. deut­lich zu kurz. Für den Erfolg oder Miss­erfolg einer Ein­füh­rung von End­ge­rä­ten gibt es deut­lich mehr Gelin­gens­be­din­gun­gen als rein technische.

Die Voraussetzungen vor Ort

Mein eige­ner Land­kreis ist rela­tiv fest in der Hand von IServ. Des­sen MDM kommt bis­her nur mit iPads zurecht. Daher gibt es hier vor Ort schon rein prag­ma­tisch bestimm­te Vor­ga­ben, die sich aber auch fle­xi­bel ändern. Unser Medi­en­zen­trum betreibt z.B. einen Big­Blue­But­ton-Clus­ter als Video­kon­fe­renz­lö­sung, die nach­mit­tags auch gemein­nüt­zi­gen Ver­ei­nen und ande­ren Bil­dungs­ein­rich­tun­gen offen­ste­hen wür­de – allein unser Mar­ke­ting dafür ist noch zu schlecht. Es gibt ein eige­nes Ether­pad, Din­ge wie einen Online­au­dio­edi­tor, eine Video­dis­tri­bu­ti­ons­platt­form oder ein Sys­tem zur Vor­be­rei­tung von Tafel­bil­dern. Vie­le ande­re Medi­en­zen­tren sind da noch nicht soweit mit ihrem Ange­bot an frei­en Softwarelösungen.

Bei Thema bleiben: Chromebooks?

Tat­säch­lich gibt es Schu­len in kom­mu­na­len Trä­ger­schaf­ten des Land­krei­ses, die eher Rich­tung Chro­me­OS oder auch Android gehen möch­ten. Daher habe ich mir in Koope­ra­ti­on mit einem Dis­tri­bu­tor drei Gerä­te ange­schaut, die über die Goog­le Admin-Kon­so­le steu­er­bar waren. Durch den Dis­tri­bu­tor wur­de die „Mana­ged Guest Ses­si­on“ als daten­schutz­kon­for­me Kon­fi­gu­ra­ti­ons­mög­lich­keit vor­ge­stellt. Dabei wer­den nach jeder Abmel­dung sämt­li­che Ein­stel­lun­gen vom Gerät gelöscht, sodass z.B. ein Nut­zer, der das Gerät am glei­chen Schul­tag ver­wen­det, kei­nen Zugriff auf frem­de Inhal­te und Doku­men­te hat. Ein Goog­le­kon­to ist zur Nut­zung der Gerä­te dabei nicht not­wen­dig. Die Nut­zung erfolgt kom­plett anonym – aller­dings ist der Ein­satz­zweck damit begrenzt: Die­ser Modus eig­net sich eigent­lich nur für „Kof­fer­ge­rä­te“, die man für ein­zel­nen Schul­stun­den ent­leiht. Tech­nisch ent­spricht das dem Gast­mo­dus von Shared-iPads.

Bei persönlichen Geräten möchte man etwas anderes

Chrome­Books zeich­nen sich dadurch aus, dass sowohl Ein­stel­lun­gen, Datei­en und sons­ti­ge Inhal­te mit den Cloud­sys­te­men von Goog­le abge­bil­det wer­den. Eine loka­le Nut­zung ist tech­nisch begrenzt mög­lich, beschnei­det aber die Ein­satz­mög­lich­kei­ten enorm. Bei einem Gerät, was kein Kof­fer­ge­rät ist, möch­te man die­sen Kom­fort nut­zen können.

Dazu wird tech­nisch ein Goog­le­kon­to benö­tigt. Die­ses kann man zwar über alter­na­ti­ve Authen­ti­fi­zie­rungs­sys­te­me wie z.B. auch IServ nut­zen – gleich­wohl muss eine wie immer gear­te­te Kopp­lung zwi­schen Authen­ti­fi­zie­rungs­me­tho­de und einem Benut­zer­ac­count in Goog­le Class­room statt­fin­den. Der Vor­schlag zum daten­schutz­kon­for­men Ein­satz lau­tet in dem Fall: Pseud­ony­mi­sie­rung, d.h. man erstellt Kon­ten mit Fan­ta­sie­na­men. In Bil­dungs­kon­tex­ten sind Fan­ta­sie­na­men wie­der­um sehr unprak­tisch – vor allem bei Koope­ra­ti­on und Kol­la­bo­ra­ti­on. Goog­le garan­tiert für Bil­dungs­in­sti­tu­tio­nen, dass Daten von Schüler:innen nicht für Wer­be­zwe­cke genutzt wer­den – mit Schrems II ist klar, dass US-Anbie­ter daten­schutz­tech­nisch bis­her alle das glei­che Pro­blem haben. Das Behar­ren von z.B. Micro­soft auf „Tele­me­trie­da­ten zur Ver­bes­se­rung der Nut­zungs­er­fah­rung“ gibt deut­lich Hin­wei­se dar­auf, wor­um es Anbie­tern letzt­lich geht. Das ist bei Erwach­se­nen, die die tech­ni­schen Abläu­fe dahin­ter nicht ver­ste­hen, schon frag­wür­dig, bei Schutz­be­foh­le­nen, die der Schul­pflicht unter­lie­gen, aus mei­ner Sicht ein kla­res Ausschlusskriterium.

Goog­le muss die­se Daten auch gar nicht nut­zen. Es reicht, die­se Daten zu haben, um sie spä­ter nut­zen zu kön­nen. Die Pseud­ony­mi­sie­rung schützt davor gera­de nicht – zuneh­mend wei­chen Anbie­ter auf bio­me­tri­sches Tracking aus, was inner­halb einer kon­zern­ei­ge­nen Platt­form noch ein­mal wesent­lich bes­ser funktioniert.

Bei App­le­pro­duk­ten ist es für eine Schu­le schon schwie­rig, im Fal­le von exter­nen Anfra­gen eine daten­schutz­kon­for­me Nut­zung nach­zu­wei­sen – die offe­ne Flan­ke sind hier tat­säch­lich „nur“ die MDM-Sys­te­me so man nicht App­les Class­room App nutzt.  Bei der per­so­na­li­sier­ten Nut­zung von Goog­le-Class­room oder der Online-Office­sui­te von Goog­le dürf­te das unmög­lich werden.

Und ja: In ihrer Frei­zeit machen Schüler:innen ja sol­che Din­ge auch und gehen viel sorg­lo­ser mit die­sen Daten um. Aus Eltern- oder Anbie­ter­per­spek­ti­ve ist die­se Argu­men­ta­ti­on nach­voll­zieh­bar – als Bera­ter kann ich mir das so nicht erlauben.

Bei iPads brau­che ich kei­nen per­so­na­li­sier­ten Nut­zer (obwohl dadurch vie­les deut­lich prak­ti­scher wird). Ich kann als Insti­tu­ti­on das Gerät trotz­dem weit­ge­hend auf die Anfor­de­run­gen der Schu­le zuschnei­den (das geht über die Admin­kon­so­le von Goog­le auch) und Ein­ga­ben wie z.B. Anmel­de­da­ten auf dem Gerät selbst erhal­ten. Das geht bei der „Mana­ged Guest Ses­si­on“ bei Chrome­books nicht und braucht – zumin­dest nach mei­nen Erfah­run­gen mit den Leih­ge­rä­ten  – eine per­so­na­li­sier­te Anmel­dung. Da vie­le Men­schen kein pra­xis­taug­li­ches Manage­ment von Zugangs­da­ten haben – Schüler:innen bis auf Aus­nah­men schon gar nicht – wird man im Unter­richt viel Zeit genau damit ver­lie­ren, Zugangs­da­ten wie­der­her­zu­stel­len oder zu besorgen.

Schließ­lich kann lokal nicht gespei­chert wer­den: Jedes Unter­richts­pro­dukt, jeder Text muss irgend­wie im Web erstellt oder dort abge­legt wer­den. Die Goog­le­welt lebt von einem per­so­na­li­sier­tem Zuschnitt. Ohne sind die Kom­fort­ein­bu­ßen und der Ver­lust an päd­ago­gi­schen Mög­lich­kei­ten immens. Als rei­nes Zugangs­ge­rät für web­ba­sier­tes Arbei­ten sind Chrome­books hin­ge­gen m.E. unschlag­bar und eine ech­te Alter­na­ti­ve zu iPads. Doch wel­che Schu­le ver­fügt dazu bis­her über eine ent­spre­chen­de Infra­struk­tur ohne vom Regen in die Trau­fe zu kom­men wie etwa bei Office 365 – was eine per­so­na­li­sier­te Anmel­dung erfordert?

Wie würde ich Chromebooks nutzen?

Ich arbei­te seit Jah­ren web­ba­siert. Mit der Mana­ged Guest Ses­si­on ist eine tech­ni­sche Grund­la­ge geschaf­fen, zumin­dest in der Schu­le daten­schutz­kon­form zu arbei­ten. Zu Hau­se kön­nen natür­lich alle Fami­li­en­mit­glie­der auf eige­ne Ver­ant­wor­tung wild ihre Goog­le-Accounts nut­zen – ggf. leis­tet man dem Vor­schub, wenn man Chrome­books in der Schu­le nutzt – aber das ist bei Apple umge­kehrt ja auch so. Ich kann mir das „leis­ten“, weil ich seit Jah­ren kei­ne Schul­bü­cher nut­ze und dazu auch die ent­spre­chen­den Fächer habe, die das ermög­li­chen. Für eine gan­ze Schu­le ist das erst­mal noch nichts in mei­nen Augen.

Sobald über die Schu­le beschaff­te Inhal­te ver­teilt wer­den sol­len, wird es wie­der haa­rig, wenn Tot­holz (= Papier) dabei kei­ne Rol­le spie­len soll. Da hat Apple mit dem ASM wie­der die Nase vorn. Wer heu­te schon kei­ne loka­len Apps braucht (man kommt auch ohne aus) und über eine DS-GVO-kon­for­mes, web­ba­sier­tes Cloud­sys­tem ver­fügt – dem wür­de ich auf gar kei­nen Fall zu iPads raten, das geht dann mit Chro­me- oder Linux­note­books deut­lich bes­ser – selbst rechts­kon­for­me Prü­fun­gen wären mög­lich, wenn­gleich je nach Sys­tem tech­nisch noch etwas tri­cky zu organisieren.

 

Dienstgeräte

Die­se Über­schrift ist mei­ner Mei­nung nach schon irre­füh­rend. Es kann kei­ne Dienst­ge­rä­te aus dem För­der­pro­gramm des Bun­des geben, bzw. kei­ne Gerä­te, die den Sta­tus „Dienst­ge­rät“ erhal­ten werden.

Was sind Dienstgeräte?

Auf Dienst­ge­rä­te wer­den u.a. Daten ver­ar­bei­tet, die im dienst­li­chen Kon­text ent­ste­hen, z.B. Noten, Adress­da­ten usw. von Schutz­be­foh­le­nen, Fotos, sons­ti­ge Leis­tungs­da­ten etc.. Viel­leicht wer­den auch dienst­li­che Vor­gän­ge dar­über abge­wi­ckelt, z.B. Rei­se­kos­ten- oder Bei­hil­fe­an­trä­ge. Ein Dienst­ge­rät muss daher mit tech­ni­schem Sup­port ver­se­hen und vom Dienst­herrn inter­ve­nier­bar sein, wenn gleich­zei­tig bei Lehr­kräf­ten der Anspruch nach Daten- und Rechts­si­cher­heit bei der Nut­zung vor­han­den ist. Das ist bei offe­nen Gerä­ten, die indi­vi­du­ell anpass­bar sind, schlicht nicht mög­lich: Orga­ni­sa­to­risch, per­so­nell und tech­nisch nicht. Es mag Schu­len geben, denen das gelingt.

Dienst­ge­rä­te adres­sie­ren aber Kolleg:innen an klei­nen Grund­schu­len eben­so wie Kolleg:innen gro­ßer berufs­bil­den­der Schu­len. Für indi­vi­du­el­le Bedürf­nis­se ist da kein Platz, wenn es Sup­port, Daten- und damit auch Rechts­si­cher­heit geben soll.

Was sind Privatgeräte?

Pri­vat­ge­rä­te sind Gerä­te durch Durch­füh­rung und Vor­be­rei­tung des eige­nen Unter­richts. Sie sind durch Nutzer:innen indi­vi­du­ell an Bedürf­nis­se anpass­bar, dort kann eige­ne Soft­ware instal­liert und erprobt wer­den. Mit Pri­vat­ge­rä­ten dür­fen Ver­wal­tungs­da­ten nur unter hohen Auf­la­gen oder online auf z.B. Lan­des­platt­for­men ver­ar­bei­tet wer­den, wenn das Gerät nur als Zugangs­ge­rät genutzt wird. Das treibt z.B. selt­sa­me Blü­ten, dass z.B. dienst­li­che E‑Mailadressen bereit­ge­stellt wer­den, aber nicht mit lokal instal­lier­ten Cli­ents (Thun­der­bird, Out­look, App­le­Mail) ver­ar­bei­tet wer­den dür­fen. Pri­vat­ge­rä­te sind nicht inter­ve­nier­bar. Durch unzäh­li­ge denk­ba­re Pro­gram­me oder auch Betriebs­sys­te­me kann für ein sol­ches Gerät mit ver­tret­ba­rem per­so­nel­len Auf­wand kein Sup­port und kei­ne Daten- sowie Rechts­si­cher­heit ermög­licht werden.

Was wollen viele Lehrkräfte?

Vie­le Lehr­kräf­te möch­ten maxi­ma­le indi­vi­du­el­le Frei­heit auf ihrem Gerät. Gleich­zei­tig wün­schen sie aber umfas­sen­den Sup­port und Daten- sowie Rechts­si­cher­heit. Und natür­lich das neu­es­te Modell mit Magne­si­um­ge­häu­se. Und bei 40 Kolleg:innen bit­te 50 Gerä­te­va­ri­an­ten (Sor­ry für den Rant).

Das ist nicht zu leis­ten. Schon gar nicht bei klei­nen Schul­trä­gern, die die gro­ße Mehr­heit stellen.

Daher wird es bei der End­ge­rä­te­för­de­rung für Lehr­kräf­te mei­ner Mei­nung nach nie um Gerä­te gehen kön­nen, die den Sta­tus eines Dienst­ge­rä­tes (s.o.) erhal­ten. Es kann nur um Gerä­te mit dem Sta­tus eines Pri­vat­ge­rä­tes gehen. Ech­te Dienst­ge­rä­te wer­den nicht akzep­tiert wer­den, da die­se eine recht stren­ge Stan­dar­di­sie­rung erfordern.

Daher wäre es am ein­fachs­ten, allen Lehr­kräf­ten ein­fach einen Zuschuss mit dem Gehalt aus­zu­zah­len. Dann kann jeder machen, was er will, es gibt kei­ne Aus­schrei­bungs­mo­da­li­tä­ten zu beach­ten und kei­nen Ärger.

Wenn sich die Trä­ger wirk­lich auf irgend­et­was ande­res ein­las­sen wür­den – mei­ne Hoch­ach­tung wäre groß, mei­ne Ver­wun­de­rung wür­de kei­ne Gren­zen ken­nen. Selbst bei klei­nen Trä­gern ste­hen da schnell mal 100 Lehr­kräf­te mit ihrem indi­vi­du­ell ein­ge­rich­te­ten Gerät bei jedem Pro­blem auf der Matte.

Eine Lösung

Eine aus mei­ner Sicht sehr gute Lösung wäre, den Lehr­kräf­ten ein­fach einen Zuschuss für ein Pri­vat­ge­rät aus­zu­zah­len und gleich­zei­tig eine Cli­en­t­an­wen­dung zu ent­wi­ckeln, die eine siche­re Kom­mu­ni­ka­ti­on mit einem Lan­des­netz ermög­licht, in dem dann alle Ver­wal­tungs- und Ver­ar­bei­tungs­vor­gän­ge online mit Trans­port­ver­schlüs­se­lung ablau­fen. Das ist auf jedem Betriebs­sys­tem mög­lich. Die loka­le Ver­ar­bei­tung von dienst­li­chen Daten auf dann die­sem Pri­vat­ge­rät wird ein­fach unter­sagt. Dann kann jeder machen, was er oder sie will. Sup­port gibt es dann nur für die Online­an­wen­dun­gen im Lan­des­netz und bei der Instal­la­ti­on des „Lan­des­cli­ents“. Lei­der fehlt dafür eine win­zi­ge Klei­nig­keit: Ein ent­spre­chend auf­ge­stell­tes Lan­des­netz. Ach­so – und ein Landesclient.

Warum bekommen es die Kultusministerien es einfach nicht hin mit den Schulclouds?

Mebis ist vor den Weih­nachts­fe­ri­en unter der Last der Nut­zer­an­fra­gen zusam­men­ge­bro­chen. Das hat vie­le Nach­fra­gen aus­ge­löst und Was­ser auf die Müh­len der­je­ni­gen lau­fen las­sen, die pro­prie­tä­re Lösun­gen wie MS-Teams bevor­zu­gen: „Siehs­te, die Kul­tus­mi­nis­te­ri­en bekom­men es nicht auf die Rei­he!“ Ich möch­te in die­sem Arti­kel ein­mal eine Lan­ze bre­chen für die Situa­ti­on, in denen sich Fach­re­fe­ra­te in Kul­tus­mi­nis­te­ri­en befin­den und vor wel­chen Auf­ga­ben sie ste­hen, wenn man wirk­lich eine Platt­form lan­des­weit zur Ver­fü­gung stel­len möchte.

Shortread

  • Fach­per­so­nal mit IT-Kom­pe­tenz ist im öffent­li­chen Bereich rar. Wer hier etwas errei­chen und krea­tiv oder prag­ma­tisch sein möch­te, muss oft Ent­schei­dun­gen tref­fen und Men­schen blind ver­trau­en, die er/sie zunächst nicht ver­steht. Man braucht Mut zum Han­deln. Der wird aber nicht belohnt – schon gar nicht von der Öffent­lich­keit (s.u.).
  • Han­delt man ein­fach und setzt um, kom­men mit Sicher­heit kri­ti­sche Nach­fra­gen zum Aus­schrei­bungs­recht. Das ist momen­tan kaum ein­zu­hal­ten. Bei den Sum­men, von denen wir reden, kom­men wir zumin­dest mit dem Anspruch „lan­des­weit“ immer in die euro­pa­wei­te Aus­schrei­bung. Wenn man es ganz eng am Aus­chrei­bungs­recht macht, muss man offen aus­schrei­ben und kann das spä­te­re Pro­dukt nur in Gren­zen vorherbestimmen.
  • Beach­tet man das Aus­schrei­bungs­recht, kom­men mit Sicher­heit kri­ti­sche Nach­fra­gen zum The­ma Daten­schutz. Der tech­ni­sier­te Schul­be­trieb auf Distanz stellt ohne trans­pa­rent und demo­kra­tisch ver­ab­schie­de­te gesetz­li­che Rege­lun­gen für man­che Kri­ti­ker per se „einen schwe­ren Grund­rechts­ein­griff“ dar. Dass Schu­le, die gar nicht statt­fin­det, auch Grund­rech­te berüh­ren könn­te, ist bei den Nach­fra­gen­den oft nicht so ent­schei­dend – auch nicht, dass beim Betrieb durch die öffent­li­che Hand Daten in der öffent­li­chen Hand ver­blei­ben und For­ma­lia im Prin­zip nach­ge­holt wer­den könnten.
  • Beach­tet man das Aus­schrei­bungs­recht und Daten­schutz­recht kom­men kri­ti­sche Nach­fra­gen zur Ein­bin­dung der Betrof­fe­nen in den Ent­schei­dungs­pro­zess. Die Berück­sich­ti­gung von Daten­schutz­aspek­ten schränkt tech­ni­sche Mög­lich­kei­ten erheb­lich ein. Die Lösun­gen, die dabei her­aus­kom­men müs­sen, wer­den fast zwangs­läu­fig päd­ago­gisch unbe­frie­di­gend sein.

Das kann man alles berück­sich­ti­gen und machen. Es dau­ert aber Jah­re. Die Minis­te­ri­en kön­nen also han­deln und dafür öffent­lich „auf die Fres­se“ bekom­men oder sie kön­nen die not­wen­di­gen Schrit­te für eine trans­pa­ren­te und rechts­fes­te Umset­zung gehen und für ihre Lang­sam­keit „auf die Fres­se“ bekommen.

Ja, das hät­te man ggf. weit frü­her in Angriff neh­men müs­sen. Hat man aber nicht. Dafür gibt es ja auch berech­tigt „auf die Fres­se“. Aber hel­fen tut das auch nicht gerade.

Der Aus­weg: Man han­delt jetzt sys­tem­lo­gisch m.E. oft gera­de so, dass man sich nicht dem Untä­tig­keits­vor­wurf aus­set­zen muss, aber auch nicht zu viel Geld ver­senkt, was man dann spä­ter ver­ant­wor­ten muss. Das die­se oft­mals „Ver­le­gen­heits­lö­sun­gen“ im Betrieb mit allen Schüler:innen nicht stand­hält, ist lang­fris­tig bes­ser ver­ant­wort­bar, als wenn man gleich sehr viel Geld inves­tiert hät­te. „Es waren halt die Umstände!“

Longread

Schau­en wir uns mal Mood­le an und tun wir so, als woll­ten für das lan­des­weit aus­rol­len. Dar­an lässt sich ganz hübsch die gesam­te Band­brei­te an Her­aus­for­de­run­gen zeigen:

Mood­le ist erst­mal so eine Art Pro­gramm. Eigent­lich noch viel weni­ger. Es ist viel mehr ein Text mit vie­len Anwei­sun­gen. Die­ser Text muss von einem Über­set­zer („Inter­pre­ter“) in etwas über­setzt wer­den, was ein Brow­ser wie Fire­fox oder Chro­me anzei­gen kann. Das nennt man „Sei­ten­quell­text“ und den kann man sich anzei­gen las­sen, wenn man auf einer Inter­net­sei­te die rech­te Maus­tas­te drückt und „Sei­ten­quell­text anzei­gen“ aus­wählt. Die­ser Sei­ten­quell­text wird von einem wei­te­ren, dies­mal ech­ten Pro­gramm („Web­ser­ver“) an den Brow­ser bzw. Anwen­der aus­ge­lie­fert. Für das Pro­ze­de­re braucht man pri­mär einen schnel­len Pro­zes­sor (CPU). Etwas Haupt­spei­cher (RAM) gehört auch dazu.

Damit Mood­le Daten spei­chern und aus­ge­ben kann, wird ein Daten­bank­sys­tem (DBMS) ver­wen­det. Das ist ein Pro­gramm, wel­chen Daten sehr effi­zi­ent spei­chern und i.d.R. noch viel effi­zi­en­ter wie­der aus­ge­ben kann. Das klappt beson­ders gut, wenn die Daten mög­lichst voll­stän­dig im Haupt­spei­cher (RAM) lie­gen. Selbst eine SSD ist deut­lich lang­sa­mer beim Zugriff.

Gro­ße Datei­en las­sen sich nicht sinn­voll in einem Daten­bank­sys­tem able­gen. Mood­le legt nur Ver­wei­se (Links) in sei­ne Daten­bank, die dem Mood­le­code sagen, wo ein Bild oder eine PDF-Datei zu fin­den ist. Datei­en wer­den in Sto­rages gela­gert. Für den RAM wären sie schlicht zu groß. Sto­rages kön­nen SSDs (teu­er) oder nor­ma­le Fest­plat­ten (güns­tig) sein. Mood­le ver­schlüs­selt aber sei­ne Datei­en. Zum Ver- und Ent­schlüs­seln braucht man wie­der­um CPU-Leis­tung. RAM zum Aus­lie­fern braucht man ver­hält­nis­mä­ßig wenig, da Datei­en in klei­nen Por­tio­nen und nicht voll­stän­dig ver­schickt werden.

Wenn man Mood­le selbst auf­setzt, wird man i.d.R. sowas bauen:

Alle drei Kom­po­nen­ten lau­fen auf dem glei­chen Ser­ver und kon­kur­rie­ren dann um CPU, RAM und Sto­rage. Man kann für 50,- Euro Ser­ver mie­ten, die für 800‑1000 Schüler:innen aus­rei­chen. Aller­dings kommt es sehr stark auf die Nut­zung an: Wenn man vor­wie­gend Kur­se baut, in denen ledig­lich Auf­ga­ben und PDFs koexis­tie­ren, klappt das spie­lend. Die dazu nöti­gen Abfra­gen sind harm­los. Wenn aber z.B. das Test­mo­dul oder der Chat exzes­si­ver genutzt wer­den, kann es schnell aus sein mit der Freu­de an der tol­len Funk­ti­on. Dann muss man den nächst­grö­ße­ren Ser­ver kau­fen oder her­um­op­ti­mie­ren (mehr als 15–20% holt man damit aber nach mei­ner Erfah­rung nicht raus).

Ich bin davon über­zeugt, dass alle Instal­la­tio­nen von Mood­le auch auf Lan­des­ebe­ne genau so ange­fan­gen haben: Erst mal einen Test­ser­ver auf­set­zen und schau­en, wie der Betrieb so läuft.

Das Spiel „Hard­ware upgraden“ ist aber irgend­wann zu Ende: Wenn vie­le Anfra­gen her­ein­kom­men, star­tet der Web­ser­ver mehr Inter­pre­ter. Die­se pro­du­zie­ren dann mehr Anfra­gen an das Daten­bank­sys­tem. Und sie bele­gen mehr RAM.

Der Mood­le­ser­ver fängt an zu ster­ben, wenn die Daten aus der Daten­bank nicht mehr in den Haupt­spei­cher pas­sen. Dann kom­men die­se Daten auf die lang­sa­me Fest­plat­te. Dadurch stau­en sich Anfra­gen, die das DBMS unter nor­ma­len Umstän­den spie­lend bewäl­tigt hät­te und immer mehr Inter­pre­ter müs­sen war­ten und wer­den nicht been­det. Wenn RAM und Aus­la­ge­rungs­spei­cher voll sind, wer­den die Über­le­bens­in­stink­te des Betriebs­sys­tems geweckt. Die­ses beginnt nun damit, Inter­pre­ter zu been­den, um wie­der RAM frei zu bekom­men. Die Anfra­gen an die­se Inter­pre­ter lau­fen nun ins Nir­wa­na und es geht für den Nut­zer ent­we­der ins Nir­wa­na (Con­nec­tion timed out) oder mit einem letz­ten Lebens­zei­chen in den Kur­ort (500 – Bad Gate­way). Ein Absturz ist das tech­nisch gese­hen nicht. Das Sys­tem selbst funk­tio­niert ja noch, tut aber nicht das, was es soll.

Was tun?

Eine simp­le Mög­lich­keit besteht dar­in, die Arbeit ein­fach auf meh­re­re Ser­ver zu ver­tei­len. Das geht mit die­sem ein­fa­chen Ver­fah­ren, wenn Schu­len jeweils eige­ne Mood­le­sys­te­me erhal­ten sollen,

Wenn man merkt, dass ein Ser­ver über­las­tet ist, schiebt man die ent­spre­chen­de Schu­le ein­fach auf einen neu­en. Man kann auch Schu­len, die nicht viel Last erzeu­gen, mit meh­re­ren ande­ren auf einen Ser­ver packen. Kom­men neue Schu­len, kauft man neue Ser­ver dazu.

Ich baue davor ger­ne noch einen Pro­xy. Ein Pro­xy spei­chert Sei­ten, die schon ein­mal von Mood­le gebaut wor­den sind in sei­nem Spei­cher als Kopie. Wenn ein Anwen­der wie­der genau die­se Sei­te anfor­dern, muss man nicht den Mood­le­ser­ver selbst damit behel­li­gen. Die ein­zel­nen Mood­le­ser­ver machen dabei immer noch alles gleich­zei­tig: Mood­le­code + DBMS + Storage.

Für so ein Set­up muss man erheb­lich mehr kön­nen als beim ers­ten. Vor allem beim Über­wa­chen der Ser­ver. Und man soll­te z.B. das Ver­schie­ben einer Schu­le auf einen ande­ren Ser­ver tun­lichst auto­ma­ti­sie­ren. Sich einen Root­ser­ver mie­ten und mit einem Ver­wal­tungs­tool Mood­le zu instal­lie­ren rei­chen dann nicht mehr. Trotz­dem ist das Set­up sehr sim­pel, da die Mood­les­ser­ver für sich selbst­stän­dig arbei­ten. Den Pro­xy kann man z.B. durch Fai­l­over-IPs im Not­fall als „sin­gle point of fail­u­re“ auto­ma­tisch eliminieren.

Ich wet­te, dass auch auf Lan­des­ebe­ne das oft die ers­te Eska­la­ti­ons­stu­fe ist, weil man sol­che Set­ups selbst als Laie noch mit eige­nen Mit­teln hinbekommt.

Mebis hat noch mehr Probleme

Mebis ist eine zen­tra­le Instal­la­ti­on. Es gibt kei­ne Seg­men­tie­rung in Ein­zel­mood­le­sys­te­me für Schu­len. Wil­des Her­um­ge­schie­be der Schu­len ist nicht mög­lich. Also muss man noch eine Schip­pe Kom­ple­xi­tät drauf­le­gen und jetzt wirk­lich skalieren.

Man trennt jetzt kei­ne Mood­les­sys­te­me – das geht ja auch gar nicht. Man trennt die ein­zel­nen Kom­po­nen­ten wie Mood­le­code, DBMS und Sto­rage auf. Man kann dadurch die ein­zel­nen Ser­ver auf ihre Auf­ga­be hin opti­mie­ren. Für den Mood­le­code viel CPU-Wumps, für die Daten­bank viel Spei­cher. Und man kann Read-Only-Daten­ban­ken vor­hal­ten, aus den nur gele­sen wird. Schrei­bope­ra­tio­nen bei Mood­le sind ver­gleichs­wei­se gering. Ein dies­mal rich­ti­ger Load­ba­lan­cer ent­schei­det je nach Aus­las­tung der CPU-Nodes, wohin die Anfra­ge geht. Wenn es nicht reicht, stellt man neue Ser­ver dazu. Wenn man es gut macht, belie­big vie­le. Für ein gan­zes Bun­des­land wird man das über Rechen­zen­trums­gren­zen hin­aus machen müs­sen. Und die Ser­ver müs­sen unter­ein­an­der durch schnel­le Ver­bin­dun­gen ver­netzt sein. Die Daten müs­sen ja unter den DBMS- und Sto­rage-Ser­vern schnell aktua­li­siert wer­den Moni­to­ring bleibt Pflicht. Und Back­ups. Und Desaster-Recovery.

Durch Auto­ma­ti­sie­rung kann man schnell reagie­ren. Gro­ße Anbie­ter wie its­lear­ning dürf­ten ver­gleich­ba­re Set­ups fah­ren und selbst die haben sich bezüg­lich der Anfra­ge­men­ge beim Wech­sel ins Schul­sze­na­rio C offen­bar stel­len­wei­se verkalkuliert.

Micro­soft und Goog­le stel­len aller Wahr­schein­lich­keit nach nicht mal mehr eige­ne Ser­ver für sol­che Auf­ga­ben hin. Das wird so ziem­lich alles in wirk­lich gro­ßen Rechen­zen­trum mit aber­tau­sen­den von Maschi­nen vir­tua­li­siert sein. Bei einer dro­hen­den Über­las­tung „bläst“ sich das Sys­tem dann auto­ma­ti­siert auf.

Das Problem der Ausschreibung

Das letz­te Set­up kann man nicht durch eine beschränk­te Aus­schrei­bung (drei Ver­gleichs­an­ge­bo­te) bekom­men. Da geht es um mehr Taler. Das Teu­re ist weni­ger die spä­ter Ska­lie­rung (der Zubau an Ser­vern). Das Teu­re ist der Gehirn­schmalz, der in die Kon­zep­ti­on flie­ßen muss. Schon für die Aus­schrei­bung braucht man für das Las­ten­heft immense tech­ni­sche Kennt­nis­se. Wer bei der Kon­zep­ti­on einer Aus­schrei­bung mit­wirkt (und so jeman­den wird man brau­chen), darf übri­gens spä­ter nicht mehr mitbieten.

Schon ein klei­nes Set­up wird dadurch immens teu­er. Rech­nen tut sich eine sol­che Vor­be­rei­tung nur bei spä­te­ren Wach­sen in die Brei­te. Daher wird man erst schlicht das Geld dafür nicht bekom­men. Und wenn man es kri­sen­be­dingt dann doch bekommt, sind die Anbie­ter und IT-Spe­zia­lis­ten, die so etwas hoch­zie­hen könn­ten, auf wun­der­ba­re Wei­se mit Auf­trä­gen ausgelastet.

Das ist Men­schen mit begrenz­tem tech­ni­schen Know-How nicht ver­mit­tel­bar. Oder – wäre Coro­na nicht gekom­men – wäre man in der Pres­se bit­ter­bö­se ver­prü­gelt wor­den, dass man so viel Geld für ein so klei­nes Set­up ver­bal­lert hat.

Was wesent­lich leich­ter daher­kommt, ist die Aus­schrei­bung eines spe­zi­fi­schen Pro­dukts wie z.B. Micro­soft Teams. Dafür dürf­ten sogar extra Bera­ter / Lob­by­is­ten von Micro­soft oder Apple oder … ins Haus kom­men, die die Minis­te­ri­en bei der Erstel­lung einer sach­ge­rech­ten Aus­schrei­bung „unter­stüt­zen“. Um das Aus­schrei­bungs­recht ein­zu­hal­ten, müs­sen das streng­ge­nom­men Mitarbeiter:innen einer „Toch­ter“ des Groß­un­ter­neh­mens sein (s.u.).

Und natür­lich ist die­se Vari­an­te für die Fach­re­fe­ra­te der Kul­tus­mi­nis­te­ri­en attraktiv!

Das Datenschutzproblem

Das ein­zi­ge mir bekann­te Sys­tem, das in Zusam­men­ar­beit mit einem Lan­des­da­ten­schutz­in­sti­tut ent­wi­ckelt wor­den ist, ist die nie­der­säch­si­sche Bil­dungs­cloud (NBC). Über die dadurch ver­blei­ben­de Funk­tio­na­li­tät mag sich jeder selbst ein Bild machen. Die NBC bzw. die dar­un­ter­lie­gen­de HPI-Schul­cloud ist unter star­kem Beschuss hin­sicht­lich der Finan­zie­rung – Aus­schrei­bungs­recht halt.

Bei gro­ßen us-ame­ri­ka­ni­schen Anbie­tern ist die Daten­schutz­pro­ble­ma­tik oft noch nicht geklärt. Schlägt ein Kul­tus­mi­nis­te­ri­um hier zu, gibt es öffent­li­chen Unmut. Des­we­gen ist der Daten­schutz der erklär­te Feind der­je­ni­gen, die schnell han­deln und eben­so schnell zu einem funk­ti­ons­fä­hi­gem Sys­tem kom­men wol­len. Auf deren Sei­te ste­hen zur­zeit vie­le Anwen­der, deren Anfor­de­run­gen man eigent­lich oft so zusam­men­fas­sen kann: „Wenn eine öffent­lich finan­zier­te Cloud mir nicht das bie­ten kann, was mir MS-Teams bie­tet, dann ist sie nichts!“ Spoi­ler: Sys­te­me, die den Daten­schutz berück­sich­ti­gen, kön­nen das rein for­mal schon nicht.

Die „Gefahr“, die von gro­ßen Anbie­tern aus­geht, ist eine noch sehr abs­trak­te – wie etwa die Aus­sicht auf die zwei­te Coro­na­wel­le im August für die meis­ten Kul­tus­mi­nis­te­ri­en. Es ist abso­lut nicht abzu­schät­zen, was uns da bei der Ver­wen­dung von Schüler:innendaten durch das Sili­con-Val­ley noch bevor­ste­hen könn­te. Das Ver­trau­en in rei­ne Lern­platt­form­an­bie­ter ist da noch gefühlt grö­ßer – die wer­den ja auch nie­mals an Inves­to­ren ver­kauft wer­den, oder? Bei kom­plett offe­nen Sys­te­men wie z.B. Mood­le hat man als öffent­li­che Hand die vol­le Kon­trol­le und alle Pro­ble­me und Her­aus­for­de­run­gen gegen sich.

Das Beteiligungsproblem

Gegen Anwender:innen, die eine Lösung mit ihren Fea­tures gewohnt sind, lässt sich schwer etwas durch­set­zen, was tech­nisch einen Rück­schritt dar­stellt. Lehr­ma­nage­ment­sys­te­me sind hier viel bes­ser gewor­den, aber eben immer noch nicht rich­tig gut. Außer­dem gibt dann noch Leu­te wie mich, die gro­ße Schwie­rig­kei­ten mit Lehr­ma­nage­ment­sys­te­men haben. Apple, Micro­soft, its­lear­ning, die NBC und Mood­le sind des­halb so erfolg­reich, weil sie Schu­le so abbil­den, wie Schu­le ist: Die Lehr­kraft gibt die Struk­tu­ren bis hin zu „Lauf­we­gen“ (Lern­pfa­de) vor, die die Schüler:innen dann ent­lang­lau­fen. Man kann Lehr­ma­nage­ment­sys­te­me anders nut­zen – nur braucht man sie dann eigent­lich nicht mehr.

Onenote kann das gute, alte Schul­heft tech­nisch am aller­bes­ten imi­tie­ren und zudem alle Hef­te immer für die Lehr­kraft ver­füg­bar machen. Ob letz­te­res ein Vor­teil ist, müss­te man noch dis­ku­tie­ren. Für mich gibt nicht viel Über­grif­fi­ge­res als ein Blick auf alle Bild­schir­me z.B. via Apple Class­room. Aber das ent­spricht den Anfor­de­run­gen, die an Apple her­an­ge­tra­gen werden.

Anwender:innen sind oft in Ver­bän­den orga­ni­siert. Ein Ver­band ist immer das Gegen­über des Kul­tus­mi­nis­te­ri­ums bei Beneh­mens­pro­zes­sen. Die Mit­glie­der wer­den gera­de im Bereich der Anwen­dung digi­ta­ler Tech­no­lo­gie extrem hete­ro­gen sein. Herz­li­chen Glück­wunsch bei der Konsensfindung.

Das Qualifizierungsproblem

Um eine Schul­cloud sinn­voll nut­zen zu kön­nen, muss man in der Anwen­dung digi­ta­ler Werk­zeu­ge kom­pe­tent sein. Las­sen wir die­sen Punkt lie­ber. Der Arti­kel ist eh schon zu lang.

Fazit

Schul­clouds in der öffent­li­chen Hand zu ent­wi­ckeln war auch schon vor Coro­na nicht so ein­fach. Die Kom­pro­miss­lö­sun­gen kön­nen dem jet­zi­gen Ansturm nicht gewach­sen sein und auch nicht pro­blem­los und unbü­ro­kra­tisch auf­ge­pus­tet wer­den. Wenn ich ein Kul­tus­mi­nis­te­ri­um mit der Auf­ga­be einer schnel­len Umset­zung bera­ten müss­te, wür­de ich zu einem Fer­tig­pro­dukt raten.

For­mal sind vie­le Fach­re­fe­ra­te in den MKs fit. Der Weg zu einem Lehr­ma­nage­ment­sys­tem in der öffent­li­chen Hand ist mehr als stei­nig: Tech­ni­sche Exper­ti­se, Aus­schrei­bungs­recht, Betei­li­gungs­ver­fah­ren – alles viel ein­fa­cher mit Lock-in-Lösun­gen, wie es Teams, itu­nes oder auch Web­wea­ver oder its­lear­ning oder <belie­bi­ges Lehr­ma­nage­ment­sys­tem> nun­mal so sind.

Mood­le ist eine ech­te Aus­nah­me, wes­we­gen ich den bay­ri­schen Weg mit Mebis per­sön­lich abso­lut klas­se fin­de. Muss jetzt halt tech­nisch nur noch lau­fen. Wenn es die Bay­ern nicht schaf­fen, ist die Welt­ord­nung nicht nur in der Bun­des­li­ga außer Kraft gesetzt.

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