Nachhaltigkeit in der DevOps-Pipeline: Vom Code bis zum Deployment

Warum ist Nachhaltigkeit in DevOps wichtig?
​Die Informationstechnologie (IT) verursacht weltweit etwa 2 bis 4 % der CO₂-Emissionen, mit steigender Tendenz. Eine Studie von 2021 schätzt, dass der Anteil der IT an den globalen Treibhausgasemissionen zwischen 1,8 % und 2,8 % liegt, wobei die tatsächlichen Werte aufgrund unvollständiger Erfassung der gesamten Lieferkette möglicherweise bis zu 25 % höher sind, was einen Anteil von bis zu 3,5 % ergeben könnte. Eine weitere Studie aus dem Jahr 2023 gibt an, dass die Emissionen der IT-Branche fast 4 % der weltweiten Gesamtemissionen ausmachen und prognostiziert, dass dieser Anteil in den nächsten zwei Jahrzehnten stark ansteigen wird.^[1]

Insbesondere Rechenzentren tragen erheblich zu diesen Emissionen bei. Laut einer Analyse von Morgan Stanley wird die globale Rechenzentrumsbranche bis 2030 voraussichtlich 2,5 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalente emittieren.^[2

Diese Zahlen verdeutlichen die Notwendigkeit, Nachhaltigkeitspraktiken in der IT-Branche zu implementieren, um den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.

Nachhaltigkeit in jeder Phase der DevOps-Pipeline
1. Nachhaltiger Code
1.1 Effiziente Programmierung
Ein nachhaltiger Softwareentwicklungsprozess beginnt mit der Codierung. Effizienter Code reduziert die benötigte Rechenleistung und minimiert damit den Energieverbrauch. Dies kann durch:

• Verwendung von Algorithmen mit geringerem Rechenaufwand
• Vermeidung unnötiger Berechnungen oder Schleifen
• Verwendung von Speicher- und CPU-schonenden Datenstrukturen

Diese Maßnahmen tragen dazu bei, dass weniger Rechenzeit und Speicher benötigt werden, was wiederum den Stromverbrauch von Servern und Endgeräten senkt.^[3]

1.2 Wahl nachhaltiger Programmiersprachen
Nicht alle Programmiersprachen sind gleich effizient. Sprachen wie Rust oder Go sind oft ressourcenschonender als interpretierte Sprachen wie Python oder JavaScript. Der Grund hierfür liegt in der Art und Weise, wie Code ausgeführt wird:

• Kompilierte Sprachen (z. B. C, Rust, Go) werden vor der Ausführung in Maschinencode übersetzt, was zu schnellerer Laufzeit und geringerem Energieverbrauch führt.
• Interpretierte Sprachen (z. B. Python, JavaScript) erfordern eine zusätzliche Verarbeitungsschicht zur Laufzeit, was den Energieverbrauch erhöht.

Laut einer Studie der Universidade do Minho in Portugal zeigt sich, dass C und Rust hinsichtlich Energieverbrauch, Laufzeit und Speicherbedarf besonders effizient sind, während Python und Perl aufgrund ihrer interpretativen Natur höhere Ressourcenanforderungen haben.^[4]

2. Nachhaltige Build-Prozesse
2.1 Minimierung von Build-Ressourcen

• Die Build-Phase kann ressourcenintensiv sein. Nachhaltige Praktiken beinhalten:
• Nutzung von inkrementellen Builds, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden
• Caching von Abhängigkeiten und bereits kompilierten Modulen
• Reduzierung von unnötigen Abhängigkeiten

Durch diese Optimierungen wird weniger Rechenleistung benötigt, was sich direkt auf die Energieeffizienz auswirkt. Beispielsweise reduziert ein optimierter Build-Prozess die Anzahl der CPU-Zyklen und damit den Stromverbrauch von Rechenzentren.^[3]

2.2 Optimierung von Container-Images
Da viele DevOps-Umgebungen auf Containern basieren, ist es wichtig, Container-Images schlank zu halten. Dies kann durch die Verwendung von:

• Minimale Basis-Images
• Entfernen unnötiger Dateien
• Multi-Stage-Builds erreicht werden.

Kleinere Container-Images benötigen weniger Speicherplatz und führen zu schnelleren Deployments, was sowohl die Netzwerkbelastung als auch den Energieverbrauch verringert.^[5]

3. Nachhaltige Test-Strategien
3.1 Effiziente Testautomatisierung

• Automatisierte Tests sind essenziell für DevOps, sollten aber nachhaltig gestaltet werden:
• Parallelisierung von Tests zur Reduzierung der Laufzeiten
• Nutzung von Mocking und Stubbing, um Tests schneller auszuführen
• Selektive Testläufe basierend auf Code-Änderungen

Durch die gezielte Ausführung nur der relevanten Tests wird unnötige Rechenleistung vermieden, was den Energieverbrauch reduziert.^[6]

4. Nachhaltiges Deployment und Betrieb
4.1 Energieeffizientes Hosting
Beim Deployment spielt die Wahl des Hostings eine große Rolle. Möglichkeiten für nachhaltiges Hosting sind:

• Nutzung von Cloud-Anbietern mit erneuerbaren Energien
• Serverless-Computing zur Optimierung der Ressourcennutzung
• Skalierung von Anwendungen nach tatsächlichem Bedarf

Rechenzentren verbrauchen weltweit enorme Mengen an Energie. Unternehmen wie Google oder Microsoft setzen daher vermehrt auf Rechenzentren, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, um den CO₂-Fußabdruck zu reduzieren.^[7]

4.2 Monitoring und Optimierung
Nachhaltigkeit endet nicht mit dem Deployment. Eine kontinuierliche Überwachung hilft, unnötige Ressourcenverschwendung zu vermeiden:

• Identifikation ineffizienter Prozesse oder überflüssiger Dienste
• Dynamische Anpassung von Ressourcen durch Autoscaling
• Nutzung von GreenOps-Strategien zur Reduzierung der CO₂-Emissionen

Durch den Einsatz von Monitoring-Tools kann festgestellt werden, welche Anwendungen oder Dienste unnötig viele Ressourcen verbrauchen, sodass gezielte Optimierungen vorgenommen werden können.^[8]

Fazit
Nachhaltigkeit in der DevOps-Pipeline erfordert eine durchgehende Optimierung des Entwicklungs-, Test- und Deployment-Prozesses. Durch effiziente Codierung, ressourcenschonende Builds, optimierte Tests und nachhaltiges Hosting können Unternehmen nicht nur ihre Umweltbilanz verbessern, sondern auch langfristig Kosten sparen. DevOps und Nachhaltigkeit sind somit keine Gegensätze, sondern können Hand in Hand gehen, um eine bessere Zukunft zu gestalten.

Quellen und weiterführende Informationen

^[1] https://arxiv.org/abs/2102.02622
^[2] https://arxiv.org/abs/2303.06642
^[3] https://distantjob.com/blog/sustainable-software-development/
^[4] Pereira, Rui et al. „Energy Efficiency across Programming Languages.“ Universidade do Minho, 2017.
^[5] Hüttermann, Michael. „DevOps for Developers.“ Apress, 2012.
^[6] Fowler, Martin. „Continuous Integration.“ ThoughtWorks, 2006.
^[7] Greenpeace. „Clicking Clean: Who is Winning the Race to Build a Green Internet?“ 2017.
^[8] Bauer, Michael. „Green IT: Technologien für eine nachhaltige Zukunft.“ Springer, 2018.