Dieser Beitrag gibt einen Überblick über ökonomisch und ökologisch orientierte Messansätze des nachhaltigen Wohlstands. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem Bruttoindlandsprodukt (BIP) und dem Index of Sustainable Economic Welfare gewidmet. Die Debatte um die Folgeschäden von Wachstumsprozessen hat gezeigt, dass das BIP ein unzulänglicher Wohlstandsindikator ist, der systematisch verzerrte Informationen über die Nachhaltigkeit der Wohlstandsentwicklung liefert. Trotzdem sind bisher keine auf ökologische und soziale Nachhaltigkeit ausgerichteten Indikatorensysteme implementiert, um das BIP als zentralen Wohlstandsindikator zu ersetzen. Die Diskussion in der Wirtschaftswissenschaft und ökologisch orientierte Debatten scheinen sich eher auseinander entwickelt zu haben.

Server consolidation is currently widely employed in order to improve the energy efficiency of data centers. While being a promising technique, server consolidation may lead to resource interference between applications and thus, reduced performance of applications. Current approaches to account for possible resource interference are not well suited to respect the variation in the workloads for the applications. As a consequence, these approaches cannot prevent resource interference if workload for applications vary. It is assumed that having models for the resource utilization and power consumption of applications as functions of the workload to the applications can improve decision making and help to prevent resource interference in scenarios with varying workload. This thesis aims to develop such models for selected applications. To produce varying workload that resembles statistical properties of real-world workload a workload generator is developed in a first step. Usually, the measurement data for such models origins from different sensors and equipment, all producing data at different frequencies. In order to account for these different frequencies, in a second step this thesis particularly investigates the feasibility to employ quantile functions as model inputs. Complementary, since conventional goodness-of-fit tests are not appropriate for this approach, an alternative to assess the estimation error is presented. / Serverkonsolidierung wird derzeit weithin zur Verbesserung der Energieeffizienz von Rechenzentren eingesetzt. Während diese Technik vielversprechende Ergebnisse zeitigt, kann sie zu Ressourceninterferenz und somit zu verringerter Performanz von Anwendungen führen. Derzeitige Ansätze, um dieses Problem zu adressieren, sind nicht gut für Szenarien geeignet, in denen die Workload für die Anwendungen variiert. Als Konsequenz daraus folgt, dass diese Ansätze Ressourceninterferenz in solchen Szenarien nicht verhindern können. Es wird angenommen, dass Modelle für Anwendungen, die deren Ressourenauslastung und die Leistungsaufnahme als Funktion der Workload beschreiben, die Entscheidungsfindung bei der Konsolidierung verbessern und Ressourceninterferenz verhindern können. Diese Arbeit zielt darauf ab, solche Modelle für ausgewählte Anwendungen zu entwickeln. Um variierende Workload zu erzeugen, welche den statistischen Eigenschaften realer Workload folgt, wird zunächst ein Workload-Generator entwickelt. Gewöhnlicherweise stammen Messdaten für die Modelle aus verschienenen Sensoren und Messgeräten, welche jeweils mit unterschiedlichen Frequenzen Daten erzeugen. Um diesen verschiedenen Frequenzen Rechnung zu tragen, untersucht diese Arbeit insbesondere die Möglichkeit, Quantilfunktionen als Eingabeparameter für die Modelle zu verwenden. Da konventionelle Anpassungsgütetests bei diesem Ansatz ungeeignet sind, wird ergänzend eine Alternative vorgestellt, um den durch die Modellierung entstehenden Schätzfehler zu bemessen.

Server consolidation is currently widely employed in order to improve the energy efficiency of data centers. While being a promising technique, server consolidation may lead to resource interference between applications and thus, reduced performance of applications. Current approaches to account for possible resource interference are not well suited to respect the variation in the workloads for the applications. As a consequence, these approaches cannot prevent resource interference if workload for applications vary. It is assumed that having models for the resource utilization and power consumption of applications as functions of the workload to the applications can improve decision making and help to prevent resource interference in scenarios with varying workload. This thesis aims to develop such models for selected applications. To produce varying workload that resembles statistical properties of real-world workload a workload generator is developed in a first step. Usually, the measurement data for such models origins from different sensors and equipment, all producing data at different frequencies. In order to account for these different frequencies, in a second step this thesis particularly investigates the feasibility to employ quantile functions as model inputs. Complementary, since conventional goodness-of-fit tests are not appropriate for this approach, an alternative to assess the estimation error is presented.:1 Introduction 2 Thesis Overview 2.1 Testbed 2.2 Contributions and Thesis Structure 2.3 Scope, Assumptions, and Limitations 3 Generation of Realistic Workload 3.1 Statistical Properties of Internet Traffic 3.2 Statistical Properties of Video Server Traffic 3.3 Implementation of Workload Generation 3.4 Summary 4 Models for Resource Utilization and for Power Consumption 4.1 Introduction 4.2 Prior Work 4.3 Test Cases 4.4 Applying Regression To Samples Of Different Length 4.5 Models for Resource Utilization as Function of Request Size 4.6 Models for Power Consumption as Function of Resource Utilization 4.7 Summary 5 Conclusion & Future Work 5.1 Summary 5.2 Future Work Appendices / Serverkonsolidierung wird derzeit weithin zur Verbesserung der Energieeffizienz von Rechenzentren eingesetzt. Während diese Technik vielversprechende Ergebnisse zeitigt, kann sie zu Ressourceninterferenz und somit zu verringerter Performanz von Anwendungen führen. Derzeitige Ansätze, um dieses Problem zu adressieren, sind nicht gut für Szenarien geeignet, in denen die Workload für die Anwendungen variiert. Als Konsequenz daraus folgt, dass diese Ansätze Ressourceninterferenz in solchen Szenarien nicht verhindern können. Es wird angenommen, dass Modelle für Anwendungen, die deren Ressourenauslastung und die Leistungsaufnahme als Funktion der Workload beschreiben, die Entscheidungsfindung bei der Konsolidierung verbessern und Ressourceninterferenz verhindern können. Diese Arbeit zielt darauf ab, solche Modelle für ausgewählte Anwendungen zu entwickeln. Um variierende Workload zu erzeugen, welche den statistischen Eigenschaften realer Workload folgt, wird zunächst ein Workload-Generator entwickelt. Gewöhnlicherweise stammen Messdaten für die Modelle aus verschienenen Sensoren und Messgeräten, welche jeweils mit unterschiedlichen Frequenzen Daten erzeugen. Um diesen verschiedenen Frequenzen Rechnung zu tragen, untersucht diese Arbeit insbesondere die Möglichkeit, Quantilfunktionen als Eingabeparameter für die Modelle zu verwenden. Da konventionelle Anpassungsgütetests bei diesem Ansatz ungeeignet sind, wird ergänzend eine Alternative vorgestellt, um den durch die Modellierung entstehenden Schätzfehler zu bemessen.:1 Introduction 2 Thesis Overview 2.1 Testbed 2.2 Contributions and Thesis Structure 2.3 Scope, Assumptions, and Limitations 3 Generation of Realistic Workload 3.1 Statistical Properties of Internet Traffic 3.2 Statistical Properties of Video Server Traffic 3.3 Implementation of Workload Generation 3.4 Summary 4 Models for Resource Utilization and for Power Consumption 4.1 Introduction 4.2 Prior Work 4.3 Test Cases 4.4 Applying Regression To Samples Of Different Length 4.5 Models for Resource Utilization as Function of Request Size 4.6 Models for Power Consumption as Function of Resource Utilization 4.7 Summary 5 Conclusion & Future Work 5.1 Summary 5.2 Future Work Appendices

Die Nutzung von Biomasse als Nahrungs- und Futtermittel sowie als Rohstoff geht mit einem erheblichen Eingriff in biochemische Kreisläufe einher. Die Nutztierhaltung beansprucht dabei den Großteil der ökonomisch genutzten Phytomasse und dominiert Stoffströme in der Landwirtschaft. Während bereits der gegenwärtige ökologische Fußabdruck von tierischen Erzeugnissen Anlass zur Sorge bietet, wird die globale Nachfrage nach Fleisch, Milch und Eiern im Zuge von Bevölkerungswachstum und steigenden Einkommen voraussichtlich weiter zunehmen. Die vorliegende Arbeit untersucht die wechselseitigen Zusammenhänge zwischen Tierhaltung und Umwelt im Kontext globaler Wandlungsprozesse und adressiert Unsicherheiten auch in Bezug auf gegenwärtige Umweltauswirkungen. Im Rahmen der Dissertation wurde das räumlich explizite ökonomische Landnutzungsmodell MAgPIE (Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment) um eine detaillierte Darstellung des Nutztiersektors erweitert. Die Modellsimulationen unterstreichen das Potenzial, sowohl durch eine Änderung der Ernährungsgewohnheiten als auch der Produktionsweise von tierischen Erzeugnissen landwirtschaftliche Stoffströme und Landnutzung deutlich zu beeinflussen sowie Stickstoffverluste und Emissionen von klimaschädlichen Gasen zu verändern. Moderate Produktivitätssteigerungen können Waldökosysteme bewahren und Kohlenstoffemissionen vermeiden, führen allerdings auch zu Zielkonflikten zwischen dem Schutz aquatischer und terrestrischer Ökosysteme sowie zwischen Stickstoff- und Kohlenstoffverlusten. Zudem ziehen ehrgeizige Produktivitätssteigerungen großflächige Umwandlungen von Weide- zu Ackerland und damit eine Verringerung von Bodenkohlenstoffbeständen auf landwirtschaftlichen Flächen nach sich. Ein reduzierter Konsum tierischer Produkte in wohlhabenden Regionen trägt maßgeblich zum Erhalt der Wälder, der Vermeidung von Treibhausgasemissionen und der Verringerung des landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs bei. / Human appropriation of biomass as food, feed and raw material interferes with key biochemical cycles. Livestock is at the epicentre of agricultural material flows and resource use, utilising the majority of the economically used plant biomass, substantially amplifying the agricultural nitrogen cycle, contributing to greenhouse gas emissions and water use, and dominating human use of land. While already today’s environmental footprint of livestock gives cause for concern, demand for meat, milk and eggs is expected to continue growing, driven by population growth, increasing incomes, and urbanization. Between the poles of current environmental externalities and the magnitude of the expected growth of the livestock sector, this thesis explores interactions between animal agriculture and the environment in the context of broad-scale developments such as globalization, technological innovation, rising food demand, and climate change and addresses gaps in our knowledge about current environmental impacts of livestock. For this aim, the spatially explicit economic land use model MAgPIE (Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment) was extended by a detailed representation of animal agriculture. Model simulations demonstrate the large demand- and supply-side potential inherent in livestock production to transform biomass flows in agriculture and alter environmental externalities of food production. While moderate productivity gains in the livestock sector can reduce deforestation and emissions from land use change, trade-offs emerge between aquatic and terrestrial ecosystems, and between nitrogen and carbon losses. Moreover, ambitious productivity increases trigger large-scale pasture-to-cropland conversion that involves depletion of soil carbon stocks on agricultural land. A reduced consumption of livestock products in affluent regions considerably mitigates deforestation, carbon emissions and agricultural water consumption.

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