Schule digital: Die Lösung BelWü – hinter den Kulissen des Fernunterrichts
Wir wissen, was im Online-Unterricht alles schlecht lief. Doch was lief auch einmal gut? Ein Gespräch mit dem Bildungsnetzbetreiber BelWü in Baden-Württemberg.
Kinder mit medizinischen Masken verlassen die Schule
(Bild: David Tadevosian/shutterstock.com)
Die öffentliche Wahrnehmung und Berichterstattung zum Thema Online-Unterricht konzentrierte sich in den vergangenen Monaten auf das, was nicht funktioniert hat. Doch je nach Gegend funktionieren und funktionierten viele Dinge – trotz des allgemeinen Staatsversagens – dank des großen persönlichen Einsatzes von Menschen hinter den Kulissen. Wir sprachen hierzu mit dem IT-Team von BelWü.
BelWü betreibt – zumindest zu diesem Zeitpunkt noch – Netzwerke zu Forschung und Bildung in Baden-Württemberg, an die auch Schulen angeschlossen sind. Kurz vor Veröffentlichung dieses Interviews gab BelWü allerdings bekannt, dass Schulen, die Dienste von BelWü genutzt haben, nun bald schon wieder mit ihren IT-Services umziehen müssen. Für 2000 bis 3000 Schulen bedeutet das: Mitten in der Pandemie wird ihnen ihre sichere, datenschutzfreundliche Anbindung über das Landeshochschulnetz aufgekündigt. Welche politische Entscheidung hierzu geführt hat, ist derzeit noch unbekannt. Das soll uns aber nicht davon abhalten, die Arbeit des BelWü-Teams der vergangenen Monate genauer zu betrachten.
Besser als gedacht
Wie unsere Kinder das Pandemie-Schuljahr 2020/2021 erleben, hängt von sehr vielen Faktoren ab. Einfluss haben hierauf das zuständige Kultusministerium, die Gemeindevorgaben, die einzelnen Schulleitungen und deren Schulführung sowie natürlich die Lehrkräfte und Eltern. In Baden-Württemberg habe ich viele Fälle gesehen, in denen der Fernunterricht nicht nur nicht schlechter war als Vor-Ort-Unterricht, sondern die Klassen sogar schneller durch den Stoff kamen, weil etwa Clowns den Rest der Klasse weniger stören können. Wenig beachtet durch die Medien gefiel Kindern mit solchen gelungenen Unterrichtseinheiten der Fernunterricht sehr gut. Sie vermissen (abseits des Lehrstoffs) natürlich ihre Klasse, freuen sich aber, überhaupt virtuell zusammenzufinden – nicht nur mit ihrer Alterskohorte, sondern auch mit den Lehrkräften.
Doch bis der Fernunterricht überhaupt lief, gab es einige Hürden zu nehmen.
Und dann musste es schnell gehen ...
Wie war das, als im Frühjahr 2020 das erste Mal plötzlich Fernunterricht gefordert wurde?
Im März 2020 war die digitale Bildungsplattform zwar bereits in Planung, aber noch nicht umgesetzt. Am BelWü wurden zu diesem Zeitpunkt schon seit einigen Jahren Moodle-Instanzen für etwa 1000 Schulen angeboten. Als die Schulschließungen plötzlich anstanden, erlaubte das Kultusministerium den Schulen, sich nach eigenem Ermessen eigene Lösungen einzukaufen, wollte sie aber zusätzlich mit frei nutzbaren Angeboten unterstützen. Problem: Dieses Angebot mussten wir extrem kurzfristig stemmen. Keiner der angefragten Dienstleister konnte oder wollte das in der Zeit aus dem Boden stampfen.
Wir haben zunächst auch herzlich gelacht – das sind ja tausende Schulen, und wir hätten offiziell nur einen Arbeitstag gehabt, wie sollte das denn funktionieren? Jetzt saßen wir aber Corona-bedingt sowieso alle zuhause und hatten einige neue Server in den zwei Rechenzentren stehen, mit denen wir die Webhosting-Plattform sowieso modernisieren wollten. Eine Überschlagsrechnung ergab, dass wir theoretisch für jede Schule eine Moodle-Lernplattform bereitstellen könnten. Es wäre ein sehr schlankes Moodle, ohne Backup, ohne tolle URL, aber ein Moodle. Wir brauchten nur genügend Freiwillige, denn wir sind ein gutes Team und wollten uns gegenseitig nicht irgendetwas Ungewolltes ans Bein binden.
(Bild: Sebastian Neuner)
Am Freitagabend boten wir dem Kultusministerium vorsichtig unsere Hilfe an. Bis Dienstag hatten wir es dann geschafft, eine Plattform mit vielen tausend funktionierenden Moodles hochzuziehen, quasi nebenher in unserer Freizeit. Wir waren ziemlich übermüdet. Die Bestandskunden wurden jedoch schnell zum Problem. Sie hatten schon Accounts; sie wussten, wie man Moodle verwendet und sind sofort voll eingestiegen. Wir hatten damit gerechnet, dass die Nutzung deutlich stärker als bisher wird, aber wir haben am Mittwoch an einigen Stellen die rund 20-fache Last des Üblichen gesehen. Gerade für die Bestandskunden gab es in den ersten Tagen dann viele Schwierigkeiten. Wir haben das Problem zunächst mit mehr Servern erschlagen. Alles, was im Lager war, wurde herausgeholt, sogar aus Ersatzteilen noch Server zusammengebastelt und parallel dazu mehr Hardware beschafft, die zum Glück schnell da war.
Was hat sich im Winterbetrieb verbessert?
Ende März 2020 hatten wir die Sache besser im Griff. Über den Sommer ersetzten wir hauptsächlich alte Hardware. Strom und Platz wurden zum Flaschenhals, also haben wir klein dimensionierte Server und teilweise noch alte Sun-Restbestände mit leistungsfähigeren Servern mit 256 CPU-Cores und 1 TByte RAM ersetzt. Wir brauchten auch mehr Speicherplatz; es kamen Backups und Snapshots dazu. Die Kollegen vom Zentrum für Schulentwicklung und Lehrerfortbildung haben in der Zwischenzeit einen riesigen Cluster für Videoconferencing aus dem Boden gestampft, mit der Open-Source-Software BigBlueButton (BBB). Nach einer Testphase wurde das in alle "Corona-Moodles" eingebunden.
Als wieder Präsenzunterricht stattfand, war natürlich nicht viel Last auf den Systemen. Um Weihnachten wurden nochmal ein paar zusätzliche Server beschafft, für alle Fälle: 28 große Dell-Server mit 2 TByte RAM, rund 40 kleinere Server mit 1 TByte RAM. Wir installierten ein Anti-DDoS-System und zusätzliche Routing-Hardware. Zusätzlich rollten wir Software-Updates aus. Bei der zweiten Runde der Schulschließungen im Dezember wurden dann alle Rekorde gebrochen. Und dabei klappten kleinere Teile des Systems ein Stück weit zusammen. Wir haben unter größter Anspannung versucht, das Problem zu finden und zu lösen. Offenbar trat es nur unter maximaler Last auf. Wir hatten also von Punkt 8:00 Uhr nur bis etwa 10:00 oder 11:00 Uhr Zeit, ein relativ komplexes Softwaresystem zu debuggen – auf Systemen, die kaum noch reagierten.
Wo lag das Problem, als es am ersten Montag doch unerwartet zusammenbrach?
Eines der Kernprobleme beim Moodle-Tuning sind die Datenbanken. Hat man zu viele Benutzer (also in unserem Fall zu viele Moodle-Instanzen) auf einem Datenbankserver, läuft man in Connection-Limits, teilweise bleiben Moodle-Cronjobs hängen und schließen ihre Verbindungen nicht richtig, und egal wie hoch die Limits sind, sie werden gerissen. Wir haben die Datenbanken über den Sommer schließlich immer weiter aufgesplittet. Andere Bundesländer fahren einen anderen Ansatz und betreiben weniger, dafür sehr große Moodle-Instanzen für viele Schulen auf einmal. Da läuft man in Probleme mit Datenbank-Locking. Man muss irgendwo den Sweet-Spot finden. Und selbst wenn man diesen gefunden hat: bei den Problemen im Januar haben ineffiziente DB-Queries für die Kalenderfunktionen das ganze System lahmgelegt.
Die Queries laufen zum Teil über 20 Sekunden, blockieren Slots am Datenbankserver, PHP-Worker müssen warten, eine Kaskade von Problemen entsteht und dieses Blocking setzt sich fort, bis das ganze System steht. Ein paar zusätzliche Datenbankindizes an der richtigen Stelle konnten das beschleunigen, und das Problem war vorerst gelöst. Es lässt sich eben häufig nicht alles durch "wir stellen noch mehr Server dazu" lösen. Dazu kommen bei der schieren Anzahl an Nutzern allerhand unerwartete Probleme.
Einmal hinterlegte eine Schule ein 8 MByte großes Hintergrundbild, das bei jedem Page-Load neu mit ausgeliefert werden musste. Das macht die Seite für die Nutzer nicht unbedingt schneller, und wir bekommen irgendwann Beschwerden à la "unser Moodle ist so langsam!". Oder ein LDAP-Server an der Schule, der plötzlich sehr langsam ist und deswegen Logins lange dauern oder fehlschlagen. Das sind Einzelfälle, aber wenn irgendwas nicht funktioniert, ist für die User natürlich erst einmal das BelWü-Moodle doof.
