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1 Linux - Einleitung Linux ist ein frei verfügbares Multitasking und Multiuser Betriebssystem. Es bietet die Funktionalitäten, die man von modernen Betriebssystemen erwartet: Echtes präemtives Multitasking, virtuelle Speicherverwaltung, dynamisch nachladbare Bibliotheken mit Versionsnummern und andere moderne Konzepte machen das POSIX orientierte Betriebssystem zu einer optimalen Lösung für viele Einsatzgebiete. Hinzu kommt, dass unter Linux eine breite Palette an Anwendungssoftware zur Verfügung steht. Linux entstand im nicht-kommerziellen Umfeld von Unix, das vernehmlich seinen Einsatz auf den Enterprise Servern von IBM, HP, und Sun findet. Mitllerweile beginnt Linux diese Systeme abzulösen, sei es bedingt durch den enormen Kostendruck in den Unternehmen oder Verwaltungen, oder durch die Forderungen nach mehr IT-Sicherheit. Besonders im universitären Bereich is Linux immer mehr das Betreibssystem der Wahl für den Einsatz auf Servern und Workstations. Deshalb wollen wir das Linux (besser) kennenlernen und uns Kenntnisse für dessen täglichen Einsatz aneignen. Ein erster Eindruck von Linux - Die Themen: Das Linux Profil o Ist Linux Unix? o Was leistet Linux? Linux Distributionen Linux und Unix Charakterisitika Historisches o Wie entstand Unix? o Welchen Weg nahm Linux? Unix Schichtenmodell Linux Komponenten Das Linux Profil Was zeichnet Linux aus? Hier ein paar wesentliche Punkte, die das Profil von Linux auszeichnen: Linux ist ein frei erhältliches Unix-ähnliches Betriebssystem. Linux ist das Werk aus einer weltweiten Zusammenarbeit vieler Autoren. Der Betriebssystemkern wurde ursprünglich von seinem Namensgeber Linus Torvalds entworfen. Der Kernel erfuhr seine Popularität durch die Verbreitung von Linux-Distributionen (Debian, Suse, RedHat, Mandrake,...), Distributionen bündeln den Betriebssystemkern mit zahlreichen Applikationen. Die meisten Anwendungen sind frei und wurden von der Free Software Foundation FSF entwickelt. Darunter sind C und C++ Entwicklungswerkzeuge, Editoren, Kommandointerpreter, X-Window- Systeme und Komponenten, Netzwerkanwendungen, aber auch Office Applikationen, Multimedianwendungen, und viele andere.

2 Was leistet Linux? Linux ist ein frei erhältlicher, der GNU Public Licence unterliegender Betriebssystemkern. Linux leistet: Unterstützung von 32- und 64-Bit Rechnerarchitekturen, Multitasking, parallele Bearbeitung mehrerer Programme, Multiuserbetrieb, mehrere Benutzer können gleichzeitig ihre Anwendungen verarbeiten, Multiprozessing, Kernel läuft verteilt auf mehreren Prozessoren, Multiplattformfähigkeit, Linux ist für verschiedene Prozessorarchitekturen verfügbar, Virtuelle Terminals, mehrere parallele Login-Sessions, Unterstützung diverser Peripheriegeräte: Audio, Grafik, SCSI, ISDN, Netzwerk, etc., Modularer Kernel, Nachladen von Treibern während der Laufzeit, Plug&Play Support, Virtueller Speicher, Anwendungen können mehr als den physikalischen Speicher nutzen, Speicherschutz, jede Applikation benutzt einen eigenen Speicherbereich, Dynamische Laufzeitbibliotheken mit Versionsnummern, Unterstützung diverser Dateisystemformate, FAT32, ISO9660, NFS, UFS, etc., Disk Cache, Reduktion von Festplattenzugriffen durch RAM Zwischenspeicherung, Multi-Disk-Support, Mirroring (Raid-1), Ausfallschutz (Raid-4/5), Netzwerkzugang über Ethernet, FDDI, ISDN, PPP, SLIP, TokenRing, WAN, Unterstützung der Netzwerkprotokolle AppleTalk, AX25, DECnet, IPX, TCP/IP, X.25, und einiges mehr. Was sind Linux Distributionen Linux Software erhält man von verschiedenen Vertreibern, welche die einzelnen Softwarepakete in sogenannten Linux Distributionen bündeln. Was zeichnet diese Distributionen aus? Für Linux Distributionen merken wir folgendes an: Distributionen bündeln den Kernel mit Anwendungen. Moderne Distributionen enthalten komfortable Installationsroutinen. Linux Distributionen sind architektur-spezifisch. Die Installations- und Administrationswerkzeuge sind von Distributor zu Distributor unterschiedlich. Die Dokumentationen sind mehrheitlich in englischer Sprache. Welche Pakete beinhalten Distributionen? Die einzelnen Distributionen von Suse, Debian, RedHat, Mandrake, u.a. unterscheiden sich wenig im Umfang der gebündelten Softwarepakete. Die Distributionen beinhalten typischerweise: Kommandointerpreter: bash, sh, csh, tcsh, ksh,... GNU Utilities, sämtliche von der FSF entwickelte Basiswerkzeuge, Online Dokumentationen: Unix-man und GNU-info, X-Window System als netzwerktransparente grafische Schnittstelle, Editoren einschliesslich XEmacs und Buchsatzsystem Tex/LaTeX, Applikationen in breiter Vielfalt: Datenbanken, Grafik, Muldimedia, Office,...,

3 Entwicklungswerkzeuge: z.b. Interpreter (Perl, Cobol), Compiler und Debugger (Java, C, C++, Fortran), Programmbibliotheken für die Entwicklung von Benutzerschnittstellen, Netzwerkdämonen für Backup, Mail, Samba, Firwall-Systeme, etc., Netzwerkanbindungen inkl. Chat, FTP, News, secure Shell, WWW, etc., Emulatoren und-oder Virtuelle Maschinenkonzepte z.b. wine, codeweavers, vmware, etc.,... und ein auch ein paar Spiele. Linux und Unix Charakteristika Linux ist mit Unix nicht gleichzusetzen. Obgleich viele Gemeinsamkeiten existieren gibt es aber auch eine Menge von markanten Unterschieden: Die Unterschiede: Linux vereint wichtige Merkmale von System V, BSD, und POSIX, so dass allerdings grosse Aehnlichkeiten zu Unix bestehen. Im Gegensatz zu Unix sind die Quellen des Linux Systems frei erhältlich: Betriebssystemkern, Gerätetreiber, Laufzeitbibliotheken, Entwicklungswerkzeuge und Anwenderprogramme. Zum Einsatzfeld von Linux gehören im wesentlichen die CPU s der Hersteller Acorn, DEC( Alpha), Intel (8086, [3-6]86), Motorola (MC680x0, PowerPC), Silicon Graphics (MIPS), und Sun (SPARC). Zu den Hauptmerkmalen von Linux zählen POSIX-konforme Prozesssteuerung, Kompatibilität mit möglichst vielen Dateisystemformaten, komplette Implementierung der Transmission Control / Internet Protocol Spezifikation TCP/IP, Kompatibiltät zum Network File System NFS. Historisches Die wichtigsten Stationen in der Geschichte von Unix und Linux lassen sich folgendermassen zusammenfasse: Wie entstand Unix? "The success of the UNIX system stems from its tasteful selection of a few key ideas and their elegant implementation. The model of the UNIX system has led a generation of software designers to new ways of thinking about programming." (Citation from the 1983 ACM Turing Award presented to Kenneth Thompson and Dennis Ritchie.) Im Zeitraffer sind dies die wichtigsten Unix Stationen: Kenneth Thompson und Dennis Ritchie programmierten 1969 bei AT&T Unics in Assembler. Die Portierung auf eine DEC-PDP-11 dauerte 2 Jahre. Dennis Ritchie und Brian Kernigham entwickelten 1971 die Programmiersprache C. Version 4 von Unix war 1973 weitgehend in C programmiert. Version 6 war 1977 frei als Quellcode erhältlich. Aus Version 6 entstanden an der Berkley University BDS Unix und bei AT&T Version 7. Grössere Akzeptanz von BSD mit cshell im Vergleich zur Bourne Shell Version 7. Version V ab 1983 im kommerziellen Einsatz.

4 Sun Workstations mit SunOS, mit Anleihen von AT&T-Unix und BSD-Unix verhalfen zur Akzeptanz von Unix auf Workstations. Es entstanden drei Hauptlinien: System V, BSD-Unix und SunOS wurde ein neuer Standard vereinbart: System V Release 4, das die markanten Vorteile der drei Systeme vereinte, darunter TCP/IP, C-Shell, NFS, X11 und andere. - Dies war dann auch der kommerzielle Durchbruch von Unix. Welchen Weg nahm Linux? Hier ein kurzer chronologischer Ueberblick zur jungen Linux Geschichte: 1987 wurde das an der FU Amsterdam entwickelte Version 7 basierte Minix als PC-Lehr- Betriebssystem im Quelltext verfügbar veröffentlichte Linus Torvalds Linux 0.12 mit bash-kommandointerpreter, C-Compiler und Micro-Emacs Editor. Kurz darauf präsentierte 1972 William Jolitz das freie PC-BSD-Unix 386BSD0.0. Basis f ur den weiteren Erfolg von Linux bildete die weltweite Unterstützung von Programmierern und Testern, die Linux die Merkmale von POSIX, System V und BSD einverleibten. Seit der Freigabe von Linux Version 2.0 enthalten die Quellen des Betriebssystemkerns standardmässig alle Komponenten, die für eine Anpassung für Intel, PowerPC, Sparc und Alpha Prozessoren erforderlich waren. - Der Durchbruch für Linux zu einer weiten Verbreitung war damit gelungen. Unix Schichtenmodell Moderne Computer bestehen aus Zentral-, Eingabe- und Ausgabeeinheiten. Bussysteme transportieren Daten-, Adress- und Steuersignale. Der Kernel bildet die Schnittstelle zwischen den Anwendungen und der Hardware. Die Architektur des Kernels lässt sich als Schichtenmodell darstellen, das unterhalb der Systemaufrufschnittstelle aus den folgenden logischen Komponeten besteht: Prozessmanager: Einbettung von Prozessen in den Prozesskontext und Eintragung der erzeugten Datenstruktur in die Kernel-interne Prozesstabelle. Speichermanager: Steuerung der Verwendung des virtuellen Speichers, bestehend aus dem physikalischen Arbeitsspeicher und dem Auslagerungsspeicher (Disk Swap Space). Dateisystem: Verwaltung umfangreicher Informationen in Form von Dateien. I/O Dienste: Bildung einer geräteunabhängigen Schnittstelle für die Daten Ein- und Ausgabe (I/O, Input/Output). Die Bedienung der Hardware ist Aufgabe der darunter liegenden Schicht mit den Komponenten Scheduler: Steuerung der Abarbeitungsreihenfolge der parallel anstehenden Prozesse. I/O Puffer: Zwischenspeicherung der I/O Daten. Gerätetreiber: Gerätespezifische Ansteuerung der Peripheriekomponenten. Systemaufrufschnittstelle: Benutzerinteraktionen steuert in Unix ein Kommandointerpreter, die Shell. Die Shell ist ein konzeptioneller Bestandteil von Unix, aber kein unmittelbarer Bestandteil des Unix Betriebssystemkerns.

5 Die Shell nimmt als Beutzerprozess Kommandos von den Standardeingaben entgegen und interpretiert sie. Daraufhin führt die Shell Programme aus bzw. erzeugt Prozesse und kopiert das Resultat auf die Standardausgabe. Die äusserste Schicht bilden die Benutzerprozesse mit den Anwendungen. Linux Komponenten Linux ist eine monolithischer (alle Komponenten sind Bestandteil eines Programms) Unix-ähnlicher Betriebssystemkern, der in seiner Architektur mit dem theoretischen Unix-Schichtenmodell übereinstimmt. Linux enthält als Hauptkomponenten Systemaufrufschnittstelle, Speichermanager, Prozessmanager, Scheduler, Dateisystem, Gerätetreiber. Zusätzliche Subsysteme sind im Betriebssystemkern integriert und zeigen sich verantwortlich für Interrupts (Hardware-Unterbrechungen), Steuerung der Interprozesskommunikation, Steuerung der Netzwerkkommunikation. Eine vollständige Liste aller Veränderungen der Kernels gibt es auf den Seiten. Die wesentlichen Entwicklungen, welche in die neueren Kernelgenerationen eingeflossen sind, sind in der Linuxfibel dokumentiert. Unter selflinux findet man die prinzipielle Arbeitsweise des Linux Kernels erklärt und Hinweise für die Erzeugung eines eigenen Kernels.

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