Foliensatz 2
Betriebssystem am Beispiel Linux
Inhalt
• Was ist ein Betriebssystem?
• Aufbau des Betriebssystems Linux
• Installation von Linux
Hardware
Ein Computersystem besteht aus Hardware und Software.
Hardware bezeichnet alle physischen Teile:
• Prozessor (CPU = Central Processing Unit)
• Speicher für Daten
• RAM = Arbeitsspeicher: Schneller Zugriff, aber Daten nicht permanent gespeichert
• Festplatte: Vergleichsweise langsamer Zugriff, Daten permanent gespeichert
• Externe Medien: USB-Stick, DVD, Netzwerk, …
• Mainboard mit Grafikkarte, Soundkarte, Erweiterungssteckplätzen, …
• Eingabegeräte (Tastatur, Maus, Touchpad, …)
• Ausgabegeräte (Bildschirm mittels Grafikkarte, Lautsprecher mittels Soundkarte, Drucker, …)
Software
• Die Software bestimmt, was der Prozessor mit den Daten machen soll. Sie liegt entweder in Form eines kompilierten Programmes vor oder als Quelltextdatei, die von einem Interpreterprogramm abgearbeitet wird.
Beispiele von Software: Webbrowser, E-Mail-Programm, Shell-Skripte, …
• Das Betriebssystem ist ein spezielles Programm, welches beim Starten des Systems geladen wird.
Es organisiert das Zusammenspiel von Hardware und den anderen Programmen und ist Kern der
Vorlesung.
• Das Gesamtsystem, auf dem die Software läuft, heißt Plattform (Hardware + Betriebssystem).
Aufbau des Betriebssystems Linux
1. Kernel:
• Verwaltung der Hardware (Gerätetreiber, Dateisystem, Arbeitsspeicher, Interrupts), erstes geladenes Programm (nach Bootloader)
• Verwaltung der Software (Prozesse, Multitasking)
• Abstrahierung des Dateisystems, API/ABI-Schnittstellen, … 2. Shell (Kommandozeileninterpreter)
• Dialog mit Kernel mittels Hilfsprogrammen
• Bietet auch Skript-Sprache für kleine Programme (bash, zsh, …) 3. Systemprogramme und -bibliotheken
• Zum Beispiel coreutils (ls, cd, cp, rm, mv, …)
• Zusätzliche Utilites und solche mit einer GUI
Linux wird oft auch GNU/Linux genannt, da viele der Systemprogramme und -bibliotheken aus dem GNU Projekt stammen (z.B. coreutils).
Linux Kernel
• Abstraktionsschicht zwischen Hardware und anderen Programmen
• Dateisystem (gleicher Zugriff, egal, wo Daten physisch liegen – Festplatte, USB-Stick, Netzwerkserver, …; ist auch Schnittstelle zum Zugriff auf Geräte)
• Speicher (Prozesse glauben, sie hätten eigenen Speicherbereich; automatische Speicherzuweisung und eventuell Auslagerung)
• Verwaltung von Prozessen (Prozess = Instanz eines Programmes; Schnittstelle für Prozess- Erzeugung; automatisches Scheduling; Multitasking)
• Ermöglicht Mehrbenutzerbetrieb (mehrere Benutzer gleichzeitig am selben System, private Datenbereiche, unterschiedliche Rechte, Sicherheitskonzept, …)
• … und bietet vieles mehr (Netzwerkprotokolle, jede Menge Gerätetreiber, …)!
Mehrbenutzerbetrieb („Multi-User“)
• Ursprünglicher Grund für UNIX: Mehrere Benutzer sollen über Terminals an einem zentralen Großrechner arbeiten können („Time Sharing“). Es werden mehrere Benutzer mit jeweils mehreren Prozessen parallel verwaltet und die Ressourcen verteilt.
Davon geblieben ist die Einteilung in Benutzer und Gruppen sowie das Multitasking.
• Jeder, der am Rechner arbeiten möchte, muss sich gegenüber dem Betriebssystem authentifizieren (meist mit Benutzername und Passwort). Damit bekommt man eine Identität und hat bestimmte
Rechte:
• Jeder Benutzer hat Zugriff auf seine eigenen Daten.
• Jedes Gruppenmitglied hat Zugriff auf die Daten der Gruppe.
• Der Administrator („root“) hat Zugriff ohne Einschränkungen.
Shell
Die Shell ist ein interaktiver Kommandozeileninterpreter.
• Es gibt mehrere Shells (z. B. ksh, csh, zsh, …), wir verwenden die bash (Bourne-again Shell), die Standardshell der meisten Linux-Distributionen.
• Um Zugriff auf eine Shell zu erhalten, braucht man ein Terminal. Im Normalfall gibt es sechs „ echte“ Terminals (wechseln zwischen ihnen mit Strg+Alt+F1 - Strg+Alt+F6). Auf der grafischen Oberfläche (Strg-Alt-F7) bekommt man eine Shell mittels eines „Terminal“-Programmes (z.B.
gnome-terminal unter Gnome oder konsole unter KDE).
• Das Prinzip ist, dass Text eingetippt und die Eingabe mit „Return“ bestätigt wird. Das veranlasst die Shell, die entsprechenden Zeichen zu interpretieren, zu verarbeiten und dann die Befehle abzuarbeiten. Anschließend wird die Ausgabe dem Benutzer präsentiert und man kann erneut Befehle eintippen.
Den Umgang mit der Shell muss man beherrschen, wenn man Linux effektiv und effizient benutzen will!
Linux-Distribution 1
Eine Distribution besteht aus mehreren Teilen, nämlich
• dem Linux-Kernel, der in einer Linux-Distribution immer vorhanden sein muss;
• GNU, Bibliotheken, Systemprogrammen, Start-Skripten, Default-Konfigurationen, etc. – das sind Teile, die den Anwender im Normalfall nicht betreffen, jedoch für die Administration wichtig sind;
• und Anwendungsprogrammen, die für den Benutzer wichtig sind.
Linux-Distribution 2
• Als Linux-Distribution bezeichnet man eine gewisse Zusammenstellung dieser drei Komponenten.
Es wird eine Auswahl getroffen und es werden bestimmte Techniken oder Mechanismen verwendet (z. B. Start-Skripte, Hardware-Erkennung, Paketverwaltungssystem, …) und ausgewählte Anwendungen vorinstalliert.
• Hauptaufgabe ist es, ein funktionierendes Repository getesteter Anwendungsprogramme zur Verfügung zu stellen und (automatische) Updates für die gesamte Software auszuliefern.
• Beispiele von Distributionen: Debian (eine der ersten Distributionen, Allroundsystem), Ubuntu (basiert auf Debian, Fokus auf Benutzer, weit verbreitet), Red Hat (für Server, kommerzielle Ausrichtung), Fedora (für Software-Entwickler).
• Auch Systeme wie Android oder Open webOS basieren auf dem Linux-Kernel, haben aber mit klassischen Linux-Distributionen nicht viele Gemeinsamkeiten.
Siehe auch Linux-Distribution auf Wikipedia
Linux-Distribution 3
• Ein Repository ist ein Verzeichnis für Software, spezifisch für jede Distribution. Es umfasst jeden Typ von Software (Kernel, Administration, Anwendung) und zusätzlich auch Dokumentation sowie Default-Konfigurationen.
• Die Software wird in Form von Paketen bereitgestellt und zwischen diesen Paketen sind Abhängigkeiten definiert. Das heißt in der Praxis, dass ein Paket für ein Programm zusätzlich die Anwesenheit von weiteren Paketen benötigt. So wird zum Beispiel sichergestellt, dass bei der Installation eines Audio-Players die nötigten Audio-Codecs installiert werden.
• Die zwei verbreitetsten Paketformate sind deb („Debian package“; von Debian, Ubuntu und anderen Debian-Derivaten verwendet) und rpm („RPM Package Manager“; z.B. von Red Hat und openSUSE verwendet).
Installation von Ubuntu Linux 1
Drei Möglichkeiten:
1. Lade die Installations CD („Desktop version“) herunter, boote von ihr und folge der Installationsanleitung.
Ist keine Partition frei, mache ein Backup und verkleinere bestehende Partitionen, damit Platz (min.
10GB) für neue entsteht.
2. Virtualisieren: Installiere VirtualBox, erzeuge eine virtuelle Festplatte (~10GB), starte vom Image der CD wie in Punkt 1 und installiere Ubuntu.
3. Wubi:
Windows installer for Ubuntu Desktop
With our officially supported installer for Windows, you can install and uninstall Ubuntu easily and safely.
Installation von Ubuntu Linux 2
Was ist bei einer Installation zu beachten?
• Sprache: Nachträglich können meist Pakete für zusätzliche Sprachen installiert werden. Diese umfassen Lokalisierungen für die Anwendungen, Wörterbücher, Dokumentation, …
• Lokalisierung: Ort, Zeit und Zeitzone. Es ist üblich, die Uhrzeit über das Internet zu synchronisieren (mittels NTP).
• Partitionierung: Je nach Anwendungsfall, zwei oder mehr Partitionen:
• / ist die Systempartition, ~20GB, am Anfang der Platte
• /home für Benutzerdaten, so groß wie möglich
• swap unter 2GB RAM sollte es eine Swap-Partition geben; kann auch nachträglich als Datei in / erzeugt und eingebunden werden (also nicht als Partition).
Installation von Ubuntu Linux 3
• Nach der Installation muss das System neu gestartet werden und danach ist es benutzbar. Bei der Installation werden die wichtigsten Programme installiert, d.h. man hat Web-Browser, E-Mail- Programme, Bildbetrachtungs- und Bildbearbeitungsprogramme, Media-Player und vieles mehr zur Verfügung.
• Falls bestimmte Funktionalitäten nicht vorhanden sein sollten, können diese über den Paketmanager einfach nachinstalliert werden. Unter Ubuntu hat man dazu die graphische Oberfläche Ubuntu Software Center zur Verfügung bzw. das Programm apt-get in einem Terminal.
• Wird ein Befehl in einem Terminal eingegeben, der nicht bekannt ist, aber über ein (oder mehrere) Paket installiert werden könnte, wird eine entsprechende Meldung ausgegeben:
$ fortune
The program 'fortune' is currently not installed. You can install it by typing:
sudo apt-get install fortune-mod
$ sudo apt-get install fortune-mod # Zur Installation des Pakets
Copyright und Lizenz
• Copyright: Thomas Leitner thomas.leitner@univie.ac.at
• Basiert teilweise auf den Folien von Harald Schilly harald.schilly@univie.ac.at
• Lizenz: Creative Commons CC BY-NC-SA
„Namensnennung-Keine kommerzielle Nutzung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Österreich.“ - http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/at/
Abweichendes Copyright von Inhalten:
• Die Grafik „Linux-Distribution“ steht unter der CC BY-SA 3.0 Lizenz.
