Betriebssysteme I - WS 2019/20 Prof. Dr. Dirk Müller
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Betriebssysteme I 2 Linux WS 2019/20 Prof. Dr. Dirk Müller
Überblick
● Motivation
● Kernel, Distributionen, Anwendungen
– Editoren
● Desktop-Umgebungen
● Dokumentation und Hilfe
● Philosophie von Linux
– 10 Gebote für Linux-Nutzer
● wichtige Kommandos
● Dateiabstraktion
● Shell
● Ordnerstruktur
● Zusammenfassung
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 2/29
Motivation
● Windows kennt jeder, aber Linux ist bereits führend bei
Servern und gewinnt auch Marktanteile auf dem Desktop.
● bekanntestes Open-Source-Projekt weltweit
● Mehrbenutzer-Multitasking-BS, UNIX-artig
– monolithischer Kernel mit zuladbaren Kernel-Modulen
● Initiator und Benevolent Dictator for Life (BDFL,
dt. in etwa „wohlwollender Diktator auf Lebenszeit“):
finnischer Programmierer Linus Torvalds seit 1991
● Steuerung über Shell, aber auch mächtige GUIs verfügbar
● für Plattformen von Handy bis Großrechner verfügbar
– DEC Alpha, ARC, ARM, AVR32, Blackfin, C6x, ETRAX CRIS, FR-V,
H8/300, Hexagon, Itanium, M32R, m68k, META, MicroBlaze, MIPS,
mn10300, Nios II, OpenRISC, PA-RISC, PowerPC, s390, S+core,
SuperH, SPARC, TILE64, Unicore32, x86, x86-64, Xtensa, z/OS
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 3/29Ein bescheidenes Posting...
From: torvalds@klaava.Helsinki.FI (Linus Benedict Torvalds)
Newsgroups: comp.os.minix
Subject: What would you like to see most in minix?
Summary: small poll for my new operating system also kürzlich
Message-ID: Geburtstag:
Date: 25 Aug 91 20:57:08 GMT 28 Jahre Linux
Organization: University of Helsinki
Hello everybody out there using minix -
I’m doing a (free) operating system (just a hobby, won’t be big and
professional like gnu) for 386(486) AT clones. This has been brewing
since april, and is starting to get ready. I’d like any feedback on
things people like/dislike in minix, as my OS resembles it somewhat
(same physical layout of the file-system (due to practical reasons)
among other things).
I’ve currently ported bash(1.08) and gcc(1.40), and things seem to work.
This implies that I’ll get something practical within a few months, and
I’d like to know what features most people would want. Any suggestions
are welcome, but I won’t promise I’ll implement them :-)
Linus (torvalds@kruuna.helsinki.fi)
PS. Yes - it’s free of any minix code, and it has a multi-threaded fs.
It is NOT protable (uses 386 task switching etc), and it probably never
will support anything other than AT-harddisks, as that’s all I have :-(.
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 4/29...wird der Start einer großen Karriere.
Datum Version kompr. Größe [kB] Größe in LoC
17.09.1991 0.01 230 8.413
13.03.1994 1.0.0 1.259 170.581
09.06.1996 2.0.0 2.015 716.119
09.10.2008 2.6.27 63.721 9.709.868
30.09.2012 3.6.0 ca. 78.500 15.868.036
07.09.2016 4.7.3 ca. 86.000 21.712.846
12.08.2018 4.18 101.782 25.280.736
15.09.2019 5.3 xxx xxx
2025 8? 200.000? 40 Mio. ?
Zählen der Zeilen: find -type f -not -regex '\./\.git.*'|xargs cat|wc -l
neueste Versionen stets unter http://kernel.org/ zu finden
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 5/29Wachstum des Linux-Kernels
Quelle: https://www.linuxcounter.net/statistics/kernel,
Download am 03.09.2018
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 6/29Marktstudie: Betriebssysteme auf den
Computern der Top-500-Liste
100,0 %
Linux seit
2017
Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AOperating_systems_used_on_top_500_supercomputers.svg
By Benedikt.Seidl (Eigenes Werk (own work) / source top500.org) [Public domain], via Wikimedia Commons
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 7/29Kernel und passende Unterstützungssoftware
● Linux i. e. S. ist nur der Kernel.
● großer Fundus an Unterstützungssoftware
– Kommandointerpreter (Shell): z. B. bash, ksh, csh, tcsh, dash, zsh
– GNU Core Utilities
– Dateiwerkzeuge (z. B. ls, cp, rm, touch, df)
– Textwerkzeuge (z. B. head, wc, sort, uniq)
– Shell-Werkzeuge (z. B. date, who, expr, test, du)
– Entwicklungswerkzeuge: gcc (GNU Compiler Collection)
– grafische Basisschnittstelle: X Window System seit 2008 Alternative:
– Fenstermanager Anzeige-Server
Wayland [5]
– Desktop-Umgebungen
● Gesamtsystem mit korrekter Bezeichnung GNU/Linux
– Namensstreit, mit Kurzform Linux Beiträge von Richard Stallman
nicht ausreichend gewürdigt
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 8/29Distributionen
● sind Zusammenstellungen des Kernels, von Applikationen
und Werkzeugen zur Konfiguration, die ein lauffähiges
Gesamtsystem erzeugen
● reduzieren den Konfigurations- und Updateaufwand
beträchtlich (Standardeinstellungen, Paketmanagement)
● unterscheiden sich in vielen Einzelaspekten:
– hauptsächliches Einsatzziel Desktoprechner, Server,
eingebettetes System
– Einstellung zu proprietären Komponenten
– Sprachanpassung (Lokalisierung)
● Die Frage nach der besten Distribution führt gemeinhin zu
Meinungsverschiedenheiten.
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 9/29Distributionen: Auswahl
Distribution Vorteil Nachteil
Gentoo System wird selbst kompiliert, rolling release
Fedora freies Linux der Firma Red Hat
openSUSE freies Linux der Firma SUSE Linux GmbH
meist etwas veraltete
Debian frei und stabil
Versionen
Ubuntu anfängerfreundlich zu starke Win-Nachahmung
Knoppix Live-System
Mint gute Integration proprietärer Komponenten
mehr unter [2]
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 10/29Einige wichtige Anwendungen
● Textverarbeitung: OpenOffice, LibreOffice, LaTeX
● Kinoabend: MPlayer, VLC, GNOME Videos
● Bildbearbeitung: GIMP, ImageMagick
● Vektorgrafik: xfig, Inkscape
● Browsen im WWW: Firefox, Opera
● Notensatz: LilyPond
● Funktionsgraphen plotten: Gnuplot
● Dateien editieren: vi, emacs
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 11/29Editoren unter Linux
● vi
– auf jedem UNIX/Linux-System vorhanden
– läuft im Terminal: Tastaturbedienung
– gewöhnungsbedürftig, nicht intuitiv
– VIM und Elvis als bekannte Clones
● emacs
– anderes Extrem, kann alles: Mail lesen, browsen, spielen
– sehr flexibel, aber schwierig zu konfigurieren (mittels Lisp)
– grundlegende Edit-Kommandos entsprechen denen der Bash
● interner Editor des Midnight Commander
– Nachbau des Kult-Programms Norton Commander (MS-DOS)
– goldener Mittelweg, nicht zu simpel und nicht zu überladen
– intuitive Bedienung
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 12/29Vi-Zustandsdiagramm
Einfügemodus normales
Editieren
i,a,o,c,s,...
vi
Befehlsmodus ZZ
:
komplexe Befehle
wie Suchen und Kommandozeilen-
Ersetzen modus x,q,q! +
VIM hat sogar 6 Modi.
– auch für Stapelverarbeitung und angeblich benutzerfreundlicher
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 13/29Emacs
“[...]I use Emacs, which might be thought of as a thermonu-
clear word processor. It was created by Richard Stallman;
enough said. It is written in Lisp, which is the only computer
language that is beautiful. It is colossal, and yet it only edits
straight ASCII text files, which is to say, no fonts, no boldface,
no underlining. If you are a professional writer i.e., if some-
one else is getting paid to worry about how your words are
formatted and printed, Emacs outshines all other editing
software in approximately the same way that the noonday
sun does the stars. It is not just bigger and brighter; it simply
makes everything else vanish.[...]”
Neal Stephenson 1999 [1]
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 14/29Desktop-Umgebungen
● K Desktop Environment (KDE)
● GNOME
– MATE
– Cinnamon
● XFCE, LXDE
● Unity (von Ubuntu)
– ab Ubuntu 17.10
wieder GNOME [5]
Deltas
● Tastaturbedienbarkeit
● Look & Feel Quelle: Kulandru mor, Download am 8.9.2016
https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3APopular_free_desktop_environments.svg
● Umfang (Startzeit, Ressourcenbedarf)
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 15/29Dokumentation und Hilfe
● man zeigt die zugehörige Handbuchseite
● info ebenso, aber mit Emacs-Steuerung
– moderneres System mit Hyperlinks, häufig ausführlicher
● apropos zeigt zum Suchbegriff gehörige
Handbuchseiten (sucht auch in Kurzbeschreibungen)
– entspricht: man -k
– ggf. mit mandb vorher den Index erstellen/aktualisieren
● whatis sucht nach Handbuchseite zu diesem
Begriff und zeigt die Kurzbeschreibung dazu an
– entspricht: man -f
● --help liefert Erklärungen zu einem
Kommando
● im WWW häufig Vorschläge zur Lösung – auch zunächst
exotisch erscheinender – Probleme zu finden
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 16/29Handbuch
● man man zeigt, dass Handbuch in Kategorien eingeteilt ist
1 Ausführbare Programme oder Shell-Befehle
2 Systemaufrufe (Kernel-Funktionen) man –-locale=EN ls
3 Bibliotheksaufrufe (Funktionen in Programmbibliotheken) erzwingt englisches
4 Spezielle Dateien (gewöhnlich in /dev) Originalhandbuch zu ls
5 Dateiformate und Konventionen, z. B. /etc/passwd
6 Spiele
7 Verschiedenes (einschließlich Makropaketen und Konventionen), z. B. man(7), groff(7)
8 Befehle für die Systemverwaltung (in der Regel nur für root)
9 Kernel-Routinen [nicht Standard]
● typische Abschnittsnamen in einer Seite
– BEZEICHNUNG, ÜBERSICHT, KONFIGURATION,
BESCHREIBUNG, OPTIONEN, EXIT-STATUS,
RÜCKGABEWERT, FEHLER, UMGEBUNGSVARIABLEN,
DATEIEN, VERSIONEN, KONFORM ZU, ANMERKUNGEN,
BEISPIEL, AUTOREN und SIEHE AUCH
● manchmal humorige Bemerkungen anzutreffen
– man 3 gets
– man rtfm
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 17/29Philosophie von UNIX-artigen BS
1. Klein ist schön.
2. Gestalte jedes Programm so, dass es eine Aufgabe gut erledigt.
3. Erzeuge so bald wie möglich einen funktionierenden Prototyp.
4. Bevorzuge Portierbarkeit vor Effizienz.
5. Speichere Daten in einfachen Textdateien.
6. Verwende die Hebelwirkung der Software zu deinem Vorteil.
7. Verwende Shell-Skripte, um die Hebelwirkung und die
Portierbarkeit zu verbessern.
8. Vermeide Benutzeroberflächen, die den Benutzer fesseln.
9. Mache jedes Programm zu einem Filter.
Quelle: [3]
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 18/29Die 10 Gebote für Linux-Nutzer and the ROOT user did speak 1.Thou shalt not log in as root. Use “sudo” or “su -” for administrative tasks. Quelle: [4] 2.Thou shalt use the package manager when possible. Sometimes installing from source code can’t be avoided, but when you use your distro’s package manager to install software, you can also use it to update and remove it. This is one of the main strengths of Linux. 3.Thou shalt be a part of the community. Freely give what you have received for free. Offer help and advice whenever you can. 4.Thou shalt read documentation and man pages. Always read the documentation. The people who wrote the software tried to anticipate your questions, and provided answers before you asked. 5.Thou shalt use the available support system. Switching to Linux can be tough. It can be frustrating, but there are a lot of people out there who want to help you. Let them. 6.Thou shalt search. In most cases, your question or problem has already been addressed. Try to find the answers that are already out there before asking someone to provide a new one. 7.Thou shalt explore. Linux opens a whole new world of options and possibilities. Try everything you can. 8.Thou shalt use the command line, or at least try it. It is a very powerful tool and is not all that hard to use. Really! 9.Thou shalt not try to recreate Windows. Linux is not meant to be a clone of Windows. It’s different. Embrace and appreciate the differences. 10.Thou shalt not give up. I tried several distributions before I found one I liked. I still try other distros from time to time. I also tried several different programs to serve one purpose before settling on what I use now (amarok, xmms, beep, exaile for music – azureus, ktorrent, deluge for bittorrents). If you don’t like the defaults, remember that you can change almost everything to suit you. Dirk Müller: Betriebssysteme I WS 2019/20 19/29
Standardisierung
● POSIX: Portable Operating System Interface
● standardisierte API, also Schnittstelle für
Anwendungssoftware zum Betriebssystem mit 4 Teilen
– Basis-Definitionen
– System-Schnittstelle (Systemrufe)
– Kommandozeileninterpreter und Hilfsprogramme
– Erklärungen Spezifikation
sh orientiert
● internationale Norm: ISO/IEC/IEEE 9945 sich an ksh
(Korn-Shell)
● Beginn: IEEE1003.1 (1990)
● aktuell: IEEE Std 1003.1-2017
– https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/
● zertifiziert: macOS, Solaris, HP-UX, Integrity, QNX Neutrino etc.
● weitgehend konform: Linux, PikeOS, Android etc.
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 20/2922 wichtige Kommandos (1/2)
Kommando Zweck(e)
ls Liste von Dateien (im Verzeichnis) anzeigen; list
pwd aktuellen Verzeichnisname anzeigen; print name of working dir
cd Wechsel des aktuellen Verzeichnisses; change directory
cp Kopieren von Dateien; copy
mv Verschieben & Umbenennen von Dateien/Verz.; move
rm Löschen von Dateien/Verzeichnisbäumen; remove
Änderung von Zugriffs-/Änderungszeit von
touch
Dateien/Verzeichnissen & Anlegen von leeren Dateien
mkdir Anlegen neuer Verzeichnisse; make directory
rmdir Löschen leerer Verzeichnisse; remove directory
Ändern der Zugriffsrechte für Dateien/Verzeichnisbaum;
chmod
change mode
less seitenweise Ausgabe von Dateien; verbessertes more
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 21/2922 wichtige Kommandos (2/2)
Kommando Zweck
cat Datei(en) verketten und ausgeben; concatenate
who Anzeige der angemeldeten Benutzer
find Suche nach Dateien/Verzeichnissen im Dateisystem
Ausgabe von Zeilen in Dateien, die einem Muster folgen; global
grep
search for a regular expression and print out matched lines
man Anzeige von Handbuchseiten; manual
ps Ausgabe von Daten zu Prozessen; process status
top Echtzeit-Auflistung der Prozesse CPU-Last; table of processes
kill Senden von Signalen an Prozesse
du Anzeige Speicherbedarf von Dateien/Verzeichnissen; disk usage
df Anzeige des belegten/freien Speichers im Dateisystem; disk free
ln Anlegen eines Links (Verweises) auf Dateien; link
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 22/29„Alles ist eine Datei.“
Geräteunabhängigkeit: Dateisystem über verschiedene
Geräte hinweg (auch: Hauptspeicher, Soundkarte, etc.)
Abk. Dateityp Beschreibung Beispiel
Texte, Bilder, Programme,
- normale, reguläre Datei /usr/bin/ncal
etc.
d Verzeichnis Container für Dateien /usr
Verweis auf eine andere
l symbolischer Link /dev/stderr
Datei
zeichenorientiertes Gerät, das zeichenweise
c /dev/pty0
Gerät beschrieben wird
Gerät, das blockweise
b blockorientiertes Gerät /dev/sda1
beschrieben wird
FIFO-Puffer für die
p benannte Pipe Kommunikation zwischen /run/dmeventd-client
2 Prozessen
s Socket Kommunikationsendpunkt /tmp/.X11-unix/X0
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 23/29Shell
● normaler Nutzerprozess, der kontinuierlich
– Kommandos einliest,
– diese ausführt und
– ggf. Ausgaben des Programms am Bildschirm darstellt
● viele verschiedene: csh, tcsh, ksh, dash, zsh, bash
● Eine Folge von Shell-Kommandos in einer ausführbaren
Datei mit dem Suffix .sh abgelegt nennt man Shell-Skript.
● auch Konstrukte für Verzweigungen, Schleifen und
Funktionsaufrufe enthalten
=> Programmiersprache
● mächtiges Werkzeug
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 24/29Einfaches Shell-Skript
#!/bin/bash Angabe, dass es
# get filename ein Shell-Skript
echo -n "Enter File Name : " ist (Magic Number)
read fileName und welche Shell
zu nutzen ist
# make sure that file exists for reading
if [ ! -f $fileName ]; then
echo -e "File $fileName does not exist.\n" tr translate; übersetzt
exit 1 und löscht Zeichen,
fi etwas Komfort durch
Bereichsangaben
# convert uppercase to lowercase using tr command
tr '[A-Z]' '[a-z]' < $fileName
# clean exit without an error
exit 0
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 25/29Linux-Ordnerstruktur
Ordner Inhalt
/ (root) Wurzelverzeichnis
/bin binaries; Binärprogramme für alle, z. B. cat, cp, grep
/boot Dateien für den Bootvorgang, also Linux-Kernel, Bootloader, etc.
/dev devices; Einstiegspunkte zur Ansteuerung von Geräten (Platte, Maus, etc.)
/etc et cetera; systemweit gültige Konfigurationsdateien, z. B. host.conf
/home benutzerspezifische Dateien incl. individuelle Konfigurationen
/lib libraries; Bibliotheken, die beim Systemstart nötig sind incl. Kernel-Module
/proc processes; System- und Kernel-Informationen sowie laufende Programme
/root Heimverzeichnis des Root-Benutzers, aus Isolierungsgründen extra
/run Dateien von laufenden Prozessen
/sbin system binaries; Binärprogramme, die Root-Rechte benötigen, z. B. fsck
/sys system; Sytem und Kernel, Ergänzung zu /proc
/tmp temporary; temporäre Dateien, wird bei Neustart bereinigt
/usr unix system resources; Anwendungsprogramme für Nutzer incl. X Window
/var variable; veränderliche Daten
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 26/29Typische Ordnerstruktur in Baumdarstellung
Wurzelverzeichnis Konfigurationsdateien,
entspricht in etwa der
Registry in MS Windows
(Nutzer-)Daten sauber
von Programmen
getrennt
Quelle: [Ach2006], S. 141
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 27/29Zusammenfassung
● Linux mächtig und flexibel, aber Einarbeitung nötig
– „Klein ist schön.“ und „Alles ist eine Datei.“
● Shell als eine zentrale Schnittstelle
– GUI-Basis ist X-Window-System, das außerhalb des Kernels läuft
=> kann nicht ganzes BS lahmlegen wie unter Windows
– Desktop-Umgebungen und Fenstermanager wählbar
=> flexible Gestaltung, keine Einheitsoberfläche wie bei Windows
● Shell-Skripte: Kommandofolgen in einer ausführbaren Datei
mit dem Suffix .sh abgelegt
– zunächst etwas kryptisch, aber erlernbar
● Ordnerstruktur mit vielen Vorgaben und Konventionen
– erleichtert das Finden und Managen von Dateien: saubere Trennung
von Programmen und Daten
– Pakete können über Dateien in Standardpfaden /etc und /var
leicht interagieren, aber: i. d. R. Paketmanager nötig
– Parallelinstallation verschiedener Versionen eines Pakets schwierig
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 28/29Literatur
[1] Neal Stephenson: „In the Beginning...was the
Command Line“, HarperCollins US 1999
[2] It's FOSS, Ankush Das: „Best Linux Distributions
For Everyone in 2019“, 11.09.2019, Download am
30.09.2019,
https://itsfoss.com/best-linux-distributions/
[3] Mike Gancarz: “Linux and the Unix Philosophy”,
Digital Press; 2nd Revised edition (22.07.2003)
[4] PCLinuxOS Knowledge Base: “The 10
commandments for Linux users”, 26.02.2011,
Download am 30.08.2017,
http://pclinuxoshelp.com/index.php/The_10_commandments_for_Linux_users
[5] Thorsten Leemhuis: „Linux-Distributionsfamilie
Ubuntu 17.10 freigegeben“, heise-Online,
19.10.2017, Download am 22.10.2017,
https://heise.de/-3865188
Dirk Müller: Betriebssysteme I
WS 2019/20 29/29Sie können auch lesen
