1 Das Betriebssystem Linux

1.1 Linux-Historie

Der Studienanfänger an der Universität von Helsinki war mit den vorhandenen PC-UNIX-Versionen für Intel Prozessoren unzufrieden und begann — auf einem damals hochmodernen Intel-386SX-PC — sein eigenes UNIX-kompatibles Betriebssystem zu bauen, das er später nach seinem Vornamen (Linux = "Linus' UNIX") benannte (der erste Versuch einer Namensgebung lautete "Freax", wahrscheinlich wäre Linux mit diesem Namen nie berühmt geworden ;-).

Als Basis dieser Entwicklung verwendete er zunächst das UNIX-Lernsystem MINIX des Informatikprofessors und Betriebssystem-Experten Andrew S. Tanenbaum, das er aber bereits sehr früh durch sein eigenes Linux-System ersetzen konnte (oder "musste": Der Sage nach ging seine 2. Platte mit dem MINIX-Entwicklungssystem kaputt, als eine 1. Version von Linux fast lauffähig war).

Nach seinem inzwischen berühmten ersten "Posting" zu Linux am 25.8.1991 mit der Ankündigung seines Vorhabens

    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. …

begannen sich viele Leute dafür zu interessieren und seitdem wurde Linux von ihm und vielen Freiwilligen auf der Welt weiterentwickelt (die geraden Versionsnummern bezeichnen Produktions-Versionen, fehlende ungerade Versionsnummern ab 1.0 bezeichnen Entwicklungs-Versionen):

Berühmt wurde auch der Disput zwischen Linus Torvalds und Andrew S. Tanenbaum im Januar/Februar 1992, der mit dem berühmten Satz "Linux is obsolete" (Linux ist überflüssig) begann.

Professor Tanenbaum meinte damit vor allem die technologische Rückständigkeit des anfangs monolithischen, nicht portierbaren Linux-Kernels (lief nur auf i386) gegenüber modernen Betriebssystemen mit Micro-Kerneln, aber auch die verteilte und ungesteuerte Entwicklung von Linux.

Heutzutage ist Linux natürlich auf viele Hardware-Plattformen portiert und aus dem monolithischen Kernel wurde ein modularer Kernel (eine Zwischenstufe zwischen monolithischem und Micro-Kernel). Der Entwicklungsprozeß ist nach wie vor verteilt, aber es gibt Kontroll-Instanzen und einen kleinen Kreis von Entwicklern, der die strategischen Entscheidungen trifft.

Torvalds konterte diesen damals berechtigten Einwand, indem er mit ein paar geschickten Entscheidungen Linux auf einen langfristigen Erfolgkurs brachte:

• Freigabe des Linux-Codes unter der GPL
• Vollständige Offenlegung des Entwicklungsprozesses
• Verwendung der bereits vorhandenen GNU-Software statt Neuentwicklung
• Beteiligung vieler Entwickler weltweit
• Berücksichtigung von Anwenderwünschen
• Orientierung an offenen Standards (z.B. POSIX, XPG, OSF, COSE, RFCs, …)
• Mäßige Kontrolle des Entwicklungsprozesses
• Strenge Trennung von Produktions- (gerade Nummern) und Entwicklungs-Versionen (ungerade Nummern)
• Sorgfältige Tests vor der Freigabe einer Version
• Kein Marketing
• Technische Orientierung
• Pragmatismus

Der Pinguin "Tux" (geschaffen von dem Cartoonisten Larry Ewing) ist seit 1996 das offizielle Maskottchen von Linux, da Linus Torvalds eine Vorliebe für Pinguine hat, seitdem er im Zoo von Canberra von einem dieser kälteliebenden Frackträger gebissen wurde:

1.2 Eigenschaften von Linux

• Acorn ARM
• AMD x86-64 (Opteron)
• AXIS CRIS
• DEC Alpha (jetzt HP, vorher Compaq)
• DEC VAX
• Hitachi SuperH
• HP PA/RISC
• IBM PowerPC
• IBM S/390 (Mainframe)
• Intel IA-64 (Itanium)
• Intel Strong-ARM
• Motorola 68000
• Renesas M32R
• SGI MIPS
• SUN Sparc und UltraSparc

• Multiuser-Betrieb
• Echtes (präemptives) Multitasking
• Hierarchisches Dateisystem (aber keine Laufwerksbuchstaben)
• Geräteunabhängigkeit
• Netzwerkfähigkeit
• Ausgereiftes Zugriffsrechte-System (z.B. auch ACLs)
• Symmetric Multi Processing-Unterstützung (SMP)
• Threads ("Lightweight" Processes)
• Virtuelle Speicherverwaltung
• Speicherschutz-Mechanismen
• Dynamisch nachladbare Bibliotheken
• Hohe Netzwerk-Performance
• Grafische Oberfläche (X Windows System, KDE, GNOME — auf Wunsch)

1.3 Gründe für Linux

• Ausgereift, extrem stabil und performant (seit 15 bzw. 40 Jahren am Markt)
• Hält viele Standards ein (POSIX, X/Open, RFC, …)
• Viele fertige Tools + Entwicklungs-Werkzeuge vorhanden
• Automatisierbar durch programmierbare Shell
• Fern-Administration integriert
• Portabel
• Resourcen-schonend
• Genau auf die Anforderungen "zuschneiderbar"
• Keine grafische Oberfläche notwendig (z.B. bei Servern)
• 32/64-Bit-Prozessoren werden unterstützt

Einige vordergründig nicht-technische Gründe für den Einsatz von Linux sind:

• Deutlich weniger anfällig gegen Angriffe (als z.B. Windows; aufgrund seiner geringen Verbreitung und der überlegenen Sicherheitsmerkmale)
• Keine Abhängigkeit von einem Hersteller
• Mehr Wettbewerb
• Lizenzkostenfrei
• Die "Funktionsweise" ist vollständig dokumentiert
• Die "Innereien" sind zugänglich
• An Standards orientiert
• Man kann daran "herumbasteln"
• Man kann mit daran entwicklen
• Verschworene "Community"
• Einfach "Hip"

1.4 Einsatzgebiete von Linux

Die Hauptanwendungsgebiete von Linux sind derzeit:

• Im Server-Bereich (Datei-, Drucker-, Mail-, WEB-, FTP-, Anmelde-Server)
• In der Internet-Infrastruktur (DNS, Router)
• Im Netzwerk-Sicherheitsbereich (Proxy, Gateway, Firewall)

Aber auch als Desktop auf Anwender-Clients wird Linux mehr und mehr eingesetzt, da zu einer ganzen Reihe von sogenannten Standard-Anwendungen unter Windows vergleichbar leistungsfähige und stabile(re) Produkte unter Linux existieren:

1.5 Linux-Distributionen

• Debian GNU/Linux (nicht-kommerzielle "reine" Linux-Distribution)
• Fedora (ehemals RedHat)
• Fli4l (ISDN/DSL/Ethernet-Router auf 1 Diskette)
• Gentoo (Linux selbst aus den Quellen "hochziehen")
• IPCop (Firewall auf Diskette/CD)
• Knoppix (Linux auf CDROM mit KDE)
• Linux from Scratch (Linux selbst aus den Quellen "hochziehen")
• Linspire (hieß bisher Lindows, ein Linux-System das aussieht wie Windows)
• Mandriva (französischer Marktführer)
• OpenSuSE Linux (deutscher + europäischer Marktführer)
• RedHat Linux (nordamerikanischer Marktführer)
• Slackware (sehr lange existierende Distribution)
• Turbolinux (asiatischer Marktführer)
• Ubuntu Linux (deutscher + europäischer Marktführer)
• Xandros (Corel Nachfolger, Linux-Desktop)

Eine Distribution ist eine Zusammenstellung folgender Bestandteile zu einem Paket:

• CDs/DVDs mit Linux-Betriebssystem und mehreren 1000 Anwendungs-Programmen
• Grafisches Installations- und Administrations-Programm mit Hardwareerkennung
• Gedrucktes Installations- und Anwender-Handbuch
• Zeitlich begrenzter Installations-Support per Telefon oder E-Mail

Linux wurde zunächst ausschließlich über das Internet verteilt. Mit der stark steigenden Zahl von verfügbaren (Anwendungs)Programmen hat sich der Vertrieb über Distributionen mit CDROMs und DVDs etabliert und wird zunehmend mit Supportdienstleistungen verknüpft.

Eine Distribution kostet zwischen 20,- und 100,- Euro für 1-7 CDs (oder 1-2 DVDs) und ein oder mehrere Handbücher. Für Firmen gibt es inzwischen professionell orientierte Distributionen mit Wartungsverträgen und mehrjähriger Weiterentwicklungs- und Supportgarantie, die dann allerdings erst ab 400.- bis 2000.- Euro erhältlich sind. Interessant (und teuer) sind diese professionellen Distributionen vor allem deshalb, weil sie vom Hersteller für Hardware wie DELL, HP, IBM und für Software wie ORACLE, Sybase, SAP zertifiziert sind.

2 Das GNU-System

Genau genommen bezeichnet "Linux" nämlich nur den ursprünglich von Linus Torvalds entwickelten "Kern" des Betriebssystems. Dieser Kern bietet ausschließlich Basisfunktionalitäten und ist für sich alleine nicht verwendbar. Er ist im wesentlichen für die Ansteuerung der Hardware (Treiber) und für die Koordination von Hard- und Software verantwortlich (Ressourcenverteilung für Speicher, CPU, I/O-Kanäle und Netzwerk).

Ein "richtiges" Betriebssystem entsteht erst durch das Hinzufügen weiterer — für einen sinnvollen Einsatz unbedingt notwendiger — Komponenten wie z.B.

• Kommandozeilen-Werkzeuge
• Programmierumgebungen
• Netzwerksoftware (Server und Clients)
• Grafische Oberflächen
  • X Window (grundlegende Grafik-Funktionen)
  • KDE (Kool Desktop Environment)
  • GNOME (GNU Network Object Model Environment)

GNU wurde ebenfalls als UNIX-kompatibles Betriebssystem von Richard Stallman 1984 begonnen, als dieser sich über seine Abhängigkeit von Software-Herstellern ärgerte, die nicht bereit waren, Fehler aus ihrer Software zu entfernen. Er gründete 1985 die FSF (Free Software Foundation) und ersann die GPL (GNU General Public License), eine "revolutionäre" Software-Lizenz, die so ganz anders geartet war als alle bis dahin bekannten Lizenz-Spielarten von Software-Herstellern.

Allerdings begann Herr Stallman mit der Realisierung seines UNIX-Ersatz-Systems am anderen Ende. Nicht der Kern des Betriebssystems wurde zuerst implementiert, sondern die vielen für ein Betriebssystem notwendigen Werkzeuge außen herum wurden von ihm und seiner Gruppe implementiert bzw. von anderen Gruppen in dieses System integriert, z.B.:

• Editoren "emacs" und "vim"
• Portabler GNU-C-Compiler "gcc"
• Portabler GNU-C++-Compiler "g++"
• Portabler GNU-Fortran-Compiler "f77"
• Portabler GNU-Awk-Interpreter "gawk"
• Portabler GNU-PostScript-Interpreter "ghostscript"
• Kommandozeilenorientierter GNU-Debugger "gdb"
• Grafischer GNU-Debugger "ddd"
• GNU-make "gmake"
• Kommando-Shell "bash"
• Scanner-Generator "flex" und Parser-Generator "bison"

Lange bevor der geplante eigene GNU-Betriebssystem-Kern "Hurd" (Hird of UNIX-Replacing Daemons) verfügbar wurde, hatte sich aber bereits der "Linux"-Kern von Linus Torvalds durchgesetzt. Das offizielle Maskottchen von GNU ist ein "Gnu":

2.1 GPL

Diese Lizenz garantiert jedem den kostenlosen Zugang zum Quellcode von Linux. Linux darf und muss frei und kostenlos kopiert, übertragen, verteilt, eingesetzt, verändert und erweitert werden. Entwickler haben daher vollständigen Einblick in den Quellcode. Sie können somit sehr einfach neue Funktionalitäten ergänzen bzw. (sicherheitsrelevante) Programmierfehler schnell finden und beheben.

Treiber für neue Hardware (z.B. SCSI Controller, Grafikkarten, WLAN, Fernsehkarten, …) können dadurch ebenfalls sehr schnell integriert werden (sofern ihre Ansteuerung vom Hardware-Hersteller offengelegt wird, was leider nicht immer der Fall ist ;-(). Allerdings führt die Verwendung von GPL-Software zusammen mit eigenentwickelter Software dazu, dass diese eigene Software ebenfalls automatisch unter der GPL steht ("Copyleft-Prinzip").

2.2 LGPL

Viele Software-Pakete (z.B. Qt oder MySQL) kommen auch in Form von 2 Lizenzen. Einer kostenfreien unter der GPL und einer kommerziellen (mit Kosten verbundenen) unter einer anderen Lizenz. Dies erlaubt jedem die Entscheidung, ob er seine Software offenlegt und keine Lizenzgebühren zahlt oder ob er lieber Lizenzgebühren zahlt und dafür seine Software-Quellen nicht offenlegt.

3 BSD-Systeme

• Darwin (Open Source BSD-OS von Apple, Grundlage von System X)
• DragonflyBSD (Abspaltung von FreeBSD)
• FreeBSD (sehr optimiertes und robustes BSD-UNIX)
• NetBSD (sehr portables BSD-UNIX)
• OpenBSD (sehr sicheres BSD-UNIX, Ableger von NetBSD)

4 System X

Im Unterschied zu Linux basiert NeXTStep (und damit auch System X) auf dem fortschrittlichen Micro-Kernel MACH 2.5. Weitere bahnbrechende Besonderheiten von NeXTStep waren die Verwendung von Display PostScript statt X Window für die grafische Oberfläche und von Objective C als Programmiersprache.

5 Das UNIX-System

• BSD-UNIX (Berkeley Software Distribution von der University of California at Berkeley)
• UNIX System V (ursprüngliches UNIX-System von den AT&T Bell Laboratories)

• AIX (IBM)
• HP/UX (Hewlett-Packard)
• Irix (Silicon Graphics)
• NextStep (Next)
• SCO UnixWare (Santa Cruz Operation)
• SunOS (SUN Microsystems)
• Solaris (SUN Microsystems)
• Tru64 (Compaq)
• Ultrix (Digital Equipment Corporation)

5.1 UNIX-Historie

Einige der in den Bell Laboratories von AT&T an MULTICS beteiligten Entwickler (Dennis Richie, Doug McIlroy, Joseph Ossanna, Brian Kernighan, Ken Thompson) implementierten ausgehend von diesen Erfahrungen ab 1969 dann ein viel kleineres Multi-User-Betriebssystem auf einem Minicomputer PDP-7 von DEC (Digital Equipment Corporation), zunächst noch in Assembler (Maschinensprache).

Ziel war es, ein Mehrbenutzersystem zu schaffen, das zur Programmierung und zur Bildung einer Gemeinschaft der Benutzer dienen sollte. Die PDP/7-Hardware war denkbar einfach (16 + 8 KByte Speicher, 512 KByte Festplatte, Dateigröße maximal 64 KByte), daher wurden in dem Projekt einige weitreichende Entscheidungen getroffen, die auch heute noch in UNIX-Systemen anzutreffen sind (siehe UNIX-Prinzipien).

Das System wurde 1970 auf eine PDP-11 migriert und intern im Patentbüro der Bell Laboratories als Textverarbeitungssystem eingesetzt. Der Begriff "UNIX" entstand als eine "Verballhornung" des Begriffs "UNICS" (Uniplexed Information & Computing Service), der wiederum vom Begriff "MULTICS" (Multiplexed Information & Computing Service) abgeleitet war.

1971-1973 wurde UNIX (bis auf wenige Teile) in der höheren Programmiersprache C neu implementiert (Abkömmling von B bzw. BCPL bzw. NB, erst damit wurde es wirklich portabel) und auf eine PDP-11/74 portiert (in diesem Zusammenhang entstand auch das Konzept der Pipes). 1974 wurde dieses System unter dem Namen UNIX V4 abgeschlossen.

UNIX wurde 1973 einer breiteren Öffentlichkeit bekannt, als es auf einer Tagung (ACM Symposium) vorgestellt wurde und 1974, als dieser überarbeitete Vortrag unter dem Titel "The UNIX Time-Sharing System" in der Zeitschrift CACM erschien. Das Interesse an diesem System wuchs und viele wollen es einsetzen. Aufgrund der Monopolstellung von AT&T im Telefon-Markt durft das UNIX-System nicht verkauft werden, und so wurde der Quellcode des Systems (!) gegen einen geringen Unkostenbeitrag an Interessierte "verschenkt".

Das System wurde daher von vielen Hardware-Herstellern und Universitäten eingesetzt und erweitert, vor allem an der University of California at Berkeley, die das später sehr verbreitete BSD-UNIX schuf. 1980 wurde es dort auch auf einen damals verbreiteten Computer, die 32-Bit-Maschine VAX der Firma Digital Equipment Corporation portiert (die erste 32-Bit-Version von UNIX).

Ab 1979 versuchte AT&T mit UNIX V7 das System kommerziell zu vermarkten. Auch Microsoft versucht mit XENIX eine kommerzielle Portierung auf Intel 80286 Prozessoren, übergibt aber später die Rechte an diesem System an die Firma SCO (Santa Cruz Operation).

Ab 1980 finanziert die DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) für mehr als 20 Jahre die BSD-UNIX-Entwicklung an der UCB (University of California at Berkeley, auch "Cal"), vor allem, um das gerade entwickelte TCP/IP-Protokoll zu verbreiten, das als kriegswichtig galt.

Die verschiedenen UNIX-Linien begannen im Zuge dieses Prozesses immer mehr auseinanderzulaufen, was z.B. die Portierung von Software oder die einheitliche Systemadministration erschwerte (siehe UNIX-Versions-Geschichte).

5.2 UNIX-Prinzipien

• Prinzipien
  • "Small is beautiful"
  • KISS = "keep it simple stupid"
  • Portabilität ist mehr wert als Effizienz ("C statt Assembler")
  • Prozess-Erzeugung muss billig sein ("fork")
  • GROSS/Kleinschreibung zählt (fast alles wird klein geschrieben)
• Dateisystem
  • Ein logischer hierarchischer Dateibaum (eine Wurzel)
  • Dateien sind ein Strom von Bytes
  • Standard-Dateiformat ist die "flache" ASCII-Datei (in Zeilen strukturierte Textdatei)
  • Jedes Programm kennt 3 standardmäßig geöffnete Dateien: Standard-Eingabe, -Ausgabe und -Fehlerkanal
  • Hardware (Geräte) ist per Dateiname ansprechbar ("alles ist eine Datei")
  • System- und Benutzerdaten sind streng getrennt
• Werkzeuge
  • Viele kleine spezialisierte und standardisierte Werkzeuge
  • Werkzeuge sind als "Filter" realisiert
  • Werkzeuge sind leicht kombinierbar (durch Umlenkung, Pipe)
• Benutzerschnittstelle
  • Kommandozeilenorientierte Benutzerschnittstelle ("Shell statt GUI")
  • Der Befehlsinterpreter ist nicht Teil des Betriebssystems (Shell)
  • Keine unnötigen Ablaufmeldungen ("stumm")
  • Keine Rückfragen ("der Benutzer weiß was er tut")
  • Kurze und prägnante Fehlermeldungen
  • Vollständige Dokumentation online verfügbar (Manual-Pages)
• Zugriffsrechte
  • Multiuser-System
  • Jede Datei ist einem Besitzer zugeordnet
  • Überschaubar (im wesentlichen 3 Stück: read, write, execute)
  • Normale Benutzer dürfen fast alles ansehen, aber fast nichts verändern

5.3 UNIX-Standards

• OSF (Open Software Foundation)
• UI (UNIX International)
• X/Open (Bison, europäische Anwender)

• COSE (Common Open Software Environment)
• POSIX (Portable Operating System Interface)
• SUS (Single UNIX Specification)
• SVID (System V Interface Definition)
• XPG (X/Open Portability Guide)
• XSI (X/Open System Interface)

Aufgrund der Rivalitäten unter den einzelnen Herstellern (als "UNIX-Krieg" bekannt) und einer Reihe von Copyright-Prozessen zwischen AT&T und BSD scheiterten alle diese Bemühungen oder zogen sich zumindest sehr lange hin. Inzwischen erfüllen aber die meisten UNIX-System den System V- und POSIX-Standard, der eine Zusammenfassung von SysV und BSD darstellt.

5.4 Grafische Oberflächen

• CDE (Common Desktop Environment)
• Looking Glass
• MOTIF
• OpenLook
• OpenWindows (SUN)
• VUE (Visual User Environment, Hewlett Packard)
• Wabi (Windows Binary Application Interface, SUN)

Inzwischen haben sich als Standard aber folgende Grafische Oberflächen herausgebildet:

• GNOME (GNU Network Object Model Environment)
• KDE (Kool Desktop Environment)

Das erste "Posting" zu KDE am 14.10.1996 von Matthias Ettrich.

5.5 Besondere UNIX-Ableger

5.5.1 GNU

5.5.2 MINIX

5.5.3 Linux

Die Kombination Linux + GNU bildet heute das am weitesten verbreitete UNIX-System und erfüllt sämtliche UNIX-Standards.

5.6 Besondere UNIX-Firmen

5.6.1 Novell

5.6.2 SCO (Santa Cruz Operation)

Dieses Gerichtsverfahren zieht sich seit über 8 Jahren hin und wird noch lange nicht abgeschlossen sein, da die Anwälte der Firma SCO ständig neue Anträge (z.B. auf zusätzliche Informationsbeschaffung seitens IBM) stellen und Anklagen gegenüber weiteren Firmen (z.B. Novell) erheben, ohne bisher einen einzigen wirklichen Beweis für ihre Behauptung angetreten zu haben. Die Chancen der Firma SCO, ihre Auffassung durchzusetzen, werden von den meisten Marktteilnehmern inzwischen als sehr gering eingeschätzt.