Einführung in Linux
Linux ist eine Open-Source-Familie von Unix-ähnlichen Betriebssystemen auf dem Linux-Kernel. Der Betriebssystemkernel wurde erstmals am 17. September 1991 veröffentlicht Linus Torvalds . Typischerweise wird Linux als Linux-Distribution verpackt, die die unterstützenden Bibliotheken sowie die Systemsoftware und den Kernel enthält, von denen einige vom GNU-Projekt angeboten werden. Mehrere Linux-Distributionen verwenden den Begriff 'Linux' im Titel, aber die Free Software Foundation verwendet das „GNU/Linux“ Der Titel konzentrierte sich auf die Notwendigkeit von GNU-Software, was einige Kontroversen auslöste.
Berühmte Linux-Distributionen sind Ubuntu, Fedora Linux und Debian, wobei letzteres aus mehreren verschiedenen Modifikationen und Distributionen besteht, darunter Xubuntu und Lubuntu. Kommerzielle Distributionen sind SUSE Linux Enterprise und Red Hat Enterprise Linux. Desktop-Distributionen von Linux sind Fenstersysteme wie Wayland oder X11 und Desktop-Umgebungen wie KDE Plasma und GNOME.
- Ursprünglich wurde Linux für Personalcomputer entwickelt, die auf der Intel x86-Architektur basierten, wurde aber seitdem in mehr Umgebungen als andere Betriebssysteme verlagert.
- Einschließlich Android verfügt Linux über die größte installierte Basis aller Allzweck-Betriebssysteme, da seit Mai 2022 das Linux-basierte Android über Smartphones kontrolliert wird.
- Allerdings wird Linux im November 2022 nur von etwa 2,6 % der Desktop-Computer genutzt.
- Außerdem läuft Linux auf vielen eingebetteten Systemen, also Geräten, deren Betriebssystem typischerweise in die Firmware integriert und stark an das System angepasst ist.
- Dazu gehören Raumfahrzeuge (Rover Perseverance, Crew-Kapsel Dragon und Rakete Falcon 9), Autos (Toyota, Hyundai, Mercedes-Benz, Audi und Tesla), Fernseher (Smart-TVs von LG und Samsung), Videospielkonsolen, Smart-Home-Geräte, Automatisierungssteuerungen und Router.
Linux ist eines der herausragendsten Beispiele für die Zusammenarbeit zwischen Open Source und freier Software. Der Quellcode darf von jedermann unter den Bedingungen seiner jeweiligen Lizenzen, wie der GNU GPL (General Public License), verbreitet, verändert und nichtkommerziell oder kommerziell genutzt werden. Beispielsweise ist der Linux-Kernel unter der GPLv2 lizenziert.
Geschichte des Linux-Betriebssystems
Das Unix-basierte Betriebssystem wurde 1969 implementiert und konzipiert AT&Ts Glocke Labore von Joe Ossanna, Douglas Mcllroy, Dennis Ritchie und Ken Thompson in den Vereinigten Staaten. Unix wurde erstmals 1971 veröffentlicht und war vollständig in Assemblersprache geschrieben, wie es damals üblich war. Es wurde 1973 von Dennis Ritchie auf bahnbrechende Weise in der C-Sprache aktualisiert. Die Verfügbarkeit einer Unix-Hochsprachenimplementierung machte die Portierung auf verschiedene Computerplattformen bequem.
Torvalds schrieb sich während seines Besuchs an der Universität Helsinki im Herbst der 1990er Jahre für einen Unix-Kurs ein. Der Kurs verwendete einen MicroVAX-Minicomputer, der Ultrix ausführte, und einer der benötigten Texte war „Operating Systems: Design and Implementation“ von Andrews S. Tanenbaum. Das Lehrbuch enthielt eine Kopie des MINIX-Betriebssystems von Tanenbaum. Zusammen mit diesem Kurs öffnete sich Torvalds erstmals für Unix. Im Jahr 1991 begann er, sich für Betriebssysteme zu interessieren. Frustriert über die MINIX-Lizenzierung, die es zu dieser Zeit nur für den Bildungsgebrauch beschränkte, begann er mit der Arbeit an seinem Betriebssystemkernel, der schließlich zum Linux-Kernel wurde.
Torvalds begann mit der Entwicklung des Linux-Kernels auf MINIX, und für MINIX geschriebene Software wurde auch auf Linux verwendet. Später wurde Linux kultiviert, und dann erschien die Entwicklung des Linux-Kernels auf Linux-Systemen. Außerdem ersetzten GNU-Anwendungen jede MINIX-Komponente, da es vorteilhaft war, den freien Code über das GNU-Projekt mit dem neuen Betriebssystem zu verwenden; Code, der unter der GNU GPL lizenziert ist, kann in anderen Computerfunktionen erneut angewendet werden, sofern er ebenfalls unter einer kompatiblen oder derselben Lizenz veröffentlicht wird.
Torvalds begann mit der Umstellung von seiner eigentlichen Lizenz, die den kommerziellen Vertrieb verbot, auf die GNU GPL. Die Entwickler arbeiteten daran, GNU-Elemente mit dem Linux-Kernel zu entwickeln und so ein kostenloses und voll funktionsfähiges Betriebssystem zu schaffen.
Der Hauptbetreuer des Linux-Kernels ist Greg Kroah-Hartman der seine Entwicklung leitet. Der Geschäftsführer der Free Software Foundation ist William John Sullivan , das wiederum die GNU-Komponenten unterstützte. Unternehmen und Einzelpersonen entwickeln endlich Nicht-GNU-Komponenten von Drittanbietern.
Die Komponenten von Drittanbietern bestehen aus einem umfangreichen Werk und können sowohl Benutzerbibliotheken und -anwendungen als auch Kernelmodule enthalten. Die Linux-Community und -Anbieter verteilen und kombinieren den Kernel, Nicht-GNU-Komponenten und GNU-Komponenten mit zusätzlicher Paketverwaltungssoftware im Stil von Linux-Distributionen.
In Produktionsumgebungen begann die Akzeptanz von Linux zunächst in der Supercomputing-Community Mitte der 1990er-Jahre zu steigen und wurde nicht mehr nur von Hobbyisten genutzt, wo Organisationen wie die NASA begannen, ihre teuren Maschinen zunehmend durch kostengünstige Standard-Computercluster mit Linux zu ersetzen. Die kommerzielle Nutzung begann, als IBM und Dell, verfolgt von Hewlett-Packard, begannen, Linux-Unterstützung bereitzustellen, um dem Monopol von Microsoft auf dem Markt für Desktop-Betriebssysteme zu entkommen.
Linux-Systeme werden heutzutage vollständig in der Informatik eingesetzt, von eingebetteten Systemen bis hin zu praktisch jedem Supercomputer, und haben sich einen Platz in Serverinstallationen wie dem berühmten LAMP-Anwendungsstack gesichert. Die Verwendung von Linux-Distributionen auf Unternehmens- und Heim-Desktops hat zugenommen.
Auch Linux-Distributionen sind auf dem Netbook-Markt bekannt geworden, da auf mehreren Geräten angepasste Linux-Distributionen installiert sind und Google sein für Netbooks entwickeltes ChromeOS veröffentlicht.
Design des Linux-Betriebssystems
Verschiedene Open-Source-Entwickler geben zu, dass der Linux-Kernel nicht entwickelt wurde, sondern aus natürlicher Selektion hervorgegangen ist. Ein Linux-basiertes System ist ein kompatibles Unix-ähnliches Betriebssystem, das einen Großteil seines allgemeinen Designs von Prinzipien abgeleitet hat, die in den 1970er und 1980er Jahren in Unix entwickelt wurden. Ein solches System verwendet den Linux-Kernel, einen monolithischen Kernel, der Dateisysteme, Peripheriezugriff, Netzwerk und Prozesssteuerung verwaltet. Gerätetreiber sind entweder direkt in den Kernel integriert oder als Module enthalten, die geladen werden, während das Gerät aktiv ist.
Zu den installierten Linux-Systemkomponenten gehören die folgenden:
- A Bootloader , zum Beispiel systemd-boot, SYSLINUX, LILO und GNU GRUB. Dabei handelt es sich um ein Programm, das den Linux-Kernel in den Hauptspeicher des Computers laden kann, indem es vom Computer nach der Firmware-Anmeldung und beim Einschalten ausgeführt wird.
- Ein Geben Sie das Programm ein , wie das traditionelle sysvinit und die neueren Upstart, OpenRC und systemd. Es ist der erste Prozess, der vom Linux-Kernel und der Prozessbaumwurzel angekündigt wird. Mit anderen Worten: Jeder Prozess wird von init aus geöffnet. Es initiiert Prozesse wie Anmeldeaufforderungen und Systemdienste (ob im Terminal- oder Grafikmodus).
- Die C-Standardbibliothek ist erforderlich, um C-Programme auf einem System auszuführen, wobei die GNU-C-Bibliothek ein Standard ist. Alternativen wie uClibc (entwickelt für uClinux), EGLIBC (Glibc-Fork, der einst von Debian verwendet wurde) und musl wurden entwickelt. Allerdings werden die ersten beiden derzeit nicht gepflegt. Android verwendet seine C-Bibliothek, die als bekannt ist Bionisch .
- GUI-Shells sind die bekanntesten Benutzeroberflächen auf Desktop-Systemen, verpackt in breiten Desktop-Umgebungen wie Xfce, Pantheon, LXDE, Cinnamon, MATE, GNOME und KDE Plasma, obwohl eine Reihe verschiedener Benutzeroberflächen verfügbar sind.
- Die meisten bekannten Benutzeroberflächen arbeiten mit dem Konzept des X Window Systems, bekannt als 'X' .
- Es bietet Netzwerktransparenz und ermöglicht die Anzeige einer grafischen Anwendung, die auf einem System aktiv ist, auf einem anderen, in dem ein Benutzer mit der Anwendung zusammenarbeiten kann.
- Allerdings können bestimmte X Window System-Erweiterungen nicht im Netzwerk funktionieren.
- Viele X-Anzeigeserver sind mit dem X.Org-Server verfügbar, wobei die Referenzimplementierung die bekannteste ist.
Die Benutzeroberfläche wird auch Shell genannt. Dabei handelt es sich entweder um eine GUI (grafische Benutzeroberfläche), eine CLI (Befehlszeilenschnittstelle) oder um Steuerelemente, die an die entsprechende Hardware angeschlossen sind, was bei eingebetteten Systemen üblich ist. Die Standardbenutzeroberfläche ist für Desktop-Systeme grafisch. Die CLI ist jedoch über Terminalemulatorfenster oder auf einer isolierten virtuellen Konsole verfügbar.
Befehlszeilenschnittstellen-Shells sind textbasierte Benutzeroberflächen, die Text sowohl für die Ausgabe als auch für die Eingabe verwenden. Die dominierende Shell ist die in Linux verwendete Bash (Bourne-Again Shell), die ursprünglich für das GNU-Projekt entwickelt wurde. Fast alle Low-Level-Komponenten von Linux, einschließlich mehrerer Userland-Teile, verwenden ausschließlich die CLI. Insbesondere ist die CLI mit der verzögerten oder sich wiederholenden Aufgabenautomatisierung kompatibel und ermöglicht eine sehr einfache Kommunikation zwischen Prozessen.
Derzeit verfügt Linux über zwei Kernel-Userspace-APIs zur Handhabung von Videoeingabegeräten: die DVB-API für den TV-Empfang und die V4L2-API für Radio- und Videostreams.
Aufgrund der Vielfalt und Komplexität verschiedener Geräte und der großen Anzahl von Standards und Formaten, die von diesen APIs verwaltet werden, muss diese Infrastruktur weiterentwickelt werden, um sie besser an andere Geräte anzupassen. Eine bessere Userspace-Gerätebibliothek ist auch der Erfolgsschlüssel für Userspace-Anwendungen, die mit jedem von Geräten unterstützten Format arbeiten können.
Verwendungsmöglichkeiten des Linux-Betriebssystems
Mehrere quantitative Studien zu Open-Source-/freier Software konzentrieren sich auf Themen wie Zuverlässigkeit und Marktanteil, wobei viele Studien speziell Linux untersuchen. Der Linux-Markt entwickelt sich, und die Marktgröße für Linux-Betriebssysteme soll bis 2027 um 19,2 % wachsen und 15,64 Milliarden Dollar erreichen, verglichen mit 3,89 Milliarden im Jahr 2019. Befürworter und Analysten führen den assoziativen Linux-Erfolg auf seine Freiheit und niedrige Kosten zurück , Zuverlässigkeit und Sicherheit vor Anbieterbindung.
W3Cook veröffentlicht Statistiken, die die Top 1.000.000 Alexa-Domains nutzen. Laut Schätzungen verwenden 96,55 % der Webserver Linux, 1,73 % Windows und 1,72 % FreeBSD (Stand Mai 2015).
Laut Webserverstatistik liegt der geschätzte Marktanteil von Linux auf Desktop-Computern im Mai 2022 bei etwa 2,5 %. Microsoft Windows hat einen Marktanteil von ca. 75,5 %, macOS kommt auf ca. 14,9 %.
Android hat sich zum führenden Betriebssystem für Smartphones entwickelt, das auf dem Linux-Kernel basiert. Im Juli 2022 verwendeten 71,9 % der Smartphones weltweit, die das Internet nutzten, Android. Darüber hinaus ist Android ein beliebtes Betriebssystem für Tablets, auf das im Jahr 2013 mehr als 60 % der Tablet-Verkäufe entfielen.
Linux ist seit Jahren die bevorzugte Plattform in der Filmindustrie. Der erste große Film, der auf einem Linux-Server veröffentlicht wurde, war Titanic aus dem Jahr 1997. Seitdem sind große Studios, darunter Industrial Light & Magic, Weta Digital, Pixar und DreamWorks Animation, auf Linux umgestiegen.
Linux-Distributionen erfreuen sich auch bei mehreren nationalen und lokalen Regierungen großer Beliebtheit. Kerala ist so weit gegangen, dass jede staatliche Oberschule Linux auf ihren Systemen verwenden muss. China nutzt ausschließlich Linux als Betriebssystem für seine Loongson-Prozessorfamilie, um Technologieunabhängigkeit zu erreichen.
Einige Regionen haben ihre Linux-Distribution in Spanien integriert, die in offiziellen Einrichtungen und Bildungseinrichtungen häufig genutzt wird. Auch Deutschland und Frankreich haben Schritte zur Einführung von Linux unternommen. Das Red Star-Betriebssystem Nordkoreas basiert auf einer seit 2002 entwickelten Fedora-Linux-Version.
Linux-Betriebssystem funktioniert
Das Linux-Betriebssystem folgt einem Standarddesign, das den Schlüssel zu seinen verschiedenen Distributionen und Variationen darstellt. Jede Linux-Distribution basiert auf dem Linux-Kernel, kann sich jedoch aufgrund von Faktoren wie den folgenden unterscheiden:
- Gerätetreiber, die Code verwenden, der verwaltet, wie verknüpfte Geräte funktionieren.
- Dateisystemtreiber, die Code verwenden, der verwaltet, wie der Kernel mit unterschiedlichen Dateisystemen arbeitet.
- Systemaufrufe, die Code verwenden, der verwaltet, wie Programme Dienste über den Kernel beanspruchen.
- Booten und Laden des Linux-Kernels.
- Der Kernel verarbeitet alle Systemausgaben und -eingaben nach dem Booten. Das System wird gebootet und Prozesse können initialisiert werden.
- Das System kann für Prozesse verwendet werden, die Befehle enthalten, die interaktiv über die Befehlszeile eingegeben werden, Netzwerkserverfunktionen, Desktopanwendungen oder jedes andere Programm oder jede andere Anwendung, wenn Systemprozesse gestartet werden.
Der Kernel ist das Einzige, was jedes System gemeinsam hat, auf dem Linux läuft. Linux funktioniert wie folgt:
Die Benutzererfahrung kann je nach Nutzung des Linux-Systems stark variieren, während der Kernel mit einigen Kompilierungsunterschieden und Abweichungen bei der Konfiguration nahezu identisch sein kann. Einige Anwendungsfälle von Linux mit unterschiedlichen Benutzererfahrungen sind beispielsweise:
Linux funktioniert ähnlich wie jedes GUI-basierte Betriebssystem, wenn es als GUI mit einer Desktop-Umgebung verwendet wird. Anwendungen und viele andere Ressourcen können durch Drücken von Symbolen gestartet werden, und Dateien können mit einem Trackpad oder einer Maus gelöscht, kopiert oder verschoben werden.
Linux-Distributionen
Linux hat die Copyleft-Bestimmungen der Free Software Foundation akzeptiert, die seit Beginn der Entwicklung die GNU GPL erstellt hat. Die GPL beschreibt, dass alles, was zur Änderung bestimmt und kostenlos ist, frei verbreitet werden muss.
Es stehen Hunderte von Linux-Versionen, auch Distributionen oder Distributionen genannt, zur Verfügung. In der Regel differenzieren sich Distributionen durch die Definition eines bestimmten Ziels, Zielmarkts, einer bestimmten Funktion oder Philosophie.
Es gibt viele Distributionen für bestimmte Zielfunktionen wie Sicherheit, Spiele, Desktops, Server oder eingebettete Geräte wie Raspberry Pi-Systeme. Fast jede moderne Distribution ist gebrauchsfertig und vorkompiliert, während andere, wie z. B. Gentoo Linux, aus Quellcode bestehen, den jeder Benutzer beim Start der Installation lokal kompilieren kann, um seine Systemkonfiguration zu verwenden.
Vor- und Nachteile des Linux-Betriebssystems
Nachfolgend sind einige Vorteile der Verwendung von Linux aufgeführt und erläutert:
Einige Nachteile von Linux sind:
