Chromebooks sind fest im Google-Käfig eingesperrt. Mit dem richtigen Know-how zeigen Sie den Knebeldiensten aber die rote Karte und betreiben die Geräte mit freier Software.

Chromebooks haben sich als preisgünstige Alternative zu herkömmlichen Notebooks der Einstiegsklasse und in den kleineren Varianten als Nachfolger der Netbooks fest im Markt etabliert. Inzwischen sind Geräte von vielen Herstellern und mit nahezu jeder Displaygröße erhältlich, wobei allerdings alle Modelle fest an das Betriebssystem Chrome OS von Google gekoppelt sind.

Manch Interessent, der mit einem solchen Gerät liebäugelt, schreckt trotz der mittlerweile recht potenten Hardware der Rechner die arg begrenzten Möglichkeiten des Betriebssystems ab: Aufgrund des Konzepts als webbasiertes Betriebssystem mit fester Integration in das Google-Ökosystem ist Chrome OS nach wie vor nur eingeschränkt für den täglichen Einsatz zu gebrauchen.

Ein weiterer Aspekt, der gegen das System aus Mountain View spricht, sind die gravierenden Bedenken beim Datenschutz. Google gilt als einer der größten Sammler von Daten weltweit und hat durch das enge Verknüpfen seiner Online-Dienste in Chrome OS leichtes Spiel, persönliche Daten der Anwender in großer Menge abzufischen und Profile der Nutzer zu generieren.

Außerdem ist Google als US-amerikanischer Konzern der dortigen Rechtsprechung unterworfen und somit gezwungen, die Daten von ausländischen Nutzern nach entsprechenden Anordnungen an US-Behörden herauszugeben.

Doch das enge Band zwischen Betriebssystem sowie Google-Diensten und der Hardware ist nicht gottgegeben, und so haben findige Köpfe aus der freien Entwickler-Gemeinschaft diese Fesseln gesprengt und Linux für Chromebooks angepasst. Der einfachste Weg führt dabei über ein Dual-Boot-System mithilfe des Tools Chrx [1]. Alternativ nutzen Sie ein gesondertes Linux-Derivat in einem Fenster unter Chrome OS mit Crouton [2].

Beide Optionen haben den gravierenden Nachteil, dass die parallele Installation zweier Systeme unnötig viel Platz auf dem relativ kleinen Massenspeicher des Chromebooks belegt und obendrein beim Einsatz von Chrome OS nach wie vor ein adäquater Datenschutz nicht gewährleistet ist.

Daher empfiehlt sich als sinnvolle Variante das komplette Löschen von Chrome OS durch eine entsprechend angepasste Distribution. Für den Fall, dass Sie das Google-System komplett vom Massenspeicher eines entsprechenden Geräts verbannen wollen, hat der Konzern aus Mountain View jedoch zahlreiche Maßnahmen getroffen, die es Nutzern mit geringeren EDV-Kenntnissen enorm erschweren, alternative Software zu installieren.

Hürdenlauf

Ein alternatives Betriebssystem exklusiv anstelle von Chrome OS auf einem Chromebook zu installieren, setzt nicht nur einen Austausch der Firmware des Geräts durch eine freie Variante voraus, sondern erfordert in der Regel einen Eingriff in die Hardware: Die meisten Geräte sind mit einem speziellen Jumper oder einer Schraube auf der Hauptplatine ausgestattet, die die Systemsoftware in den Read-Only-Modus versetzen.

Nur wenn Sie den Jumper schließen oder die Schraube entfernen, sind die Schreibzugriffe erlaubt, und Sie dürfen die Firmware modifizieren. Häufig sind beide Bauteile vorhanden, und es kommt außerdem vor, dass der Hersteller noch ein Garantiesiegel über die entsprechende Schraube geklebt hat, sodass im Falle des Entfernens die Garantie erlischt.

Manche Unternehmen legen außerdem nicht die Position der betreffenden Bauteile auf dem Motherboard der Geräte offen, sodass Sie zum Auffinden dieser Komponenten auf Recherchen im Internet angewiesen sind.

Ein weiteres Problem ergibt sich durch die uneinheitliche Hardware: Firmware-Modifikationen und somit ein Austausch des BIOS sind bei Weitem nicht auf allen Chromebooks möglich: Die entsprechenden freien Lösungen berücksichtigen bestimmte Intel-Chipsätze (noch) nicht und verweigern auf Chromebooks mit ARM-Architektur grundsätzlich den Dienst.

Damit scheitert eine exklusive Installation von Linux auf Systemen mit Samsungs Exynos-Prozessoren oder Tegra-Chips von Nvidia. Auch CPUs des Herstellers Rockchip bleiben außen vor. Deshalb empfiehlt es sich, vor dem Kauf eines Chromebooks im Internet entsprechende Listen mit grundlegenden technischen Spezifikationen der Geräte zu prüfen [3].

Software

Im Test fiel die Wahl der passenden Distribution für Chromebooks auf GalliumOS [4]. Es basiert auf Xubuntu, ist jedoch speziell für die mit Intel-Hardware arbeitenden Chromebooks optimiert. Das System liegt dabei in verschiedenen Varianten für unterschiedliche Prozessor-Generationen von Intel vor, wobei es derzeit die Architekturen ab der zweiten Generation (Sandy Bridge) bis zur fünften Generation (Broadwell) unterstützt.

Daneben ist zusätzlich ein ISO-Image für die Bay-Trail-Architektur von Intel erhältlich, welche die aktuellen Atom-Prozessoren zusammenfasst. Die ISO-Images installieren jeweils ein 64-Bit-Betriebssystem und sind durch spezielle Anpassungen im Kernel vor allem für die schwächere Hardware der Bay-Trail-Architektur optimiert: So sind zwei alternative Scheduler für I/O-Operationen (BFQ) und Prozesse (BFS) in den Kernel integriert, die die Organisation von Prozessen vereinfachen und die Latenz bei Zugriffen auf Speicher minimieren.

Im Kernel haben die Entwickler zudem nicht benötigte Module deaktiviert, und nicht genutzte Systemdienste entfernt. Zusätzlich haben sie den minimalen GPU-Takt herabgesetzt, und die häufig unbefriedigende Leistung der Touchpad-Module unter Standard-Systemen verbessert, indem das Modul aus Chrome OS zum Einsatz kommt. Zudem ist anstelle des regulär in Xubuntu genutzten LightDM LXDM als Display-Manager enthalten, um Systemressourcen zu schonen.

qL:GalliumOS wird zudem sehr sorgfältig dokumentiert, sodass eine Liste der kompatiblen Hardware existiert, die die Auswahl der zum Betriebssystem passenden Komponenten erleichtert [5].

Hardware

Um das Betriebssystem möglichst effizient zu testen, fiel die Auswahl bei den Testgeräten auf ein brandneues Chromebook 14 G4 des US-amerikanischen Herstellers Hewlett-Packard und für ein Chromebook 11 G4 EE des gleichen Herstellers, das in Deutschland derzeit noch nicht erhältlich ist (siehe Tabelle “Die Testgeräte”).

Die aktuelle Hardware ermöglichte es, zu prüfen, ob die entsprechenden Treiber unter GalliumOS bereitstehen und wie viel Ressourcen die schwächere Hardware bereitstellt, denn das Chromebook 14 ist mit einem Celeron-Prozessor vom Typ N2940 ausgestattet und gehört damit zur aktuellen Generation der Bay-Trail-Prozessoren, die mit vier Kernen ohne Hyper-Threading arbeiten [6].

Der im Chromebook 11 G4 verbaute Celeron N2840 verfügt dagegen lediglich über zwei Kerne, ist jedoch geringfügig höher getaktet [7]. Die zur Gruppe der Atom-CPUs gehörenden Prozessoren fallen vor allem durch äußerst geringe Leistungsaufnahme auf: Unter Last benötigen sie maximal 7,5 Watt, sodass eine entsprechend lange Laufzeit des Akkus zu erwarten ist. Die Geräte kommen daher auch ohne Lüfter aus und arbeiten somit lautlos.

Beide CPUs greifen im Gerät auf jeweils 4 GByte Arbeitsspeicher zu. Daneben bietet das 14-Zoll-Gerät ein herkömmliches HD-Display mit einer Auflösung von 1366×768 Pixeln, wobei der Hersteller alternativ ein FHD-IPS-Display (1920×1020 Pixel Auflösung) anbietet.

Das Chromebook 11 verfügt über ein 11,6-Zoll großes HD-Display. Brandneu ist der in beiden Geräten verbaute Dual-Band-WLAN-Adapter, der den Standard 802.11ac unterstützt. Die Geräte bieten weiterhin drei respektive zwei USB-Anschlüsse, eine HDMI-Buchse und einen Anschluss für einen Kopfhörer.

Außerdem ist ein Einschub für SD-Karten vorhanden [8]. Als Massenspeicher sind in den Geräten eMMC-Flash-Module mit einer Kapazität von jeweils 16 GByte verbaut. Alternativ stehen Modelle mit 32 GByte fassenden eMMC-Karten als internem Massenspeicher bereit.

Vorbereitungen

Um die Hardware zu modifizieren, versetzen Sie zunächst das Gerät in den Root- oder Entwicklermodus. Drücken Sie dazu [Esc]+[F3], und schalten Sie das Gerät gleichzeitig ein. Da Chromebooks eine geringfügig modifizierte Tastatur ohne dedizierte F-Tasten aufweisen, ist zu berücksichtigen, dass die Taste [F3] auf dem Google-Gerät der Refresh-Taste entspricht (Abbildung 1).

Abbildung 1: Ein leicht verändertes Layout der Tastatur bei den Chromebooks bedarf zunächst einer kleinen Gewöhnung.

Nach einer Warnmeldung, die auf ein angeblich fehlendes Chrome OS hinweist und die Sie durch Drücken von [Strg]+[D] überspringen, blendet das Betriebssystem nach einer kurzen Wartezeit zunächst eine Maske zum Anmelden ein. Sie müssen sich hier bei Google registrieren und sich anschließend mit den Zugangsdaten Ihres neuen Google-Kontos anmelden.

Sind Sie bereits bei Google registriert, melden Sie sich mit den vorhandenen Daten zum Authentifizieren an. Nun befindet sich das Gerät im Entwicklermodus, und Sie schalten es wieder aus.

Im nächsten Schritt entfernen Sie den Schreibschutz für die Firmware, was das Öffnen des Geräts erfordert. Hewlett-Packard liefert zu all seinen Geräten, so auch zu den Chromebooks, eine ausführliche Dokumentation in Gestalt eines als PDF-Datei erhältlichen Service Guides mit [9]. Da beide Geräte über BIOS-Bausteine verfügen, die ein Schreiben erlauben und die jeweils mit einer Schraube geschützt sind, müssen Sie diese entfernen, um die Firmware zu modifizieren (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Schreibschutz-Schraube für die Firmware ist in den Chromebooks von HP deutlich gekennzeichnet.

Es empfiehlt sich, dabei strikt nach den Anleitungen vorzugehen, damit Sie nicht versehentlich andere Bauteile beschädigen. Die Schrauben sind jeweils durch ein auf der Platine daneben aufgedrucktes großes Dreieck markiert und weisen einen flachen, überdimensionierten Kopf auf.

Nach Entfernen der Schreibschutz-Schraube montieren Sie das Gerät wieder, da keine weiteren Eingriffe in die Hardware nötig sind. Anschließend starten Sie es neu und überspringen die entsprechenden Meldungen erneut durch Drücken von [Strg]+[D].

Haben Sie sich angemeldet und durch Eingabe der Daten zum Authentifizieren die Internet-Anbindung aktiviert, öffnen Sie über die Kombination [Strg]+[Alt]+[T] ein Terminal. Durch Eingabe des Befehls shell am Prompt der Crosh-Developer-Kommandozeile starten Sie die Bash. Im Anschluss daran geben Sie die Befehlsfolge aus Listing 1 ein.

$ cd
$ rm -f flash_chromebook_rom.sh
$ curl -L -O https://johnlewis.ie/flash_chromebook_rom.sh
$ sudo -E bash flash_chromebook_rom.sh

Dies lädt die alternative Firmware von der angegebenen Webseite und installiert sie. Folgen Sie beim Austausch der Firmware exakt den Meldungen am Bildschirm, da fehlerhafte Eingaben die Firmware zerstören und damit zu einem unbrauchbaren System führen.

Die Routine installiert dabei den freien Coreboot-Code, um das Mainboard und alle Komponenten zu starten. Anschließend lädt das Skript als Payload für Coreboot das SeaBIOS. Da diese Vorgänge transparent ablaufen, sind keine weiteren manuellen Einstellungen nötig. Haben Sie die Firmware des Geräts somit erfolgreich ausgetauscht, schalten Sie das Gerät ab.

USB-Stick vorbereiten

Danach laden Sie von der Projektseite das ISO-Image von GalliumOS herunter und installieren dieses auf einem USB-Stick. Dies setzt ein Device mit mindestens 4 GByte Kapazität voraus, bei dem Sie vor Installation des ISO-Images sämtliche Partitionen löschen sollten. Stellen Sie zunächst durch Eingabe des Befehls lsblk bei eingestecktem USB-Stick fest, welchen Devicenamen der Stick hat.

Anschließend entfernen Sie vorhandene Partitionen auf dem Stick durch Eingabe des Befehls fdisk /dev/Gerätedatei oder cfdisk /dev/Gerätedatei, wobei Sie den Platzhalter jeweils durch den korrekten Namen ersetzen. Beide Befehle geben Sie mit Administratorrechten ein.

Sind Sie den einzelnen Schritten zum Löschen aller Partitionen gefolgt, hängen Sie den Stick aus. Nun kopieren Sie das ISO-Image von GalliumOS auf das Speichermedium durch Eingabe des Befehls dd if=Image-Datei of=/dev/Gerätedatei bs=1M. Der Vorgang dauert je nach Durchsatz des Systems bis zu mehreren Minuten.

Nach Abschluss schreiben Sie mit dem Befehl sync alle Daten aus dem Speicher auf das Gerät. Entfernen Sie danach den Stick vom Computer, und stecken Sie ihn in eine USB-Buchse des Chromebooks.

Erster Start

Beim ersten Start des Chromebooks mit eingestecktem USB-Stick verzweigt der Rechner nach dem Aufruf des SeaBIOS in den Grub-Bootmanager des Flash-Sticks, in welchem Sie GalliumOS live starten. Die zweite Option im Bootmanager GalliumOS CLI startet das Betriebssystem live bis zu einem Login-Prompt, aktiviert jedoch keinen Desktop.

Die Option GalliumOS Live Image and Installer dagegen bootet auf den modifizierten HP-Chromebooks ohne jedes Murren äußerst zügig in ein Live-System mit optisch angepasstem XFCE-Desktop (Abbildung 3).

Abbildung 3: Von einem herkömmlichen Xubuntu optisch nicht zu unterscheiden: GalliumOS auf dem Chromebook.

Das Betriebssystem

Die Distribution besticht bereits in der Live-Variante mit einem trotz der kleinen Größe des ISO-Images von nur knapp 900 MByte erstaunlich umfangreichen Bestand an Software. So finden Sie nicht nur alle gängigen Untermenüs, sondern zusätzlich in jedem Menü eine Vielzahl von Applikationen.

Der geringen Größe des Images entsprechend verzichtet das Live-System jedoch auf Programme, die an den knappen Ressourcen nagen: Anstelle von LibreOffice fungieren im Untermenü Office Gnumeric und Abiword als Programme für das digitale Büro, als Webbrowser ist Chromium vorinstalliert, und Software zum Bearbeiten von Bildern fehlt ganz.

Lediglich diverse Betrachter sind vorhanden. Um multimediale Inhalte anzusehen, ist jedoch der Generalist VLC ins System integriert, und im Menü Accessories findet sich eine stattliche Zahl an Dienstprogrammen.

Um das Betriebssystem auf Ihren Massenspeicher zu packen, rufen Sie mit einem Doppelklick auf das Symbol Install GalliumOS auf dem Desktop die von Ubuntu her bekannte grafische Routine für die Installation auf, die Sie in wenigen Schritten zu einem stationären System auf dem Chromebook führt. Dabei gibt diese als Installationsort auf Geräten mit eMMC-Massenspeicher das Gerät mmcblk0 vor, da diese Computer über keine herkömmliche Festplatte oder SSD verfügen (Abbildung 4).

mmcblk0.” width=”300″ height=”203″ /> Abbildung 4: Der Massenspeicher des Chromebooks hat den Namen mmcblk0.

In wenigen Minuten ist das System einsatzbereit. Nach einem Neustart empfiehlt es sich zunächst, den Zugang zum Internet herzustellen. Dazu klicken Sie unten rechts im Panel auf das WLAN-Symbol und geben anschließend die Daten zum Authentifizieren für das gewünschte Netz ein.

Im Menü System steht mit Synaptic-Paketverwaltung das grafische Frontend des Paketmanagers bereit, wobei Sie aufgrund der Kompatibilität von GalliumOS zu Ubuntu Zugriff auf den kompletten Bestand des Betriebssystems von Canonical haben. Hierbei handelt es sich immerhin um knapp 50?000 Pakete, die Synaptic listet. Bereits in der Standardeinstellung sind dabei sämtliche Repositories freigeschaltet.

Praxistest

Auf beiden HP-Chromebooks stand nach erfolgreicher Installation zunächst ein Test des Ressourcenbedarfs des Betriebssystems an. Dabei stellte sich heraus, dass der Bedarf an Arbeitsspeicher ebenso wie an Massenspeicher erstaunlich gering ausfällt: Trotz des mittlerweile etwas umfangreicheren XFCE-Desktops benötigt dieser lediglich etwa 420 MByte Arbeitsspeicher. Das gesamte Betriebssystem belegt zudem auf dem Massenspeicher zunächst nur rund 3,5 GByte.

Diese sehr niedrigen Werte zeigen, wie sorgfältig die Entwickler von GalliumOS nicht nur schlanke Applikationssoftware ins System eingepflegt haben, sondern dass sie zudem massiv am Kernel gearbeitet haben, um das System zu beschleunigen. Tatsächlich läuft der schwächere Celeron-Prozessor mit zwei Kernen des kleineren Chromebooks kaum unter Last (Abbildung 5).

Abbildung 5: Die Systemlast unter GalliumOS hält sich in Grenzen.

Auffallend ist außerdem die exzellente Hardware-Unterstützung – und das, obwohl es sich um einen noch sehr aktuellen Chipsatz und um eine brandneue WLAN-Karte in den Testgeräten handelt. Selbst die Audiokomponete der Chromebooks lief anstandslos.

Sehr deutliche Verbesserungen im Vergleich zu früheren Ubuntu-Versionen ließen sich zudem bei der Unterstützung der unterschiedlichen Betriebsmodi der Mobilcomputer feststellen: Die Geräte wachten nach dem Zu- und anschließenden Aufklappen des Displays anstandslos wieder aus dem Energiesparmodus auf.

Andere ACPI-Problembereiche wie das zeitgesteuerte Abdunkeln und Ausschalten des Bildschirms nach einer definierten Phase der Inaktivität oder die WLAN-Funktionalität nach einem Suspend funktionierten tadellos.

Um die Leistungsgrenzen der Chromebooks mit Linux zu testen, haben wir in einem weiteren Test beide Geräte mit einer Software zum Transkodieren von Videos bestückt: Das Programm Handbrake benötigt dazu nicht nur einen größeren Arbeitsspeicher als herkömmliche Office- oder Internet-Applikationen, sondern macht auch von verschiedenen Hardware-Erweiterungen der Intel-Architektur regen Gebrauch.

So verwendet Handbrake den bei Intel-Prozessoren im Jahr 2007 eingeführten SSE4-Befehlssatz, der das Streaming multimedialer Inhalte beschleunigt. Verfügt die genutzte CPU nicht über diese Erweiterungen, so läuft das Umwandeln mit deutlich verminderter Geschwindigkeit.

Bei den Messungen kamen die Geräte bei herkömmlicher PAL-Auflösung der Videos auf Geschwindigkeiten beim Umrechnen auf Werte zwischen 35 und 60 Frames pro Sekunde – das liegt etwa auf dem Niveau von Core-2-Duo-Prozessoren der Merom- und Penryn-Generationen (Abbildung 6). Damit nehmen es die HP-Laptops durchaus mit ausgewachsenen Notebooks etwas älterer Bauart auf.

Abbildung 6: Fast so schnell wie mit großen Notebooks meistern Sie selbst rechenintensive Aufgaben.

Positiv ist in diesem Kontext zusätzlich anzumerken, dass die Testgeräte selbst bei voller Last aufgrund der geringen Energieaufnahme kaum Abwärme erzeugten. So konnten wir selbst direkt unterhalb der CPU am Gehäuse lediglich eine leichte Wärmeentwicklung feststellen.

Auch die Laufzeit des Akkus verkürzte sich unter Volllast nicht merklich: Obwohl während des Transkodierens von Videos ein externes, über eine USB-Buchse angeschlossenes DVD-Laufwerk als Quelle diente, lag die geschätzte Laufzeit nach Abschluss des Vorgangs noch bei rund fünf Stunden.

Selbst umfangreiche Office- und Internet-Applikationen wie LibreOffice und Firefox, die zum Test ebenfalls auf den HP-Geräten liefen, brachten die Systeme nicht aus dem Tritt. Das Streamen von HD-Videos aus dem Internet im Vollbildmodus meisterten die Systeme ebenfalls, wobei dabei jedoch die CPU-Last auf beiden Kernen des N2840-Prozessors deutlich bis auf etwa 80 Prozent stieg.

Beim Abspielen multimedialer Inhalte fiel uns zudem das sehr gut konstruierte Audio-System auf: GalliumOS hatte keinerlei Probleme damit, das Audio-System der Chromebooks korrekt anzusprechen, und durch ein ausgeklügeltes Lautsprecher-System an der Unterseite der Geräte bot sich uns auch ein für Mobilrechner ungewohnt voller und klarer Klang.

Fazit

Der Test belegt es eindrucksvoll: Chromebooks taugen längst zu mehr als zu ein paar Web-Applikationen, und dank der freien Entwicklergemeinde entledigen Sie sich bei vielen der Geräte jener Fesseln, die Google diesen anlegt.

Mit GalliumOS, das durch eine hervorragende Hardware-Unterstützung selbst neuester Komponenten glänzt, verwandeln Sie die preiswerten Laptops in ein vollwertiges System für den täglichen Bedarf.

Da die beiden Testgeräte von Hewlett-Packard außerdem durch gute Displays, eine angenehm zu bedienende Chicklet-Tastatur und eine außerordentlich gute Qualität beim Gehäuse auffielen, erweisen sie sich als ernste Konkurrenz zu herkömmlichen Notebooks, wenn Sie das Budget schonen möchten.