Maintainer Klaus Knopper lädt zu einem Rundgang durch die Interna der neuen, exklusiven LinuxUser-Edition seines Live-Systems Knoppix 9.3 ein.

Das populäre Debian-Derivat Knoppix entstand vor über 20 Jahren als eine der ersten reinen Live-Distributionen und wurde auf der Atlanta Linux Showcase 2000 zum ersten Mal vorgestellt. Seitdem erscheint die Zusammenstellung von GNU/Linux-Software etwa halbjährlich. Das System ist so ausgelegt, dass es ohne Installation von DVD, USB-Flash-Disk oder über das Netzwerk fertig konfiguriert sofort läuft. Man umgeht also die sonst bei der Installation und Konfiguration einer Linux-Installation üblichen Fragen.

Die Softwareauswahl ist eine bunte Mischung aus allen häufig nachgefragten und mir selbst besonders nützlich erscheinenden Kategorien [1]. Die Programme eignen sich zum Arbeiten, Surfen im Internet, Spielen, Unterrichten, Lehren und Lernen, Programmieren und vor allem auch zum Retten von Daten von teildefekten Computern, selbst wenn diese aufgrund eines Betriebssystemfehlers, von Viren oder Trojanern direkt nach dem Einschalten nur noch Fehlermeldungen auf dem Bildschirm produzieren.

Letzteres ist für mich ein Grund, die wichtigsten Werkzeuge zur Datenrettung auch auf der Mini-Edition von Knoppix unterzubringen, die noch auf einen 700 MByte großen CD-Rohling oder auf die in manchen Mini-PC-Boards integrierten, nur wenige Gigabytes großen Flash-Speicher passt. Abbildung 1 zeigt die seit der Version 9.0 entsprechend modularisierte, geänderte Architektur des Systems.

Abbildung 1: Die modulare Struktur von Knoppix 9.x.

Nachdem Sie Knoppix mit dem integrierten Flash-Installer flash-knoppix oder einem 1:1-Imager-Programm wie Balena Etcher [2] auf einen USB-Stick installiert haben, ziehen Sie Updates und Hotfixes bei Bedarf von der Knoppix-Update-Seite [3] nach. Bei der Flash-Knoppix-Variante wird aus der ursprünglichen ersten Read-only-Partition eine beschreibbare FAT32+UEFI-Partition, die auch Änderungen am Boot-System erlaubt. Daher ist diese Variante der Installation auf USB-Stick, USB-Festplatte oder SD-Karte die empfohlene. Das Flash-Knoppix-Skript finden Sie wie viele andere Knoppix-eigene Tools im Desktop-Menü Knoppix.

Durch die Einteilung in mehrere Images, von denen das erste die minimale Basisversion von Knoppix darstellt, lässt sich unter Weglassen der größeren Softwarepakete in den anderen Overlays (KNOPPIX/KNOPPIX*) auch eine Mini-Version in CD-Größe erzeugen. Diese können Sie als Basis für eigene Remaster mit persönlicher Softwareauswahl und eigenen Einstellungen verwenden (Abbildung 2). Dafür sieht flash-knoppix eine Remaster-Option vor, die Änderungen gegenüber dem gebooteten System in einer neuen, komprimierten Overlay-Datei speichert.

Abbildung 2: Mini-Version erzeugen.

Um diese Möglichkeit zu nutzen, löschen Sie einfach auf einem mit flash-knoppix erzeugten USB-Stick alle Dateien KNOPPIX/KNOPPIX1...9 und behalten nur KNOPPIX/KNOPPIX. Alternativ wählen Sie schon beim ersten Flashen die Mini-Version aus. Vom so frisch erzeugten Stick gebootet, können Sie das System dann anpassen, neue Software installieren und so weiter. Beim erneuten Aufruf von flash-knoppix wählen Sie dann die Option Remaster (Abbildung 3).

Abbildung 3: Eigene Änderungen als Overlay speichern.

Debian-Softwaremix

Die Version 9.3 habe ich wie in den letzten Jahren wieder im Auftrag von LinuxUser zusammengestellt. Sie basiert auf der “Next-Generation”-Version des Debian-Testing-Zweigs (Codename “Bookworm” [4]). Um eine möglichst breite Hardwareunterstützung zu erreichen, verwende ich den bei Redaktionsschluss aktuellsten Kernel 5.16.12. Da die hardwarespezifischen Module des X.org-Grafikservers im experimentellen Debian-Zweig in meinen Tests auf älteren Rechnern diesmal allerdings nicht sonderlich stabil liefen, entnahm ich sie lieber aus dem Stable-Zweig von Debian 11 “Bullseye”. Als komfortable Erweiterung zur sehr flott startenden Standard-Desktop-Oberfläche LXDE ist erneut der 3D-Compositor Compiz dabei. Er sorgt für spektakuläre Grafik-Effekte, glänzt aber auch mit nützlichen Erweiterungen wie der Bildschirmlupe für barrierearmes Arbeiten (Abbildung 4).

Abbildung 4: Mit Compiz gerät das Umschalten zwischen den virtuellen Desktops zum 3D-Ereignis.

Boot-Optionen als Notnagel

Normalerweise benötigt Knoppix keinerlei Boot-Optionen, um die vorgefundene Hardware inklusive Grafikkarte zu erkennen und das System optimal zu konfigurieren, und entscheidet je nach Situation, welche Einstellungen bei einem Computer zum Erfolg führen müssten (Abbildung 5).

Abbildung 5: Der Knoppix-9.3-Bootscreen in der Grub-Variante für DVD-Boot per UEFI.

Bei der zunehmenden Anzahl verschiedener Chipsätze gibt es jedoch einige, die im Fehlerfall nicht sauber aussteigen, sondern dazu führen, dass sich ein Softwaremodul aufhängt. Das macht dann notwendig, das eine oder andere Feature oder eine einzelne Komponente diagnostisch und vorübergehend abzuschalten, um zum regulären Desktop durchzustarten oder das System näher zu untersuchen. Dazu tippen Sie hinter dem Boot-Prompt (Abbildung 6) knoppix64 (bei aktuellen 64-Bit-CPUs) oder knoppix (bei älteren 32-Bit-Rechnern) für den Linux-Kernel ein, gefolgt von den gewünschten Optionen.

Abbildung 6: Der Knoppix-9.3-Bootscreen in der UEFI-Version vom USB-Stick.

Häufig verwendete Boot-Optionen nennt die Boot-Hilfe, die Sie per [F2]+ oder [F3] abrufen. Weitere Möglichkeiten listet die Textdatei KNOPPIX/knoppix-cheatcodes.txt auf. Klemmt etwa der Desktop beim Start des 3D-Window-Managers Compiz, helfen oft die Boot-Optionen knoppix nocomposite oder knoppix no3d. Die eine schaltet die Composite-Erweiterung des Grafiksubsystems ab, die andere verhindert den Start der Compiz-Erweiterung für den Desktop. Umgekehrt können Sie mit der Option knoppix 3d die 3D-Oberfläche mit Software-Rendering für Grafikkarten erzwingen, die eigentlich nicht schnell genug für Compiz sind und daher automatisch mit der 2D-Window-Manager-Alternative Metacity starten würden.

Hybrides USB-Image

Heute installieren die meisten Anwender Knoppix nach dem ersten Start auf einem USB-Stick (8 GByte oder größer, USB 3.0 empfohlen), statt immer von DVD zu starten. Obwohl ich das ISO durch eine Sortlist fürs DVD-Lesen optimiert habe – das reduziert das sehr langsame Positionieren des Laser-Lesekopfs –, beschleunigt Flash-Memory den Startvorgang und das Arbeiten mit Knoppix um mindestens den Faktor fünf. Das ermöglicht Startzeiten vom Laden des Kernels bis zum kompletten Desktop inklusive Compiz von unter 15 Sekunden, einigermaßen moderne Hardware und einen schnellen USB-Stick oder SD-Kartenleser vorausgesetzt.

Techniker-Kung-Fu

Als Live-System ist Knoppix auf eine kurze Startzeit und möglichst fehlertolerante Fallback-Mechanismen getrimmt. Hier würden die sonst bei Linux-Distributionen gängigen, auf den Start von Festplatte/SSD optimierten Startsysteme mit allen ihren Eigenheiten eher stören. Daher basiert in Knoppix 9.3 der Startvorgang tatsächlich größtenteils auf Shell-Skripten und lässt sich sehr transparent durch die Lektüre von /init (Initial-RAM-Disk-Startdatei) und /etc/init.d/knoppix-autoconfig nachvollziehen.

Um für permanent laufende Dienste einen geordneten Shutdown zu ermöglichen, verwendet Knoppix das sehr schlanke, in der Embedded-Systems-Shell Busybox integrierte SysVinit-ähnliche Startup-System, das Session-Management übernimmt der von Devuan bekannte Elogind. Daher gibt es nur wenige bis gar keine Abhängigkeiten von Systemd, was das Basissystem sehr schlank und wenig komplex macht – ansonsten würde es auch nicht auf eine CD passen. SysVinit-eigene Spezialitäten wie Runlevels entfallen hierdurch zwar, aber das Neustarten oder Ausschalten des Rechners vom Desktop aus klappt wie bei traditionellen Systemen mit dem Power-Button des Computers, über das Abmelden-Menü und mit Shell-Programmen wie Poweroff und Reboot. Es ist sogar etwas schneller geworden, da die SysVinit-eigenen Wartezeiten entfallen.

Um den Rechner bei Bedarf auch im reinen Textmodus starten zu können, werten die Skripte die am Boot-Prompt eingegebenen Optionen aus und simulieren dadurch das alte Verhalten: Die Boot-Option knoppix 2 startet den Computer also ohne Grafikoberfläche, die Sie später gegebenenfalls mit /etc/init.d/knoppix-startx start von der Textkonsole aus aufrufen. Insgesamt macht die Amputation von Systemd und SysVinit Knoppix also etwas leichtgewichtiger, und Linux-Experten können beim Booten zu startende Systemdienste (etwa Webserver oder Samba) in die Datei /etc/rc.local eintragen.

Einige Desktop-Systeme wie KDE Plasma oder Gnome sind inzwischen allerdings voll auf Systemd getrimmt. Sie versuchen, es für das Herunterfahren des Rechners zu kontaktieren und rufen nicht von sich aus sudo poweroff auf. Daher kann es gut sein, dass die Standardmenüeinträge für das Herunterfahren oder den Neustart des Rechners dort nicht funktionieren. Die Desktops entsprechend zu patchen erschien mir aber doch zu aufwendig, zumal jede Änderung beim nächsten Update höchstwahrscheinlich wieder verloren ginge. Bei einem kurzen Antippen des Ausschalt-Buttons am Notebook oder Computer erscheint jedoch unter Knoppix ein Dialog, mit dem sich der Computer nach getaner Arbeit dennoch sauber herunterfahren lässt.

Pipewire statt Pulseaudio

Eine notorische Schwäche des Pulseaudio-Audiosystems, mit dem fast alle Linux-Distributionen arbeiten, stellt die Unterstützung moderner Bluetooth-Headsets mit HFP-Profil dar. Sie werden oft nur als Ausgabegeräte erkannt, und das Mikro lässt sich für Videokonferenzen nicht nutzen. Als unabhängigen Ersatz nutzt Knoppix jetzt Pipewire als systemweiten Dienst. Dadurch können Sie mithilfe des Blueman-Applets (im Menu Einstellungen | Bluetooth Manager) sehr einfach Bluetooth-Geräte mit verschiedenen Audioprofilen und -codecs aktivieren. Mir ist aufgefallen, dass viele Bluetooth-Headsets mit Pipewire eine deutlich bessere Audioqualität aufweisen, die bei Pulseaudio charakteristischem Dropouts nach Sprechpausen entfallen. Kabelgebundene oder USB-Headsets bieten wegen der höheren Audiobandbreite eine noch bessere Klangqualität, Pipewire unterstützt sie ebenfalls per Plug & Play. Dank des Adapterprogramms Pipewire-pulse können Sie weiter die Pulseaudio-typischen Einstellungswerkzeuge wie den Lautstärkeregler Pavucontrol nutzen.

Multi-bittig und komprimiert

Für Systeme mit 64-Bit-CPUs startet – automatisch erkannt oder mit der Boot-Option knoppix64 – Linux 5.10.10 als 64-Bit-Kernel, jedoch mit einem 32-Bit-Userspace. Das ermöglicht Systemreparaturen in 64-Bit-Umgebungen per chroot, dennoch bleibt der Start auch auf 32-Bit-Computern möglich. Zudem benötigen die 32-Bit-Versionen der installierten Programme weniger Platz auf der DVD und arbeiten außer bei sehr rechenintensiven Aufgaben nicht langsamer als entsprechende 64-Bit-Äquivalente.

Allerdings kann ein 32-Bit-Programm nur maximal 4 GByte Hauptspeicher ansprechen, was aber in den meisten Fällen ausreichen sollte. Beim Videoschnitt-Programm OpenShot kann es jedoch beim Rendern von Videoclips über 5 Minuten Länge schon einmal knapp werden – hier würde ich dann eine Festinstallation eines 64-Bit-Linux empfehlen. Da Knoppix nicht nur auf modernen Computern laufen soll, sondern ohne große Einschränkungen auch auf sehr alten Rechnern, werde ich aber versuchen, die 32-Bit-Version so lange wie möglich zu pflegen.

Für Computer mit wenig RAM unterstützt Knoppix ein komprimiertes Swap-in-RAM. Dadurch können Programme fast die doppelte Größe des physikalischen Hauptspeichers nutzen, wenn auch mit Geschwindigkeitseinschränkungen. Auch die Daten des Dateisystems liegen komprimiert in den KNOPPIX/KNOPPIX*-Images. Dadurch lassen sie sich schneller vom Datenträger lesen, wobei das System nur so viel dekomprimiert im Speicher hält, wie gerade verwendet wird. Das wirkt sich bei älteren Computern sowie langsamen Datenträgern positiv auf die Arbeitsgeschwindigkeit aus.

Lange Ausstattungsliste

Der größte Teil der Software liegt bei Knoppix mit einem eigenen Kernel-Modul (Cloop) komprimiert in Form von Dateisystem-Overlays auf der DVD, um die Distribution umfangreich und für ein Linux-Anwendungssystem repräsentativ gestalten zu können. Über 3500 Debian-Softwarepakete passen so auf eine Seite des DVD-Datenträgers. Die Liste aus dem Kasten “Highlights in Knoppix 9.3” zeigt nur einen kleinen Auszug daraus.

Abbildung 7: Das Multiview-Terminalprogramm Terminator mit dem Echtzeit-Systemmonitor Btop.

Virtuelle Kamera

Schon eine Weile an Bord und enorm praktisch für Effekte und Live-Schnitte in Videokonferenzen ist das Programm OBS Studio. Zusammen mit dem Kernel-Modul V4l2loopback lässt sich OBS als virtuelle Kamera verwenden [5]. Ich habe für Knoppix 9.3 noch einmal mit der Konfiguration von V4l2loopback gespielt, um standardmäßig eine OBS-Kamera und weitere fünf virtuelle Kameras gleichzeitig zu unterstützen.

Listing 1 zeigt ein Beispiel für die Kommandozeile, das eine MP4-Videodatei als künstliche Videokamera erzeugt. Mit einem selbst aufgenommenen Portraitvideo, das man in einer Endlosschleife abspielt, fällt es kaum auf, wenn man eine Videokonferenz für ein paar Minuten verlässt, während das Videobild vertretungsweise weiterläuft. Währenddessen gestellte Fragen anderer Konferenzteilnehmer kann es noch nicht beantworten, aber daran arbeite ich.

# Drei virtuelle Webcams
sudo modprobe v4l2loopback \
 video_nr=10,11,12 \
 card_label=obs-cam,fake1,fake2 \
 exclusive_caps=1,1,1
# Video mit kameraaehnlichen
# Settings als Kamera 'fake1'
ffmpeg -v 0 -stream_loop -1 -re \
 -i "chicken.mp4" -map 0:v \
 -vcodec rawvideo \
 -pix_fmt yuyv422 \
 -f v4l2 -r 25 /dev/video11

Wireless-Projektor

Einige Smart-Boards und Beamer unterstützen die kabellose Bildschirmübertragung nach dem Miracast-Verfahren, für das es bislang keine wirklich brauchbare freie Software unter Linux gab. Empfänger-Adapter lassen sich auch nachrüsten, man verbindet sie per HDMI mit dem Display.

Das Miracast-Protokoll öffnet zunächst zum Handshake ohne WLAN-Access-Point einen zweiten Funkkanal im Peer-to-Peer-Modus auf der Wi-Fi-Schnittstelle, über den es den Bildschirminhalt als H.264-kodierten Videostream zur Gegenstelle am Projektor sendet. Obwohl das nicht alle Wi-Fi-Chipsets unterstützen, ist bei einem einigermaßen neuen Notebook die Wahrscheinlichkeit recht hoch, dass es funktioniert.

Mit dem jetzt in Knoppix integrierten Programm Gnome Network Displays, mit dem einige Gnome-Entwickler das durchaus komplizierte Verfahren unter Zuhilfenahme des NetworkManagers souverän gemeistert haben, lässt sich die Bildschirmübertragung per Miracast anstoßen. Manchmal erfordert es ein paar Versuche, bevor die Verbindung zustande kommt. Dafür spart man nicht nur Kabelsalat ein, sondern kann sich über eine funktionierende, kabellose Bildschirmübertragung freuen, die ohne proprietäre Spezialsoftware oder eigene Basteleien mit VNC oder RDP auskommt.

Abbildung 8: Gnome Network Displays hat einen willigen Wireless-Miracast-Empfänger für das Screensharing gefunden.

Sicherheit auf allen Ebenen

Im Userspace von Knoppix sind alle Benutzerzugänge gesperrt, es gibt keine Hintertüren oder Standardpasswörter – nicht einmal für den Standardbenutzer knoppix. Deshalb zeigt Knoppix nach dem Booten auch keinen Login-Bildschirm an. Der ansonsten unprivilegierte User knoppix kann jedoch mit Sudo ohne Passwortabfrage zur Root-ID wechseln, Passwörter festlegen, Systemdienste starten, Software installieren und so weiter. Gegen die bekannten CPU-Sicherheitslücken Meltdown und Spectre sind entsprechende Workarounds im Kernel aktiviert; mit spectre-meltdown-checker prüfen Sie, welche der entsprechenden Lücken die CPU aufweist.

In Debian gibt es wie in allen Distributionen wichtige regelmäßige Sicherheitsaktualisierungen, aber auch viel häufigere Programm-Updates selbst bei kleineren Feature-Enhancements. Da es nicht sinnvoll ist, auf einer Live-Distribution alles zu aktualisieren, enthält Knoppix 9.3 das Skript update-security, das lediglich sicherheitsrelevante Updates einspielt und die übrigen Programme in Ruhe lässt. Sie rufen es über das Menü Knoppix auf.

Mehr Programme

Einige Programme, wie die für Kinder gedachte Lernsoftware Gcompris, haben es aus Platzgründen nicht mehr auf die wirklich randvolle DVD geschafft. Vermissen Sie eine Anwendung, installieren Sie sie mithilfe des Programms knoppix-install-extras (Menü Knoppix | Zusätzliche Programme installieren) nach. Alternativ klappt das auch mit dem Debian-Standard-Paketmanager Synaptic oder im Terminal mit apt update; apt install Paket.

Fazit

Mit der LinuxUser-Edition von Knoppix 9.3 bekommen Sie das beste Knoppix aller Zeiten, mit aktualisierter Hardwareunterstützung, vollgestopft mit vielen praktischen Programmen für alle Anwendungszwecke. Außerdem haben Sie die Möglichkeit, sich leicht eine eigene, modifizierte Version auf USB-Stick auch zum Weiterverschenken zu remastern. (jlu)