In der Grundschule geht es um die elementaren Fähigkeiten, die fürs weitere Lernen wichtig sind: Lesen, Schreiben, das Einmaleins. Lesen Sie diesen Beitrag als Einstieg in die Linux-Welt: Es geht um Unterschiede zwischen Linux und Windows sowie wichtige Konzepte aus dem Unix-Universum, zu dem Linux gehört.

Linux steht in der Tradition der Unix-Systeme, deren Geschichte (je nach Definition) zwischen 1965 und 1970 beginnt. Unix hat eine Reihe von Standards geprägt, die bis heute Gültigkeit haben, so dass Programmierer, Administratoren und Anwender, die in den 70ern auf Unix-Systemen gelernt haben, auch mit modernen Linux-Systemen auf Anhieb zurecht kommen. Die Entwicklung von Unix begann in einem forschungsorientierten Umfeld, und so wurden die frühen Unix-Systeme über lange Jahre nur an wenigen Universitäten eingesetzt. Damals war es schon üblich, Programme im Quellcode an Anwender weiterzugeben, welche diese dann verändern konnten; das änderte sich allerdings mit der einsetzenden Kommerzialisierung von Unix – erst das GNU-Projekt der Free Software Foundation [1] und Linux brachten die ursprüngliche Freiheit der Unix-Welt zurück.

Zwei weitere Meilensteine der Informatik sind mit dem Aufstieg von Unix eng verbunden: Die Programmiersprache C und das Internet sind in derselben Zeit entstanden, und es gibt auch bei den Hauptakteuren Übereinstimmungen, so war Dennis Ritchie [2] gleichzeitig einer der Erfinder von C und einer der beiden Entwickler der ersten Unix-Version. Abbildung 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Evolution in der Unix-Familie; Linux taucht darin erst vergleichsweise spät auf: Linus Torvalds begann 1991 mit der Entwicklung des freien Systems. Die Motivation für den damaligen Studenten war es, ein Unix-System auf seinem Intel-i386-PC nutzen zu können.

Abbildung 1: Die Unix-Familie besteht aus vielen ähnlichen Betriebssystemen, die sich gegenseitig beeinflusst haben oder die unmittelbar voneinander abstammen.

© Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Unixoides_System

Hinter Linux steht kein einzelnes Unternehmen, das ein Produkt “Linux” entwickelt. Vielmehr wird Linux zum größten Teil von Freiwilligen und für die Unterstützung von Linux eingestellten Mitarbeitern verschiedener Firmen entwickelt, die in erster Linie an einem besseren – und nicht an einem simpleren Betriebssystem interessiert sind. Vor allem Hardwarehersteller beschäftigen Linux-Entwickler, weil sie sich davon eine bessere Linux-Unterstützung ihrer Geräte erhoffen.

Einstieg in Linux

Die ersten Schritte mit Linux sind ähnlich wie der erste Kontakt mit einem Smartphone oder Tablet-PC, wenn man zuvor nur mit Windows gearbeitet hat: Vieles ist neu und vor allem anders als beim gewohnten Betriebssystem. Die Linux-Entwickler hatten nicht das Ziel, Windows nachzuahmen. Vielmehr waren sie mit der verfügbaren Software unzufrieden und wollten etwas Besseres schaffen. Dadurch muss man beim Umstieg auf Linux zwangsläufig umlernen. Die Unterschiede liegen aber größtenteils auf der administrativen Ebene. Wer den Computer nur startet, um anschließend in der Textverarbeitung einen Brief zu schreiben und die E-Mails aus dem Internet abzurufen, kommt auch mit einem Linux-PC auf Anhieb klar.

Geht es aber z. B. an die Installation von Zusatzhardware, wie etwa Druckern und Scannern, wird es aufwendiger, denn die Treiber-CDs der Hersteller bieten meist nur Windows-Treiber, und die sind unter Linux komplett nutzlos – mehr dazu am Ende im Abschnitt Hardware-Support.

Vokabular

Im Linux-Umfeld werden einige Worte häufig verwendet, die unter Windows nicht so geläufig sind. Die folgende Vokabelliste hilft beim Verständnis einiger Konzepte.

Distribution: Wer “Linux” sagt, meint meist mehr als nur Linux selbst – Linux ist im Prinzip nur der so genannte Kernel oder Betriebssystemkern. Der Kernel ist, vereinfacht gesagt, das erste Programm, das der Computer startet, wenn man bootet (siehe unten). Er übernimmt die Kontrolle über die Hardware und erlaubt es, weitere Programme zu starten, die dann scheinbar gleichzeitig ausgeführt werden.

Zu einem Betriebssystem gehört aber mehr. Es braucht Zusatzprogramme, die all die Funktionen bereitstellen, die Sie vom Computer erwarten. Dazu gehört beispielsweise eine grafische Oberfläche, die nicht Teil von Linux ist: Das unter Linux meist eingesetzte KDE gibt es zum Beispiel auch für viele andere Unix-Versionen wie etwa FreeBSD und OpenBSD.

Neben diesen noch recht systemnahen Dingen gibt es die Anwendungsprogramme, beispielsweise das Officepaket LibreOffice und die Bildbearbeitung Gimp, die vermutlich auf Ihrem Linux-System installiert sind.

Eine Distribution ist eine Zusammenstellung all dieser Komponenten: Kernel, weitere Betriebssystemkomponenten, elementare Tools und Anwendungsprogramme. Das Ganze wird noch garniert mit einem Installationsprogramm und – bei gekauften Linux-Boxen – mit einem oder mehreren Handbüchern. Es gibt unübersichtlich viele solche Distributionen; eine Liste der aktuell populärsten Vertreter gibt die Seite DistroWatch [3] (Abbildung 2), die Daten basieren auf den gezählten Besuchen der auf derselben Seite verfügbaren Kurzinformationen zu den Distributionen, lassen sich also nicht direkt in Verbreitung umrechnen.

Abbildung 2: DistroWatch stellt Popularitätsranglisten von Linux-Distributionen über die letzten ein, drei, sechs und zwölf Monate auf.

KDE: Das K Desktop Environment ist eine grafische Benutzeroberfläche für Linux – anders als bei Windows gibt es unter Linux gleich mehrere zur Auswahl. Welche dieser Oberflächen Sie nutzen, hat keine Auswirkung auf die Programme, die Sie unter Linux einsetzen können – jede Oberfläche hat aber ihr eigenes Bedienkonzept, was den Aufbau von Menüs, Fenstern und anderen Elementen angeht.

Wir empfehlen den Einsatz von KDE – nicht, weil KDE besser als Alternativen (wie z. B. Gnome oder Unity) ist, sondern weil es im deutschsprachigen Raum am meisten verbreitet ist und EasyLinux aus diesem Grund ebenfalls nur KDE im Heft behandelt. (Zwei Ausnahmen bilden die Tipps & Tricks zu Gnome sowie zu Ubuntu.)

Kernel: Der Kernel ist der Kern des Betriebssystems. Er ist das erste “Programm”, das nach dem Booten gestartet wird, auch wenn Sie nie ein Fenster mit dem Titel “Kernel” auf dem Bildschirm sehen werden – der Kernel verwaltet auf unterster Ebene die Hardwarekomponenten des PCs: Zum Beispiel kontrolliert er die Nutzung des Hauptspeichers (RAM) und sorgt dafür, dass die normalen Programme einander nicht in die Quere kommen. Der Kernel kann für neue Geräte Treiber nachladen, bei Linux heißen diese Treiber Module (genauer: Kernelmodule) und sind in der Regel von Anfang an vorinstalliert – für alle Geräte, die prinzipiell Linux-kompatibel sind.

Unix: Unix ist ein Sammelbegriff für eine ganze Familie von Betriebssystemen, die einander alle sehr ähnlich sind. So sind beispielsweise Solaris (früher: SunOS), Hewlett Packards HP/UX, die BSD-Systeme FreeBSD, OpenBSD und NetBSD und auch Apples OS X Unix-Systeme. Linux selbst ist “nur” ein Unix-ähnliches System, weil es nicht unmittelbar aus einem der Unix-Systeme entstanden ist; die Verwandtschaft ist aber groß genug, dass es in der Regel keine große Rolle spielt, ob auf einem Rechner Linux oder ein Unix-System läuft. Windows ist kein Unix und auch nicht Unix-ähnlich, die Microsoft-Entwickler haben einen ganz anderen Ansatz verfolgt.

Festplatten-Partitionen

Damit Sie mehrere Betriebssysteme auf einer Festplatte installieren können, unterteilen Sie die große Platte in mehrere, voneinander sauber getrennte Teilbereiche, die man Partitionen nennt.

Das Wort “Partition” bedeutet Aufteilung; auch manche Windows-PCs besitzen bereits eine solche Aufteilung der Platte, denn aktuelle Rechner werden oft mit Recovery-Daten ausgeliefert, die eine Wiederherstellung des Windows-Systems erlauben, ohne dazu auf eine Installations-DVD von Microsoft zugreifen zu müssen. Die dazu nötigen Dateien befinden sich dann meist auf einem “Laufwerk” D: oder E: oder gar auf einer versteckten Partition, die man im Alltag (beispielsweise im Explorer) gar nicht zu Gesicht bekommt.

Eine ausführlichere Besprechung des Themas Partitionierung finden Sie in dieser Ausgabe ab Seite 102 im Grundlagenartikel zur Linux-Installation.

Dateisysteme

Partitionen sind – unmittelbar nach dem Aufteilen des Festplatte – zunächst vollständig leer bzw. mit Zufallsdaten ohne Bedeutung gefüllt: Es fehlt ihnen noch die Struktur, die es erlaubt, Dateien zu speichern und auch wiederzufinden. Diese Struktur auf die Partition zu bringen, nennt man formatieren.

Beim Formatieren schreibt das Betriebssystem ein so genanntes Dateisystem auf die Partition, und hier geht jedes Betriebssystem eigene Wege: Windows arbeitet mit NTFS (New Technology Filesystem) oder FAT (File Allocation Table), und auch bei Linux stehen verschiedene Systeme zur Wahl; am populärsten sind derzeit Ext4, XFS und Btrfs. Diese Dateisysteme pflegen bei der Arbeit mit Linux ständig ein Journal, in das alle begonnenen aber noch nicht abgeschlossen Schreibvorgänge auf die Festplatte protokolliert werden. Stürzt der Computer einmal ab, kann anhand der Journal-Einträge wieder ein brauchbarer Zustand hergestellt werden.

Die Datenpartition, auf der Sie die Linux-Dateien finden (sie ist mit dem Windows-Laufwerk C: vergleichbar), formatiert das Installationsprogramm, bevor es damit beginnt, die System- und Programmdateien auf die Festplatte zu kopieren. Außerdem wird noch eine Swap-Partition benötigt. Swap ist eine Art Erweiterung des Hauptspeichers auf die Festplatte: Reicht der Platz im Hauptspeicher nicht für alle gestarteten Programme und geladenen Dokumente aus, wird ein Teil dieser Daten vorübergehend auf die Festplatte ausgelagert. Die Swap-Partition hat damit unter Linux die gleiche Aufgabe wie bei Windows die Auslagerungsdatei – der Unterschied ist, dass Linux Auslagerungsdaten nicht einfach in eine Datei schreibt, sondern dafür eine separate Partition verwendet, was schneller ist: ein Performancevorteil.

Warum kann nun Linux nicht einfach seine Daten in den freien Bereich einer Windows-Partition schreiben? Man könnte doch ein Verzeichnis C:\Linux anlegen und alle Dinge dorthin speichern, ähnlich wie sich ja auch die Windows-Systemdateien nicht direkt im Hauptverzeichnis von C:, sondern im Unterverzeichnis C:\Windows befinden. Das Problem ist, dass jedes Betriebssystem eigene Wege geht, mit Dateien zu arbeiten – zum Beispiel bei den Zugriffsrechten. Windows nutzt dafür so genannte Access Control Lists (ACLs), in denen sich für jede Datei detailliert festlegen lässt, welche Anwender Lese- und/oder Schreibrechte für die Datei haben – dem gegenüber wählt Linux einen ganz anderen Ansatz und weist jede Datei einem Besitzer und einer Besitzergruppe zu; für beide (sowie für sonstige Anwender) lassen sich dann Lese-, Schreib- und Ausführrechte (für Programmdateien) setzen (Abbildung 3).

Abbildung 3: Typisch Unix bzw. Linux: Lese-, Schreib- und Ausführrechte kann man für den Besitzer, eine zugeordnete Benutzergruppe sowie alle übrigen setzen.

Solche Attribute speichert das Betriebssystem im Dateisystem, und Linux findet auf einer Windows-NTFS-Partition keinen Platz für diese Informationen. Aus dem gleichen Grund kann man auch Windows nicht auf eine Linux-Partition installieren. (Windows kann Linux-Dateisysteme mit Bordmitteln nicht mal lesen, während anders herum Linux problemlos mit Dateien auf NTFS- und FAT-Partitionen arbeiten kann.)

Verzeichnisstruktur

Windows legt für jeden erkannten Datenträger (also Windows-Partitionen, CDs und DVDs sowie eingesteckte USB-Sticks) einen Laufwerksbuchstaben (C:, D: usw.) an, und für jedes solche Laufwerk gibt es dann einen Verzeichnisbaum, der ein Wurzelverzeichnis \ und diverse Unterverzeichnisse hat (Abbildung 4). Bei Linux ist das anders gelöst: Hier gibt es nur einen einzigen einheitlichen Verzeichnisbaum. Dessen Wurzelverzeichnis heißt / (Linux verwendet den einfachen Schrägstrich / und nicht den Backslash \ als Pfadtrenner), und darüber erreichen Sie die Inhalte der so genannten Root-Partition, die meist das Betriebssystem enthält und unter Windows dem Laufwerk C: entspricht.

Abbildung 4: Windows vergibt für jeden Datenträger einen Laufwerksbuchstaben – so entstehen mehrere unabhängige Verzeichnisbäume.

Weitere Datenträger (wie zusätzliche Partitionen, CDs/DVDs und USB-Sticks) integriert Linux über “Einhängepunkte” (englisch: “mount points”) in diesen Verzeichnisbaum. Dazu braucht man einen leeren Ordner in der bisherigen Verzeichnishierarchie, und unterhalb von diesem Ordner erscheinen dann die Inhalte eines anderen Datenträgers. Wollen Sie von Linux z. B. auf die NTFS-formatierte Windows-Partition /dev/sda1 zugreifen, können Sie einen Ordner /mnt/windows erzeugen und dann festlegen, dass die Inhalte der Windows-Partition unter /mnt/windows erscheinen. Die Tabelle Dateinamen unter Windows und Linux zeigt anhand von einigen Beispielen, wie anschließend der Zugriff auf bestimmte Windows-Dateien gelingt. Die einheitliche Baumstruktur eines Linux-Dateisystems, in das drei Datenträger integriert sind, sehen Sie in Abbildung 5.

Abbildung 5: Bei allen Unix-Systemen, so auch Linux, gibt es nur eine einzige Verzeichnishierarchie – in der tauchen alle Datenträger auf.

Software-Installation

Wenn Sie bisher nur mit Windows gearbeitet haben, bedeutet Software-Installation für Sie, die Installer-Datei im Windows-exe-Format von der Webseite eines Programmanbieters herunterzuladen und auszuführen; der Installer enthält alle Dateien, die zum Programm gehören, entpackt sie an einem geeigneten Ort (meist in C:\Program Files\ oder C:\Program Files (x86)\) und legt einen Eintrag im Startmenü ein. Teilweise ist dabei noch eine Auswahl von Programmkomponenten möglich, die installiert oder weg gelassen werden sollen.

Linux geht einen anderen Weg: Software wird hier über Pakete (spezielle Archive, die in der Regel die Dateiendung .rpm oder .deb haben) verwaltet, und diese sind wiederum in so genannten Repositorys (kurz: Repos) organisiert: Das sind zentrale Download-Archive, die den gebündelten Zugriff auf eine Vielzahl von Programmen erlauben. Es gibt offizielle Repos vom Distributionshersteller und inoffizielle von Drittanbietern, ein Beispiel dafür sind die Repos von AMD und Nvidia, in denen sich Treiberpakete für Grafikkarten befinden.

Auf einem Linux-Rechner können Sie nun eines oder mehrere dieser Repositorys einrichten, dadurch landet eine Art Inhaltsübersicht der Repos auf dem PC, und über die zentrale Softwareverwaltung Ihrer Distribution können Sie dann gezielt nach Programmen suchen und diese in einem Rutsch installieren (Abbildungen 6, 7). Es ist also nicht nötig, die Software mühsam auf dutzenden Programmanbieter-Webseiten zusammen zu suchen und jede Anwendung über ihren eigenen Installer separat einzuspielen.

Abbildung 6: Die Softwareverwaltung (hier: YaST unter OpenSuse) bündelt alle verfügbaren Programme für die Distribution und erlaubt die bequeme und einheitliche Installation.

Abbildung 7: Auch Muon Discover ist eine Softwareverwaltung (von Kubuntu), sie funktioniert aber eher wie der App Store von OS X.

Einige Programme sind zwar für Linux verfügbar, tauchen aber in keinem Repo auf – in dem Fall greift eine umständlichere Methode der Software-Installation, welche für Linux-Einsteiger ungeeignet ist. Auf diese müssen Sie dann verzichten oder einen fortgeschrittenen Linux-Anwender um Unterstützung bitten. Das trifft aber nur auf sehr wenige Anwendungen zu, die noch nicht ausreichend Verbreitung erfahren haben, um in ein Repo aufgenommen zu werden.

Die Shell

Windows und Linux bringen beide eine “Shell” mit: Das ist ein Programm, das im Textmodus läuft, Befehle entgegennimmt und diese ausführt. Unter Windows war dies bis vor kurzem standardmäßig die Shell cmd.exe, welche dieselben Befehle wie der uralte Kommandointerpreter von MS-DOS versteht; langsam etabliert sich aber der Nachfolger Power Shell, der objektorientierte Zugriffe auf viele interne Datenstrukturen von Windows erlaubt. Die Benutzung der Shell ist bei Windows-Anwendern (und oft auch Administratoren) aber nie besonders populär gewesen, was u. a. daran liegen dürfte, dass cmd.exe kein besonders mächtiges Tool ist.

In der Unix-Welt hat die Kommandozeile eine längere Vergangenheit, und Shells wie die bei Linux als Standard installierte Bash (Abbildung 8) sind über Jahrzehnte ständig verbessert und funktional erweitert worden. Wenn Sie im Internet nach Anleitungen zu konkreten Linux-Problemen suchen, werden Sie darum oft auf Lösungen stoßen, für die Sie die Shell starten müssen.

Abbildung 8: Die Standard-Shell von Linux heißt “bash”. Über Shell-Befehle lassen sich viele Arbeiten schneller als in GUI-Anwendungen erledigen.

Zwar ist Linux heute größtenteils über grafische Anwendungen bedien- und konfigurierbar, als Linux-Anwender würden Sie aber auf einen Teil der Leistungsfähigkeit des freien Systems verzichten, wenn Sie nur GUI-Programme verwenden. In unseren Shell-Tipps und in der Rubrik Guru-Training geben wir regelmäßig Beispiele für die eleganten und schnellen Lösungen, die mit der Shell möglich sind.

Windows-Programme

Schon so mancher Einsteiger hatte sich von der Linux-Installation einfach “ein stabileres Windows” erhofft und wurde stutzig, als sich ein Windows-Spiel oder die Gratisprogramme aus der PC-Zeitschrift nicht unter Linux installieren ließen. Verschiedene Betriebssysteme sind grundsätzlich nicht kompatibel, was das Ausführen von Anwendungen angeht: Windows führt Windows-Programme aus, unter OS X laufen nur OS-X-Programme, und für Linux stehen eben Linux-Programme zur Verfügung. Anwendungen auf dem “falschen” System laufen zu lassen, ist nur über Umwege möglich – zwei populäre Ansätze heißen API-Nachbildung (stark vereinfacht: Programmen vortäuschen, dass sie unter Windows laufen) und Virtualisierung.

Wenn Sie ein Windows-Programm unter Linux einsetzen möchten (und keine für Linux verfügbare Alternative gefunden haben), empfehlen wir die Virtualisierung. Sie nutzen dazu VirtualBox [4], das in einem virtuellen PC die Installation von Windows erlaubt, und richten dann die Windows-Software auf dem virtuellen Windows-Rechner ein (Abbildung 9). Dank spezieller Features moderner CPUs ist dieser Ansatz kaum mit Leistungsverlusten verbunden. Für die legale Nutzung ist aber eine Windows-Lizenz erforderlich. Die Alternative (API-Nachbildung) kommt ohne Windows-Installation aus, weil hier direkt eine Windows-Umgebung nachgeahmt wird. Das Wine-Projekt [5] ermöglicht mit dieser Technik, viele Windows-Programme unter Linux laufen zu lassen, aber die Nachbildung ist nicht vollständig, weswegen vor allem ganz aktuelle Programme nicht oder nur mit Einschränkungen laufen.

Abbildung 9: Dank Virtualisierung laufen Windows-Programme unter Linux – in virtuellen Maschinen, die (hier) Windows XP und Windows 8 ausführen.

Die einfachste Lösung für das Problem ist, auf einem älteren Rechner Windows für die Fälle installiert zu lassen, in denen ein Windows-Programm gebraucht wird; an zweiter Stelle (was den Schwierigkeitsgrad angeht) steht die Einrichtung einer virtuellen Maschine, und an dritter Stelle die Parallelinstallation von Windows und Linux im Dual-Boot-Betrieb – die Einrichtung ist zwar prinzipiell leicht, aber die Fehlerbehebung bei einer fehlgeschlagenen Installation ist es nicht.

Hardware-Support

Was die Unterstützung für Hardware angeht, gibt es eine gute und eine schlechte Nachricht. Die gute zuerst: Linux bringt schon Treiber für die meisten externen Geräte und internen PC-Komponenten mit, so dass in der Regel nach der Linux-Installation alle Bestandteile laufen – der Monitor zeigt ein Bild in passender Auflösung, die Verbindung zum WLAN steht, und das Multifunktionsgerät druckt und scannt. Da die Treiber direkt im Kernel (meist als Kernelmodule) oder als Softwarepaket der Distribution integriert sind, ist weder ein Treiberdownload noch eine spezielle Einrichtung nötig. Die schlechte Nachricht lautet: Was Linux nicht auf Anhieb erkennt, werden Linux-Einsteiger kaum zum Laufen bringen. Zwar gibt es auch für solche Geräte Hoffnung, aber es wird dann sehr umständlich. Darum ist die goldene Regel für den Hardwarekauf: Vorher informieren (ob das Gerät Linux-tauglich ist) oder nur bei Händlern mit großzügiger Rückgaberegelung kaufen. Auf dem Wunsch-PC beim Technikmarkt könnten Sie auch von unserer Heft-DVD ein Linux-System booten, um ihn zu testen (siehe den Knoppix-Artikel ab Seite 110).

Wo Sie im Netz Informationen zur Linux-Kompatibilität von Hardware finden, steht u. a. im Artikel ab Seite 53 dieser Ausgabe; eine einfache Google-Suche nach “Gerätename” und “Linux” ist aber meist aufschlussreich genug, um den Kauf eines inkompatiblen Geräts zu vermeiden. Für Drucker, die nicht Linux-kompatibel sind, hat sich der freundliche Begriff Briefbeschwerer (engl.: paperweight) etabliert, den z. B. die Gerätedatenbank von OpenPrinting [6] nutzt.

Generell ist in den letzten Jahren die Hardware-Unterstützung immer besser geworden. Für manche Anwender, die noch Altgeräte aus den 90er Jahren im Hardwarefundus haben, ist Linux deshalb das System der Wahl, denn auch für alte Hardware gibt es hier noch Treiber. Unter Windows 10 einen 15 Jahre alten SCSI-Scanner als Laufen zu bekommen, wird deutlich schwieriger sein.

Fazit

Mit diesem ersten Überblick über die Besonderheiten von Linux sind Sie nun gut für die nächsten Schritte gerüstet: Installieren Sie Linux – auf unseren Heft-DVDs finden Sie diesmal gleich drei Optionen. Ein Grundlagenartikel zur Installation beginnt auf Seite 102. Übrigens: Das Motto von OpenSuse lautet schon seit vielen Jahren “Have a lot of fun”, also: Haben Sie viel Spaß. Wir wünschen zudem auch Erfolg.