1.2 Lektion 1

Fast jede Linux-Distribution bietet einen vorinstallierten Satz von Standardanwendungen. Neben diesen vorinstallierten Anwendungen verfügt eine Distribution über ein Paket-Repository mit einer riesigen Sammlung von Anwendungen, die über ihren Paketmanager installiert werden. Obwohl die verschiedenen Distributionen etwa dieselben Anwendungen anbieten, gibt es für verschiedene Distributionen verschiedene Paketverwaltungssysteme. Debian, Ubuntu und Linux Mint verwenden etwa die Tools dpkg, apt-get und apt zur Installation von Softwarepaketen, allgemein bekannt als DEB-Pakete. Distributionen wie Red Hat, Fedora und CentOS verwenden stattdessen rpm, yum und dnf, die wiederum RPM-Pakete installieren. Da sich die Anwendungspakete für verschiedene Distributionsfamilien voneinander unterscheiden, ist es sehr wichtig, Pakete vom richtigen Repository zu installieren, die an die jeweilige Distribution angepasst sind. Der Benutzer muss sich üblicherweise nicht um diese Details kümmern, da der Paketmanager der Distribution die richtigen Pakete, die Abhängigkeiten und künftige Updates auswählt. Abhängigkeiten sind von den Programmen benötigte Hilfspakete. Wenn eine Bibliothek beispielsweise Funktionen zur Verarbeitung von JPEG-Bildern bereitstellt, die verschiedene Programme benötigen, wird eine solche Bibliothek üblicherweise in ein eigenes Paket gepackt, von dem alle Anwendungen, die diese Bibliothek benötigen, abhängen.

Die Befehle dpkg und rpm wirken auf einzelne Paketdateien. In der Praxis werden fast alle Aufgaben der Paketverwaltung mit den Befehlen apt-get oder apt auf Systemen, die DEB-Pakete verwenden, oder mit yum oder dnf auf Systemen, die RPM-Pakete verwenden, durchgeführt. Diese Befehle arbeiten mit Paketkatalogen, können neue Pakete und deren Abhängigkeiten herunterladen und nach neueren Versionen der installierten Pakete suchen.

Angenommen Sie haben von einem Befehl namens figlet gehört, der vergrößerten Text auf dem Terminal ausgibt, und Sie wollen ihn ausprobieren. Sie erhalten nach Ausführung des Befehls figlet jedoch die folgende Meldung:

Das weist vermutlich darauf hin, dass das Paket nicht auf Ihrem System installiert ist. Wenn Ihre Distribution mit DEB-Paketen arbeitet, können Sie ihre Repositories mit apt-cache search paketname oder apt search paketname durchsuchen. Der Befehl apt-cache wird verwendet, um nach Paketen zu suchen und Informationen über verfügbare Pakete aufzulisten. Der folgende Befehl sucht nach allen Vorkommen der Zeichenfolge “figlet” in den Namen und Beschreibungen des Pakets:

Die Suche hat ein Paket namens figlet identifiziert, das dem fehlenden Befehl entspricht. Die Installation und Deinstallation eines Pakets erfordert spezielle Berechtigungen, die nur dem Systemadministrator gewährt werden: dem Benutzer namens root. Auf Desktop-Systemen können normale Benutzer Pakete installieren oder entfernen, indem sie den Befehl sudo den Installations-/Deinstallationsbefehlen voranstellen. Dafür müssen sie ihr Passwort eingeben, um fortzufahren. Für DEB-Pakete führen Sie die Installtion mit dem Befehl apt-get install paketname oder apt install paketname aus:

An dieser Stelle wird das Paket heruntergeladen und auf dem System installiert. Alle Abhängigkeiten, die das Paket eventuell benötigt, werden ebenfalls heruntergeladen und installiert:

Nach Abschluss des Downloads werden alle Dateien an die richtigen Stellen kopiert und weitere Konfigurationen durchgeführt. Anschließend ist der Befehl verfügbar:

Nachdem ein geeignetes Paket im Repository gefunden wurde, kann es mit yum install paketname oder dnf install paketname installiert werden:

Auch hier wird das gewünschte Paket mit all seinen möglichen Abhängigkeiten heruntergeladen und installiert:

Der Befehl cowsay macht genau das, was sein Name verspricht:

Obwohl sie nutzlos erscheinen mögen, bieten die Befehle figlet und cowsay eine Möglichkeit, die Aufmerksamkeit anderer Benutzer auf relevante Informationen zu lenken.

Die Befehle zum Installieren von Paketen dienen auch dazu, sie zu entfernen. Alle Befehle akzeptieren das Schlüsselwort remove, um ein installiertes Paket zu deinstallieren: apt-get remove paketname oder apt remove paketname für DEB-Pakete und yum remove paketname oder dnf remove paketname für RPM-Pakete. Der Befehl sudo wird auch benötigt, um das Entfernen durchzuführen. Um etwa das zuvor installierte Paket figlet aus einer DEB-basierten Distribution zu entfernen:

Nach der Bestätigung des Vorgangs wird das Paket aus dem System gelöscht:

Ähnlich ist die Vorgehensweise auf einem RPM-basierten System. Um das zuvor installierte Paket cowsay aus einer RPM-basierten Distribution zu entfernen:

Auch hier wird eine Bestätigung angefordert und das Paket aus dem System gelöscht:

Die Konfigurationsdateien der entfernten Pakete bleiben auf dem System erhalten, so dass sie bei einer zukünftigen Neuinstallation des Pakets wieder verwendet werden können.

Office-Anwendungen werden für die Bearbeitung von Dateien wie Texten, Präsentationen, Tabellenkalkulationen und anderen in einer Büroumgebung gebräuchlichen Formaten verwendet. Diese Anwendungen sind üblicherweise in Sammlungen organisiert, die als Office Suites bezeichnet werden.

Lange Zeit war OpenOffice.org die unter Linux meistgenutzte Office Suite. OpenOffice.org war eine Open-Source-Version der von Sun Microsystems herausgegebenen StarOffice Suite. Einige Jahre später wurde Sun von der Oracle Corporation übernommen, die das Projekt wiederum an die Apache Foundation übertrug, und OpenOffice.org wurde in Apache OpenOffice umbenannt. In der Zwischenzeit veröffentlichte die Document Foundation auf derselben Code-Basis eine weitere Office Suite namens LibreOffice.

Die beiden Projekte haben die gleichen Grundfunktionen und sind kompatibel zu den Dokumentenformaten von Microsoft Office. Das bevorzugte Dokumentenformat ist jedoch das Open Document Format, ein vollständig offenes und ISO-standardisiertes Dateiformat. Die Verwendung von ODF stellt sicher, dass Dokumente zwischen Betriebssystemen und Anwendungen verschiedener Anbieter, wie beispielsweise Microsoft Office, übertragen werden können. Die Hauptanwendungen von OpenOffice/LibreOffice sind:

Sowohl LibreOffice als auch Apache OpenOffice sind Open Source Software, aber LibreOffice ist unter LGPLv3 lizenziert, während Apache OpenOffice unter der Apache License 2.0 steht. Der Lizenzunterschied hat zur Folge, dass LibreOffice Verbesserungen von Apache OpenOffice übernehmen kann, aber Apache OpenOffice keine Verbesserungen von LibreOffice. Dies und eine aktivere Entwicklergemeinschaft sind die Gründe, dass die meisten Distributionen LibreOffice als Standard-Office-Suite nutzen.

Den meisten Benutzern dient ein Computer vor allem dazu, Zugang zum Internet zu gewährleisten. Heutzutage können Webseiten als vollwertige App fungieren, mit dem Vorteil, dass sie von überall her zugänglich sind, ohne zusätzliche Software installieren zu müssen. Das macht den Webbrowser zur wichtigsten Anwendung des Betriebssystems, zumindest für den durchschnittlichen Benutzer.

Die wichtigsten Webbrowser im Linux-Umfeld sind Google Chrome und Mozilla Firefox. Chrome ist ein von Google gepflegter Webbrowser, basiert aber auf dem Open Source Browser Chromium, der über den Paketmanager der Distribution installiert werden kann und vollständig mit Chrome kompatibel ist. Firefox wird von Mozilla, einer gemeinnützigen Organisation, verwaltet und ist ein Browser, dessen Ursprünge mit Netscape verbunden sind, dem ersten beliebten Webbrowser, der das Open-Source-Modell verwendet. Die Mozilla Foundation ist tief in der Entwicklung offener Standards verwurzelt, die dem modernen Web zugrundeliegen.

Mozilla entwickelt auch andere Anwendungen, wie den E-Mail-Client Thunderbird. Viele Benutzer entscheiden sich für Webmail anstelle einer dedizierten E-Mail-Anwendung, aber ein Client wie Thunderbird bietet zusätzliche Funktionen und integriert sich am besten mit anderen Anwendungen auf dem Desktop.

Im Vergleich zu den verfügbaren Webanwendungen sind Desktop-Anwendungen nach wie vor die beste Option für die Erstellung von Multimedia-Inhalten. Multimedia-bezogene Aktivitäten wie Video-Rendering erfordern oft viele Systemressourcen, die am besten von einer lokalen Desktop-Anwendung verwaltet werden. Einige der beliebtesten Mulitmedia-Anwendungen unter Linux und ihre Einsatzbereiche sind:

Es gibt auch zahlreiche Anwendungen zur Multimedia-Wiedergabe. Die beliebteste Anwendung für die Video-Wiedergabe ist VLC, aber einige Benutzer bevorzugen andere Alternativen, wie smplayer. Die lokale Musikwiedergabe hat auch viele Optionen, wie Audacious, Banshee und Amarok, die auch eine Sammlung lokaler Sounddateien verwalten können.

Wenn ein Webbrowser eine Seite von einer Website lädt, verbindet er sich tatsächlich mit einem entfernten Computer und fragt nach einer bestimmten Information. In diesem Szenario wird der Computer, auf dem der Webbrowser läuft, als Client bezeichnet, der entfernte Computer als Server.

Der Server-Rechner, der ein gewöhnlicher Desktop-Computer oder spezielle Hardware sein kann, benötigt ein spezifisches Programm, das die bereitzustellenden Informationen verwaltet. Was die Bereitstellung von Webseiten betrifft, so setzen die meisten Server auf der ganzen Welt Open-Source-Serverprogramme ein. Dieses spezielle Serverprogramm wird als HTTP-Server bezeichnet (HTTP steht für Hyper Text Transfer Protocol), und die beliebtesten sind Apache, Nginx und lighttpd.

Auch einfache Webseiten können viele Anfragen erfordern, zum Beispiel einfache Dateien — sog. statische Inhalte — oder dynamische Inhalte, die aus verschiedenen Quellen zusammengefügt werden. Die Aufgabe eines HTTP-Servers besteht darin, alle angeforderten Daten zu sammeln und an den Browser zurückzusenden, der dann den Inhalt, wie er durch das empfangene HTML-Dokument (HTML steht für Hyper Text Markup Language) und andere unterstützende Dateien definiert ist, anordnet. Daher umfasst das Rendern einer Webseite Operationen sowohl auf der Serverseite wie auch auf der Clientseite. Beide Seiten können benutzerdefinierte Skripte verwenden, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Auf der HTTP-Serverseite ist es durchaus üblich, die Skriptsprache PHP zu verwenden. JavaScript ist die Skriptsprache, die auf der Clientseite (dem Webbrowser) verwendet wird.

Serverprogramme können alle Arten von Informationen bereitstellen: Es ist nicht ungewöhnlich, dass ein Serverprogramm Informationen von anderen Serverprogrammen anfordert, z.B. wenn ein HTTP-Server Informationen von einem Datenbankserver benötigt.

Wenn beispielsweise eine dynamische Seite angefordert wird, fragt der HTTP-Server in der Regel eine Datenbank ab, um alle erforderlichen Informationen zu sammeln, und sendet den dynamischen Inhalt an den Client zurück. Ähnlich verhält es sich, wenn sich ein Benutzer auf einer Website registriert: Der HTTP-Server sammelt die vom Client gesendeten Daten und speichert sie in einer Datenbank.

Eine Datenbank ist ein organisierter Satz von Informationen. Ein Datenbankserver speichert Inhalte in formatierter Form und ermöglicht das Lesen, Schreiben und Verknüpfen großer Datenmengen in hoher Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit. Open-Source-Datenbankserver werden in vielen Anwendungen eingesetzt, nicht nur im Internet, sondern auch in lokalen Anwendungen, die Daten durch Verbindung zu einem lokalen Datenbankserver speichern können. Der häufigste Typ von Datenbank ist die relationale Datenbank, in der die Daten in vordefinierten Tabellen organisiert sind. Die beliebtesten relationalen Open-Source-Datenbanken sind MariaDB (entstanden aus MySQL) und PostgreSQL.

In lokalen Netzwerken, wie sie in Büros und zu Hause zu finden sind, ist es wünschenswert, dass Computer nicht nur auf das Internet zugreifen, sondern auch miteinander kommunizieren. Manchmal fungiert ein Computer als Server, manchmal derselbe Computer als Client. Das ist zum Beispiel notwendig, wenn man auf Dateien auf einem anderen Computer im Netzwerk zugreifen möchte — zum Beispiel auf eine auf einem Desktop-Computer gespeicherte Datei von einem tragbaren Gerät aus — ohne die Mühe, sie auf ein USB-Laufwerk oder dergleichen zu kopieren.

Zwischen Linux-Maschinen wird häufig NFS (Network File System) verwendet. Das NFS-Protokoll ist der Standardweg, um Dateisysteme in Netzwerken zu teilen, die nur mit Unix/Linux-Maschinen ausgestattet sind. NFS ermöglicht es einem Computer, eines oder mehrere seiner Verzeichnisse mit bestimmten Computern im Netzwerk zu teilen, damit er Dateien in diesen Verzeichnissen lesen und schreiben kann. NFS kann sogar verwendet werden, um den Verzeichnisbaum eines ganzen Betriebssystems mit Clients zu teilen, die es zum Booten verwenden. Diese Computer, die sogenannten Thin Clients, werden meist in großen Netzwerken eingesetzt, um die Wartung jedes einzelnen Betriebssystems auf jeder Maschine zu vermeiden.

Wenn andere Arten von Betriebssystemen an das Netzwerk angeschlossen sind, empfiehlt es sich, ein für alle verständliches Data-Sharing-Protokoll zu verwenden. Diese Aufgaben erfüllt Samba. Samba implementiert ein Protokoll für den Dateiaustausch über das Netzwerk, das ursprünglich für das Windows-Betriebssystem entwickelt wurde, heute aber mit allen gängigen Betriebssystemen kompatibel ist. Mit Samba können Computer im lokalen Netzwerk nicht nur Dateien, sondern auch Drucker teilen.

In einigen lokalen Netzwerken wird die Berechtigung, die bei der Anmeldung auf einer Workstation erteilt wird, von einem zentralen Server, dem Domänencontroller , vergeben. Er verwaltet den Zugriff auf verschiedene lokale und entfernte Ressourcen. Der Domänencontroller ist ein Dienst aus dem Active Directory von Microsoft. Linux-Workstations können sich mit einem Domänencontroller über Samba oder ein Authentifizierungssubsystem namens SSSD verbinden. Ab Version 4 kann Samba auch als Domänencontroller in heterogenen Netzwerken fungieren.

Wenn es darum geht, eine Cloud-Computing-Lösung zu implementieren, die verschiedene Methoden des webbasierten Datenaustauschs bietet, sollten zwei Alternativen in Betracht gezogen werden: ownCloud und Nextcloud. Beide Projekte sind sehr ähnlich, da Nextcloud ein Spin-off von ownCloud ist, was bei Open-Source-Projekten nicht ungewöhnlich ist. Solche Spin-offs bezeichnet man als Fork. Beide bieten die gleichen Grundfunktionen: File Sharing und Synchronisation, kollaborative Arbeitsbereiche, Kalender, Kontakte und E-Mails — alles über Desktop-, Mobil- und Webschnittstellen. Nextcloud bietet auch private Audio-/Videokonferenzen an, während sich ownCloud mehr auf die gemeinsame Nutzung von Dateien und die Integration mit Software von Drittanbietern konzentriert. Viele weitere Funktionen sind als Plugins verfügbar, die bei Bedarf später aktiviert werden können.

Sowohl ownCloud als auch Nextcloud bieten eine kostenpflichtige Version mit zusätzlichen Funktionen und erweitertem Support an, die sich von anderen kommerziellen Lösungen dadurch unterscheidet, dass sie Nextcloud oder ownCloud kostenlos auf einem privaten Server installieren können, ohne sensible Daten auf einem unbekannten Server vorzuhalten. Da alle Dienste auf HTTP-Kommunikation basieren und in PHP geschrieben sind, muss die Installation auf einem zuvor konfigurierten Webserver wie Apache erfolgen. Wenn Sie die Installation von ownCloud oder Nextcloud auf Ihrem eigenen Server in Betracht ziehen, stellen Sie sicher, dass HTTPS auch alle Verbindungen zu Ihrer Cloud verschlüsselt.

Kommunikation zwischen Computern ist nur möglich, wenn das Netzwerk ordnungsgemäß funktioniert. Die Netzwerkkonfiguration erfolgt in der Regel durch eine Reihe von Programmen, die auf dem Router laufen und für die Einrichtung und Überprüfung der Netzwerkfähigkeit zuständig sind. Voraussetzung dafür sind zwei grundlegende Netzwerkdienste: DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) und DNS (Domain Name System).

DHCP ist dafür verantwortlich, dem Host eine IP-Adresse zuzuweisen, wenn ein Netzwerkkabel angeschlossen ist oder wenn das Gerät in ein drahtloses Netzwerk eintritt. Bei der Verbindung mit dem Internet stellt der DHCP-Server des ISP dem anfragenden Gerät eine IP-Adresse zur Verfügung. Ein DHCP-Server ist auch in lokalen Netzwerken sehr nützlich, um allen angeschlossenen Geräten automatisch IP-Adressen zuzuweisen. Wenn DHCP nicht konfiguriert ist oder nicht ordnungsgemäß funktioniert, muss die IP-Adresse jedes mit dem Netzwerk verbundenen Geräts manuell konfiguriert werden. Es ist nicht sinnvoll, die IP-Adressen in großen Netzwerken oder sogar in kleinen Netzwerken manuell einzustellen; deshalb verfügen die meisten Netzwerkrouter über einen vorkonfigurierten DHCP-Server.

Die IP-Adresse wird benötigt, um mit einem anderen Gerät in einem IP-Netzwerk zu kommunizieren, aber Domainnamen wie www.lpi.org sind viel einfacher zu merken als eine IP-Adresse wie 203.0.113.165. Der Domainname allein reicht jedoch nicht aus, um die Kommunikation über das Netzwerk herzustellen, weshalb der Domainname von einem DNS-Server in eine IP-Adresse übersetzt werden muss: Die IP-Adresse des DNS-Servers wird vom DHCP-Server des ISP bereitgestellt und von allen angeschlossenen Systemen zur Übersetzung von Domainnamen in IP-Adressen verwendet.

Sowohl die DHCP- als auch die DNS-Einstellungen lassen sich über die vom Router bereitgestellte Webschnittstelle ändern. So ist es zum Beispiel möglich, die IP-Zuweisung nur auf bekannte Geräte zu beschränken oder bestimmten Maschinen eine feste IP-Adresse zuzuordnen. Auch der vom ISP bereitgestellte Standard-DNS-Server lässt sich darüber ändern. Einige DNS-Server von Drittanbietern, wie sie von Google oder OpenDNS bereitgestellt werden, liefern bisweilen schnellere Antworten und bieten zusätzliche Funktionen.

Alle Computerprogramme (Client- und Serverprogramme, Desktop-Anwendungen und das Betriebssystem selbst) werden in einer oder mehreren Programmiersprachen erstellt, wobei es sich bei den Programmen um eine einzelne Datei oder ein komplexes System aus Hunderten von Dateien handeln kann, die das Betriebssystem als Befehlssequenz behandelt, die vom Prozessor und anderen Geräten interpretiert und ausgeführt wird.

Es gibt zahlreiche Programmiersprachen für sehr unterschiedliche Zwecke, und Linux-Systeme stellen viele davon bereit. Da Open-Source-Software auch die Quellen der Programme umfasst, bieten Linux-Systeme Entwicklern perfekte Voraussetzungen, um Software zu verstehen und nach ihren eigenen Bedürfnissen zu modifizieren oder zu erstellen.

Jedes Programm beginnt als Textdatei, dem Quellcode. Dieser Quellcode ist in einer mehr oder weniger menschenlesbaren Sprache geschrieben, die beschreibt, was das Programm tut. Ein Computerprozessor kann diesen Code nicht direkt ausführen; bei kompilierten Sprachen wird der Quellcode daher in eine binäre Datei umgewandelt, die dann vom Computer ausgeführt werden kann. Ein Programm namens Compiler ist für die Konvertierung von Quellcode in eine ausführbare Form verantwortlich. Da die kompilierte Binärdatei für einen Prozessortyp spezifisch ist, muss das Programm möglicherweise neu kompiliert werden, um auf einem anderen Computertyp ausgeführt zu werden.

Bei interpretierten Sprachen muss das Programm nicht vorher kompiliert werden. Stattdessen liest ein Interpreter den Quellcode und führt bei jedem Programmstart seine Befehle aus. Das macht die Entwicklung einfacher und schneller, aber dafür sind interpretierte Programme tendenziell langsamer als kompilierte.

Hier einige der beliebtesten Programmiersprachen:

C und Java sind kompilierte Sprachen, wobei der in C geschriebene Quellcode in binären Maschinencode umgewandelt wird, während der Java-Quellcode in Bytecode umgewandelt wird, der in einer speziellen Softwareumgebung namens Java Virtual Machine ausgeführt wird. JavaScript, Perl, Shell-Skript, Python und PHP sind interpretierte Sprachen, die auch als Skriptsprachen bezeichnet werden.