\input{confighandout}

\subsection{Was ist Linux?}

\subsubsection{Geschichtlicher Hintergrund}

Fr\"uhe elektronische Rechner, wie der in Abbildung \ref{img:eniac} gezeigte
ENIAC, waren nicht frei programmierbar. Sie wurden f\"ur einen bestimmten
Zweck gebaut, der ENIAC beispielsweise zur Berechnung von ballistischen
Flugbahnen.

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.5\textwidth]{images/785px-Eniac.jpg}
\caption{ENIAC (1947)}
\label{img:eniac}
\end{figure}

Im Laufe der 50-er und 60-er Jahre entwickelten sich die Rechner schnell
weiter, was vor allem durch die Erfindung des Transistors beschleunigt wurde.
Mit der freien Programmierbarkeit kam gleichzeitig die Nachfrage nach einem
Betriebssystem. Zum einen stellte man schnell fest, das bestimmte Operationen,
etwa Ein- und Ausgabe-Funktionen, von nahezu jedem Programm immer wieder
ben\"otigt wurden. Zum anderen hatte man bald den Wunsch nach gr\"o \ss  erer
Hardware-Unabh\"angigkeit, damit ein einmal geschriebenes Programm ohne gro\ss e
\"Anderungen auf verschiedenen Rechnern laufen konnte.

Die ersten Ans\"atze f\"ur ein universelles Betriebssystem blieben mehr oder
weniger erfolglos. Die Entwickler verzettelten sich mit immer neuen
Anforderungen und wenig durchdachten Konzepten. Die Systeme wurden
un\"uberschaubar und f\"ur viele der damaligen Rechner zu gross.

Erst das ab 1969 von Ken Thompson und Dennis Ritchie
(Abbildung \ref{img:ken_ritchie}) entwickelte \emph{Unix} konnte sich auf
breiter Ebene durchsetzen und zu einem Standard entwickeln.

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.5\textwidth]{images/Thompson-sitting-Richie-standing-PDP11-1972.jpg}
\caption{Ken Thompson (sitzend) und Dennis Ritchie an einer PDP11 (1972)}
\label{img:ken_ritchie}
\end{figure}

In der zweiten H\"alfte der 70-er Jahre ver\"anderte sich der Computer-Markt
radikal. Die Erfindung der integrierten Schaltung erm\"oglichte es, kleine und
auch f\"ur Normalb\"urger erschwingliche Computer zu bauen. Dadurch entwickelte
sich der bisher auf Hochschulen, Beh\"orden und Gro\ss betriebe beschr\"ankte Markt
zum Massenmarkt.

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/Apple2.jpg}
\caption{Apple 2 (1977)}
\label{img:apple2}
\end{figure}

Als etwas ausgereiftere Homecomputer wie der Apple 2 (Abbildung \ref{img:apple2})
zunehmend auch in Betrieben als Erg\"anzung zu den vorhandenen Gro\ss rechnern,
beispielsweise als `intelligente' Terminals, eingesetzt wurden, beschloss
IBM, Marktf\"uhrer bei Gro\ss rechnern, dem etwas entgegen zu setzen. Man
entwickelte den IBM-PC, der 1981 erschien. Durch die sehr knappen
Zeitvorgaben war es den Entwicklern nur m\"oglich, bereits am Markt befindliche
Standard-Chips einzusetzen. Dadurch gelang es Firmen wie Compaq in kurzer
Zeit, selbst ``IBM-kompatible'' Rechner auf den Markt zu werfen.

Auch auf Unix hatte diese Entwicklung Einfluss. Bis dahin war Unix im
universit\"aren Umfeld entwickelt worden. Die Rechte am Code besa\ss  zwar AT+T,
er wurde aber ohne weiteres kostenlos an Dritte weitergegeben, vor allem
zu Ausbildungszwecken. Es gab ja fast niemanden, der einen Unix-f\"ahigen
Computer besa\ss . Mit dem beginnenden Massenmarkt sah AT+T die Chance, mit
Lizenzen Geld zu verdienen, und machte Unix zu Closed Source. Auch zu
Ausbildungszwecken war der Code nicht mehr verf\"ugbar. 

Durch diese Lizenz\"anderung war es vielen Unix-Programmierern nicht mehr
gestattet, ihre eigenen Programme zu nutzen. Einer von ihnen, Richard
Stallman, gr\"undete daraufhin 1984 die \emph{Free Software Foundation} und
begann, ein eigenes Unix namens \emph{GNU} v\"ollig neu zu schreiben. Um
die eben gemachten Erfahrungen reicher, entwickelte er f\"ur den Code eine
eigene Lizenz, die \emph{GNU Public License (GPL)}. Sie stellt sicher, dass
bei Weitergabe eines Programms der Empf\"anger immer auch ein Recht auf den
Sourcecode hat.

Dem GNU-Projekt schlossen sich schnell weitere Programmierer an, und es
gelang ihnen in relativ kurzer Zeit, die Grundlagen eines Unix-Systems zu
erstellen. Dazu geh\"orten neben den vielen kleinen Unix-Systemprogrammen vor
allem auch der Compiler gcc und der Editor Emacs. Beim Kernel war man weniger
gl\"ucklich: Man entschied sich f\"ur ein zwar theoretisch interessantes, aber in
der Praxis schlecht handhabbares Microkernel-Konzept. Dieser Kernel
(\emph{GNU Hurd}) ist bis heute nicht produktiv einsetzbar...

1991 hatte der finnische Student Linus Torvalds einen Terminal-Emulator
geschrieben, mit dem er von daheim per Modem auf den Unix-Rechner der
Universit\"at zugreifen konnte. Als er immer mehr Funktionen hinzuf\"ugte, etwa
einen Treiber zum Direktzugriff auf seine Harddisk, bemerkte er, dass er
eigentlich auch gleich einen Betriebssystem-Kernel schreiben konnte. Er
beschaffte sich die POSIX-Spezifikation, in der die Schnittstellen eines
Unix-Kernels beschrieben sind, und implementierte eine Funktion nach der
anderen.

Nachdem dieser Kernel unter dem Namen \emph{Linux} ver\"offentlicht war,
schlossen sich ebenfalls schnell hunderte von Programmierern an und
arbeiteten an der Weiterentwicklung mit. Durch Kombination des
GNU-Betriebssystems mit dem Linux-Kernel entstand so ein vollst\"andig aus
freier Software bestehendes System.

Der Begriff ``Linux'' bezeichnet also streng genommen nur den Kernel.
Allerdings hat es sich mittlerweile im Sprachgebrauch eingeb\"urgert, das
komplette System aus Programmen und Kernel als ``Linux'' zu bezeichnen.

\subsubsection{Ein Betriebssystem f\"ur Gro\ss rechner}

Unix war von Anfang an ein Betriebssystem, das f\"ur den Betrieb auf
Gro\ss rechnern ausgelegt ist. Das verwundert nicht weiter, den zur Zeit
seiner Entstehung gab es noch keine Einzelplatzrechner im Sinne des
heutigen PC. Die mit dieser Anwendung verbundenen Design-Entscheidungen
sind auch heute noch wirksam und bestimmen ma\ss geblich das Verhalten von
Linux-Systemen.

Durch die freie Verf\"ugbarkeit von Linux gab und gibt es ausserdem zahlreiche
Anwender mit ganz unterschiedlichen Anforderungen. Von Cluster-basierten
Datenbankservern bis zu kleinen batteriebetriebenen PDAs ist alles vertreten.
Des weiteren werden sehr viele verschiedene Prozessor-Familien unterst\"utzt.
Dadurch war der Kernel schon sehr fr\"uh 64-Bit- und Endian-fest.

Diesem historischen Hintergrund ist es zu verdanken, dass der Linux-Kernel
heute sehr gut mit verschiedensten Hardware-Eigenschaften skaliert. Aus dem
selben Source-Code kann ein Kernel f\"ur einen Server mit 1024 CPU-Kernen
oder ein Kernel f\"ur ein kleines Embedded-System konfiguriert und erzeugt
werden.

\subsubsection{Multiuser-Betrieb}

Eine weitere wichtige Eigenschaft von Linux, die sich aus der
Gro\ss rechner-Tradition ergibt, ist die Multitasking- und Multiuser-F\"ahigkeit.
W\"ahrend Multitasking, also das quasi-gleichzeitige Ausf\"uhren mehrerer
Programme, heute jedem Computer-Anwender als Selbstverst\"andlichkeit gilt,
verdient der Multiuser-Betrieb n\"ahere Betrachtung.

Multiuser-Betrieb bedeutet, dass mehrere Anwender \emph{gleichzeitig} mit dem
System arbeiten k\"onnen. Jeder Anwender hat dabei den Eindruck, dass ihm das
System allein geh\"ort. Das Betriebssystem muss dazu Funktionalit\"at
bereitstellen, um die Datensicherheit zu gew\"ahrleisten und die gerechte
Verteilung der Ressourcen unter den Benutzern sicherzustellen. Dazu geh\"ort
unter anderem, dass alle Dateien und Verzeichnisse mit Benutzerkennungen
versehen werden, die jedem Benutzer sinnvolles Arbeiten erm\"oglichen, aber
gleichzeitig seinen Zugriff auf fremde Daten einschr\"anken. Diese
Einschr\"ankungen m\"ussen im Kernel realisiert werden, damit sie nicht auf
Anwenderebene umgangen werden k\"onnen.

In Unix war diese Funktionalit\"at per Design schon immer vorhanden, w\"ahrend
aus der Tradition der Einzelplatz-Rechner entstandene Betriebssysteme wie DOS
oder Windows dies bis heute nicht leisten. Nat\"urlich ist die freie Lizenz
von Linux hier ebenfalls von Vorteil. Propriet\"are Betriebssysteme haben
schon aus Lizenzgr\"unden ein Problem damit, wenn mehrere Anwender einen
Rechner nutzen k\"onnen.

\subsubsection{Login}

Beim Hochfahren eines Linux-Systems werden \"ublicherweise alle f\"ur den
Systemstart vorgesehenen Programme automatisch gestartet, ohne dass dazu
ein Benutzereingriff n\"otig w\"are. Durch Anpassung der daf\"ur verantwortlichen
Startskripte kann man so auch seine eigenen Applikationen starten. An dieser
Stelle hat man root-Rechte, also vollen Zugriff auf alle Ressourcen.

M\"ochte nach dem Hochfahren ein Benutzer mit dem System arbeiten, so muss
er dem System mitteilen, wer er ist, und dies gegebenenfalls durch einen
Authentifizierungsprozess glaubhaft machen. Diesen Vorgang nennt man
``Login''.

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/CPU_und_Terminals1-600px.png}
\caption{Schematische Darstellung eines Gro\ss rechners}
\label{img:mainframe}
\end{figure}

Abbildung \ref{img:mainframe} zeigt die Situation in schematischer Weise. Am
Gro\ss rechner sind mehrere Terminals angeschlossen. Fr\"uher waren dies
Fernschreiber, daher die Bezeichnung tty (von engl. teletype). Auf Abbildung
\ref{img:ken_ritchie} kann man dies sehen -- da gab es noch keine Monitore.

Unter Linux sind dies sogenannte \emph{virtuelle Terminals}. Selbst auf einem
Laptop, der an nichts anderes angeschlossen ist, hat man mehrere solcher
virtueller Terminals zur Verf\"ugung. Eines davon wird meist von der grafischen
Oberfl\"ache benutzt.

Zus\"atzlich gibt es weitere physikalische Terminals, so haben beispielsweise
serielle Schnittstellen Bezeichnungen wie ttyS0, ttyS1 und so weiter. Jedes
dieser Terminals ist v\"ollig autark, das heisst, man muss sich in jedem
Terminal erneut einloggen und authentifizieren.

Logins sind unter Linux auf mehreren Wegen m\"oglich. Ausser dem von Desktops
her gewohnten Login am Bildschirm kann man sich auch mit Hilfe eines
Terminal-Programms \"uber eine serielle Schnittstelle einloggen. Weit verbreitet
sind auch Logins \"uber Netzwerkprotokolle wie ssh oder telnet.

Da diese Login-M\"oglichkeiten unter Windows nicht \"ublich sind, kommt es hier
h\"aufig zu Verst\"andnisschwierigkeiten. Als \"Ubung sollten Sie sich per ssh
auf einem entfernten Rechner einloggen und dann ein Programm starten. Machen
Sie sich klar, dass das Programm auf dem entfernten Rechner ausgef\"uhrt wird
und nicht etwa auf dem Rechner, an dem Sie gerade sitzen.

\newpage

\subsubsection{Kontrollfragen}

\begin{enumerate}
\item Wie alt ist das Unix-Konzept mittlerweile?
\item Seit wann gibt es den Linux-Kernel?
\item Warum ist die Gro\ss rechner-Tradition von Linux auch f\"ur Embedded Systems
	von Vorteil?
\item Was passiert beim Login-Vorgang?
\end{enumerate}

\input{tailhandout}