Linux Befehle und Dateiverwaltung

Überblick über Betriebssysteme und deren Entwicklung

• Betriebssysteme (BS) sind essenziell für die Verwaltung von Hardware und Software-Ressourcen eines Computers.
• Einführung in die Funktionen und Eigenschaften von Linux und verschiedenen Linux-Distributionen.

Historische Entwicklung der Rechner

• Erste mechanische Rechenmaschine von Prof. Wilhelm Schickard (1623).
• Programmierbare „Analytical Machine“ von Charles Babbage, erste Programmiererin: Augusta Ada Lovelace.

1. Generation der Rechner (1939-1955)

• Konrad Zuse entwickelte die Z1 (1939) und Z3 (1941).
• ENIAC (1945), einer der ersten digitalen Computer:
  • 17.468 Vakuumröhren, 1500 Relais, 174 kW Leistung.
  • Monstergröße: 170 m², Gewicht: 30 Tonnen, 0,2 ms Additions- und 2,8 ms Multiplikationszeit.

2. Generation der Rechner (1955-1965)

• Einführung des Transistors (1947) verbesserte Zuverlässigkeit, Kosten und Geschwindigkeit.
• Batch-Verarbeitung: Programme wurden auf Lochkarten eingegeben und durch Operatoren überwacht.

3. Generation der Rechner (1965-1972)

• Erfindung von integrierten Schaltkreisen (ICs) und Vorstellung von Moore's Law: Verdopplung der Transistoranzahl alle 12 Monate.
• Einführung von Multi-User und Time-sharing-Systemen, Beispiel: „Multics“ von GE und MIT, das nicht funktionierte.
• UNICS, der Vorläufer von UNIX, wurde auf PDP-7 von Ken Thompson und Dennis Ritchie entwickelt.

4. Generation der Rechner (ab 1972)

• Entwicklung hochintegrierter Schaltungen (VLSI) mit Tausenden von Transistoren pro cm².
• Intel 4004 (1971): Erster Mikroprozessor mit 2300 Transistoren.
• Technologische Evolution sichtbar durch Intel-Produkte: Pentium und Broadwell.

Mikroprozessorentwicklung

• Hauptakteure: Intel (x86), AMD, ARM.
• NEC SX Vektorprozessor mit beeindruckenden 256 GB/s Speicherbandbreite.
• Parallele Programmierung ist entscheidend für moderne CPUs.

Komponenten eines PCs

• Standard PC besteht aus Motherboard, Prozessor, Hauptspeicher, Erweiterungskarten und Speichermedien.
• Wichtigkeit von Cache-Speichern (L1, L2, L3) für die Leistungssteigerung von Prozessoren.

Definitionen eines Betriebssystems

• DIN 44300: Programme, die die Betriebsarten eines digitalen Rechensystems steuern.
• Duden Informatik: Umfassende Bezeichnung für Programme, die Benutzerprogramme ausführen und Ressourcen verwalten.
• Ziel eines Betriebssystems: Effiziente und zuverlässige Nutzung von Rechenanlagen durch mehrere Anwender.

Lernziele

• Wiederholung des Rechneraufbaus und des Betriebssystemkonzepts.
• Verständnis der Historie von UNIX und dessen Derivaten.
• Praktische Erfahrung mit der Installation und Nutzung von Linux auf Laptops oder virtuellen Maschinen.### Grundlegende Definitionen
• Betriebssystem: Software, die die Komplexität eines Computers vor Benutzern und Programmierern verbirgt.
• Gemeinsamer, sicherer Zugriff auf Rechen-, Speicher- und Kommunikationsmittel für Benutzer und Programme.

Kernfunktionen eines Betriebssystems

• Abstraktion von Anwendungsprogrammen von der Hardware und Virtualisierung der Ressourcen.
• Zuteilung und Entzug von Systemressourcen (CPU, Speicher).
• Verwaltung von Dateien und Bereitstellung einer einheitlichen Programmierschnittstelle (API).

Komponenten, die nicht zum Betriebssystem gehören

• BIOS, Compiler, und Editoren sind keine Bestandteile eines Betriebssystems.

Betriebssystemkategorien

• Mainframes: Hohe Stabilität, z.B. IBM OS/390, Fujitsu BS 2000.
• Serverbetriebssysteme: Linux, FreeBSD Unix, Windows Server.
• Personal Computer: Windows, MacOS, verschiedene Linux-Distributionen (Arch, Ubuntu).
• Echtzeitbetriebssysteme: VxWorks, QNX, RT-Linux.
• Eingebettete Systeme: Embedded Linux, VxWorks, MS Windows IoT.
• Handhelds: Palm OS, Windows Mobile, Symbian, Linux.
• Smartcard-Betriebssysteme: Spezielle JVM für Chipkarten.

Einfache Eingebettete Systeme

• Einfache Systeme wie Arduino sind oft ohne dedizierte Betriebssysteme funktionsfähig; benötigen keine komplexe Benutzeroberfläche.
• Eigenschaften ohne Betriebssystem:
  • Keine Zeitunabhängigkeit: Aufträge müssen in einem bestimmten Zeitrahmen erledigt werden.
  • Keine Benutzeroberfläche: Eingebettete Geräte haben keine grafische Schnittstelle.

Historischer Vergleich der Betriebssysteme

• Ältere Betriebssysteme: MS-DOS, MacOS.
• Linux wird häufig in DSL-Routern und für Webdienste verwendet.

Linux und seine Verwendung

• Raspberry Pi ist ideal für IoT-Überwachung, als Medienserver oder Thinclient.

Was ist eine Linux-Distribution?

• Enthält Software-Pakete, besitzt eigene Paketverwaltung und eventuell eine grafische Benutzeroberfläche.
• Diverse Distributionen wie Debian (älteste), Ubuntu (basiert auf Debian), OpenSUSE (deutsch), RedHat (Enterprise) sind weit verbreitet.

Wichtige Merkmale von Distributionen

• Long-Term Support (LTS): z.B. SuSE Linux Enterprise (bis zu 13 Jahre) und Ubuntu (bis zu 5 Jahre).
• LIVE-Systeme: Greifen nicht auf Festplatte zu, können jedoch Daten nicht dauerhaft speichern; Knoppix als erste bekannte LIVE-Distribution.

Spezielle Distributionen

• Debian: Hohe Software-Unterstützung und konservative Politik.
• Gentoo: Software wird aus aktuellen Quellen gebaut, basiert auf Google ChromeOS.
• YoctoLinux: Kein Betriebssystem, sondern Framework zur Erstellung eigener Distributionen.

Unix Shell und Befehle

• Shell ist die Kommandozeile für das Starten und Verwalten von Programmen.
• Beispielsweise: cd (Verzeichnis wechseln), ls (Dateien auflisten), cp (Dateien kopieren), rm (Dateien entfernen).
• Eingabeaufforderung in der Shell zeigt den aktuellen Benutzer und das Verzeichnis an.

Bash-Shell

• Erlaubt das Starten systemnaher und grafischer Programme sowie die Ausführung komplexer Skripte.

• Nutzung von Tastenkombinationen wie CTRL+C (beenden) und CTRL+Z (pausieren) zur Steuerung von Programmen.### Unix Systembefehle

• Signal senden: Mit kill -9 <PID> wird ein KILL-Signal an den Prozess mit der angegebenen Prozess-ID gesendet.

• grep: Durchsucht zeilenweise Dateien oder die Standardeingabe nach einem bestimmten Muster.

• find: Ermöglicht die Auffindung von Dateien basierend auf Namen, Datum oder Größe.

• tar: Programm zum Erstellen und Entpacken von Archiven, beispielsweise tar –cf backup-2016.tar mein_dir/ für das Packen eines Verzeichnisses.

• gzip: Komprimiert Dateien mithilfe des LZW-Verfahrens, z.B. gzip -9 backup-2016.tar zur maximalen Kompression.

• echo: Gibt Strings im Terminal aus, wie echo Hello World.

• pwd: Zeigt das aktuelle Arbeitsverzeichnis an.

Netzwerk- und Prozessmanagement

• ps: Zeigt den Status laufender Prozesse an, Beispiel ps –elf für alle Prozesse im Langformat.
• top: Beinhaltet eine Echtzeitanzeige der laufenden Prozesse, Abbruch durch "q".
• netstat: Nutzt den Befehl netstat –nat, um alle TCP-Verbindungen ohne Namensauflösung anzuzeigen.
• ifconfig: Konfiguriert und zeigt alle Netzwerkinterfaces an.
• route: Dient zur Anzeige und Änderung von Netzwerk-Routen.
• mkfs: Formatiert Datenträger, z.B. mkfs –t ext2 /dev/sda1 für die erste Partition der ersten Festplatte.
• fsck: Überprüft das Dateisystem auf dem angegebenen Gerät, z.B. fsck /dev/sda1.
• mount: Bindet ein Dateisystem im Verzeichnisbaum ein, z.B. mount –t ext2 /dev/sdb2 mein_dir/.
• mknod: Erstellt spezielle Datei-Links zu Geräten, z.B. mknod /dev/disk0 –b 14 0.

Shell-Variablen

• PS1: Definiert die Formatierung der Eingabeaufforderung in der Konsole, z.B. \u für den Benutzernamen.
• USER: Enthält den Login-Namen des aktuellen Benutzers.
• HOME: Verweist auf das Home-Verzeichnis des Benutzers.
• TMPDIR: Temporäres Verzeichnis für Dateien, die gelöscht werden dürfen.
• PWD: Aktuelles Verzeichnis, in dem sich die Shell befindet.
• OLDPWD: Speichert das vorherige Verzeichnis, auf das die Bash zugreift.
• PATH: Verzeichnispfade, in denen nach ausführbaren Programmen gesucht wird.
• LD_LIBRARY_PATH: Verzeichnispfade für dynamische Bibliotheken.
• MANPATH: Verzeichnispfade für die man-Seiten (Hilfeseiten).
• LANG: Bestimmt die Sprache; z.B. export LANG=de_DE.UTF8 für Deutsch.
• SHELL: Gibt die aktuell verwendete Shell an, z.B. über echo $SHELL gibt es /usr/bin/bash zurück.
• Shell-Variablen werden mit $ für den Zugriff auf ihren Wert verwendet und mit VAR=Wert oder export VAR=WERT definiert.