dialogorientiertes (interaktives) Mehrnutzer-/Mehrprozess-System:

• Login mit Nutzerkennzeichen und Passwort

• Prozess: im Ablauf befindliches Programm

• Time-Sharing- und Echtzeit-Prozesse

Benutzerschnittstellen:

• klassisch: Shell (textorientierter Kommandointerpreter)

• heute: moderne grafische Oberfläche (GUI) und Shell

Grobstruktur:

Kern (Kernel):

• zentrale Ressourcen-Verwaltung:

  • CPU (Prozessor)
  • RAM (Hauptspeicher)
  • externe Speichermedien (z.B. Festplatten, CDs, DVDs)
  • Ein-/Ausgabe-Geräte (Bildschirm, Tastatur, Maus etc.)
  • ...

• nur der Kern hat direkten Zugriff auf die Hardware

• Gerätesteuerung über Gerätetreiber

• Linux-Kern: monolithisch und modular

• Module: Gerätetreiber, Dateisysteme, Netzwerkprotokolle, ...

Portabilität durch die (höhere) Programmier-Sprache C

UNIX-Werkzeugkasten

zentrale UNIX-Konzepte: Prozesse und Dateien (Files)

Nutzer und Gruppen:

• pro Nutzer: User ID (UID) und mindestens eine Group ID (GID)

• IDs meist in den Dateien /etc/passwd und /etc/group festgelegt

• UID/GIDs steuern Zugriff auf Dateien und Prozesse

• Sonderstatus: Superuser (Administrator, root) mit UID 0

• root hat (fast) unumschränkten Zugriff auf Prozesse/Dateien

Prozess-System:

• Prozess-Hierarchie/-baum: Eltern- und Kind-Prozesse

• Prozess 1 (init): Vater aller Prozesse

• jeder Prozess hat standardmäßig die effektive und reale UID/GID seines Eigentümers

• effektive UID/GID entscheiden über Zugriff auf Dateien und andere Prozesse

• Spezialfall: Set-UID-/GID-Prozesse, deren effektive UID/GID der UID/GID des ausgeführten Programms entspricht (wogegen die reale UID/GID weiterhin der UID/GID des Prozess-Eigentümers entspricht)

  Beispiel:

  Kommando passwd, das jedem Nutzer die benötigten root-Rechte zur kontrollierten Manipulation von /etc/passwd gibt

• normaler Nutzer darf nur den eigenen Prozessen Signale schicken und sie so beenden (killen)

• Superuser darf alle Prozesse via Signal beenden

• Dämonen (Deamons) oder Server: Hintergrund-Prozesse ohne steuerndes Terminal

  Beispiele:

  xinetd, crond, httpd, ...

Prozess-Scheduling:

• Standard: präemptives Multitasking

• der Kern entzieht dem jeweils aktiven Prozess spätestens nach Ablauf seiner Zeitscheibe die Steuerung, wählt den nächsten aktiven Prozess nach einer bestimmten Strategie aus und weist ihm eine angemessene Zeitscheibe zu

• interaktive Prozesse werden bevorzugt ausgewählt (sichert kurze Reaktionszeiten)

• Verhungern von Prozessen wird aber verhindert

Virtuelle Speicherverwaltung:

• jeder Prozess hat einen einheitlich aufgebauten virtuellen Adressraum:

  

• der Speicher wird in Einheiten fester Größe, sog. Speicherseiten, unterteilt

• der Kern bildet virtuelle auf physische Speicherseiten ab

• Swapping/Demand Paging: der Kern lagert bei Bedarf momentan nicht benötigte Speicherseiten in Swap-Dateien oder Swap-Partitionen auf externe Medien (Festplatten) aus

• der nutzbare virtuelle Speicher kann daher größer als der real vorhandene physische RAM sein

• Prozesse haben getrennte virtuelle Adressräume (Schutz vor Manipulationen)

• durch das vom Kern bereitgestellte Konzept des Shared Memory können Prozesse bestimmte Bereiche ihres Adressraums teilen

• der Superuser kann Adressräume fremder Prozesse beeinflussen

Dateisystem:

• hierarchisch: Verzeichnisse und Dateien

• einheitliche Baumstruktur beginnend bei der Wurzel (/)

• Dateizugriff über relative und absolute Pfade

• kein Laufwerkskonzept wie bei DOS/Windows

• Teilbäume im laufenden Betrieb montierbar/demontierbar

• Teilbaum: Dateisystem auf Festplatten-Partition, CD/DVD, Diskette, entferntem Rechner, USB-Stick, ...

• VFS (Virtual File System) bietet eine einheitliche Schnittstelle zu verschiedenen Dateisystem-Typen

• über Gerätedateien (/dev) ist eine geräteunabhängige Ein-/Ausgabe möglich

• Gerätedateien: Schnittstellen zu den Gerätetreibern

Dateitypen:

• reguläre Dateien (durch Applikationen interpretierter Byte-Strom)

• Verzeichnisse

• symbolische Links (Verweise)

• benannte Pipes

• UNIX-Domain-Sockets

• Gerätedateien (für zeichen- oder blockorientierte Geräte)

Beispiel für einen Dateibaum:

Linux unterstützt eine Vielzahl von Dateisystem-Typen. z.B.:

• Ext2, Minix

• mit Journaling: Ext3, ReiserFS, JFS, XFS

• DOS/Windows: VFAT (FAT16/FAT32 mit langen Filenamen),
  NTFS (standardmäßig lesend; teilweise auch schreibend)

• CD/DVD: ISO9660

• Netzwerk: NFS, SMB/CIFS, AFS, ...

Zugriffsrechte im Dateisystem:

• Datei/Verzeichnis hat UID/GID

• jeweils 3 Rechte für Eigentümer, Gruppe und Welt (others):

  r	Read	lesen
  w	Write	schreiben
  x	eXecute	Datei: als Programm ausführen Verzeichnis: hineinwechseln/hinabsteigen

• Sonder-Bits: Set-UID, Set-GID, Sticky

umfangreiche Netzwerk-Unterstützung:

• breite Palette von Internet-/IP-basierten Anwendungen, z.B.

  • WWW: HTTP/HTTPS

  • E-Mail: SMTP, IMAP, POP

  • News: NNTP

  • Zeitsynchronisation: NTP

  • entfernte Rechnernutzung: Secure Shell, Telnet, X11

  • Dateitransfer: FTP, SCP/SFTP

  • Netzwerk-Dateisysteme: NFS, AFS, SMB/CIFS

  • Audio- und Videokonferenzen

• verschiedene Zugangstechniken, z.B.:

  • Ethernet

  • Analog-Modem

  • ISDN

  • DSL

  • WLAN

• Novell-Unterstützung: IPX/NCP

• "Low Level Packet Interface": Schnittstelle für den direkten Zugriff auf Schicht 2 (z.B. Ethernet) durch Sockets vom Typ PF_PACKET;
  ermöglicht Netzwerk-Diagnosen, aber auch Hacker-Tools

System-Konfiguration durch reine Text-Dateien:

• keine zentrale Registry, sondern einzelne Konfigurationsdateien bzw. Skripte

• haben meist einfaches und klar dokumentiertes Text-Format

• gestattet manuelle oder automatische Pflege (unter Nutzung von Skripten)

• zentrale Konfigurationsdateien oft unter /etc

• nutzerbezogene Konfigurationsdateien im Homeverzeichnis des Nutzers, typischerweise in Punktdateien/-verzeichnissen (der Name beginnt mit einem Punkt, z.B. .bashrc)

• Software-Installationsprozess daher sehr transparent

• Software-Installationen lassen sich in der Regel einfach auf andere Systeme verlagern bzw. nach Plattencrash reinstallieren, da man nur Dateien kopieren muss