Читать книгу UNIX bis Linux - Axel Bruns - Страница 4

UNIX ist ein Mehrbenutzer-Betriebssystem. Es wurde im August 1969 von Bell Laboratories zur Unterstützung der Softwareentwicklung entwickelt. Heute steht Unix allgemein für Betriebssysteme, die entweder ihren Ursprung im Unixsystem von AT&T (ursprünglich Bell Laboratories) haben oder dessen Konzepte implementieren. Maßgebliche Entwickler von Unix waren Ken Thompson und Dennis Ritchie, die es zunächst in Assemblersprache, dann in der von Ritchie entwickelten Programmiersprache C schrieben. Mit Unix wurden einige bis heute maßgebliche Konzepte der Informationstechnologie erstmals eingeführt, etwa das hierarchische, baumartig aufgebaute Dateisystem.

Die diversen auf Unix basierenden bzw. davon abgeleiteten Betriebssysteme sind heute zusammengenommen die meistverbreiteten Betriebssysteme für Computer und für viele Arten von elektronischen Geräten, die einen Computer enthalten. Dabei reicht die Einsatz-Bandbreite von Mobilgeräten wie Smartphones über Personal Computer und Webserver bis hin zu den größten Supercomputern. Ferner wird es als Embedded System in industriellen Mess- und Steuergeräten, in Geräten der Medizintechnik, Unterhaltungselektronik und elektronisch gesteuerten Gebrauchsgegenständen wie zum Beispiel Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen oder WLAN-Routern eingesetzt.

Systemfunktionen und -befehle von Unix konnten ursprünglich vom Anwender nur per Tastatureingabe über eine Kommandozeile aufgerufen werden, das Konzept der grafischen Benutzeroberfläche mit Fenstern und Mausbedienung war zur Entstehungszeit noch nicht bekannt. Daher gibt es keine standardisierte grafische Unix-Bedienoberfläche, sondern eine Anzahl von später entwickelten Varianten wie Gnome und KDE, von denen viele auf dem X Window System aufbauen. Bei vielen Anwendern wie professionellen Programmierern und Systemadministratoren ist die Kommandozeile nach wie vor die bevorzugte Bedienschnittstelle. Unix-Varianten für Mobilgeräte wie Smartphones und Tablet-PCs, darunter Apple iOS und Android, verwenden eigene Bedienkonzepte. Dabei ist der Zugriff auf Kommandozeile und Dateisystem meist komplett gesperrt.

Da UNIX eine eingetragene Marke der Open Group ist, dürfen nur zertifizierte Systeme den Namen UNIX führen. Dementsprechend nutzt man in der Fachliteratur üblicherweise UNIX (in Großbuchstaben oder Kapitälchen) zur Kennzeichnung „zertifizierter Systeme“, während Unix als Bezeichnung für unixartige Systeme verwendet wird.

Unixartige Systeme können in Unix-Derivate und unixoide Systeme eingeteilt werden. Zu den Unix-Derivaten zählen z. B. die BSD-Systeme, HP-UX (Hewlett-Packard), DG/UX (Data General), AIX (IBM), IRIX (Silicon Graphics), UnixWare (SCO Group), Solaris (Oracle) und Mac OS X (Apple). Andere Systeme wie Linux oder QNX sind im historischen Sinne keine Unix-Derivate, da sie nicht auf dem ursprünglichen Unix-Quelltext basieren, sondern separat entwickelt wurden. Sie werden als „unixoide“ Systeme bezeichnet, weil sie die für Unix typischen Betriebssystemfunktionen (POSIX) als Programmierschnittstelle (API) implementieren. Einen Sonderfall stellt BSD dar, das zwar ursprünglich auf Bell-Labs-Quelltexten beruhte, seit Mitte der 1990er jedoch von einer losen Gemeinschaft von Programmierern vollständig umgeschrieben wurde, so dass es mittlerweile frei von dem ursprünglichen, urheberrechtlich geschützten Programmcode ist.

Ursprünglich hauptsächlich im universitären Bereich verbreitet, wurde es ab den 1980er und 1990er Jahren vor allem in professionellen Workstations und auf Servern eingesetzt. Mit Linux, Mac OS X und als Grundlage mehrerer verbreiteter Betriebssysteme für Mobilgeräte erreichte es ab etwa den 2000er Jahren auch den Massenmarkt für Privatnutzer. Die beiden meistverbreiteten Betriebssysteme für Smartphones und Tablet-Computer, Apple iOS und Android, basieren auf Unix. Im September 2013 waren allein über eine Milliarde Android-Geräte weltweit aktiviert. Für 2013 prognostizierte das Marktforschungsunternehmen Gartner-Group, dass erstmals mehr Android-basierte Systeme als PCs mit Microsoft Windows verkauft würden. Zudem gewann Linux größere Bedeutung als quelloffenes Betriebssystem für Unternehmensanwendungen und als Embedded System für elektronische Geräte wie WLAN-Router oder Geräte der Unterhaltungselektronik.

Da das auf Unix basierende Linux sehr flexibel angepasst und optimiert werden kann, hat es sich auch in Rechenzentren stark verbreitet, in denen speziell angepasste Versionen auf Großrechnern, Computerclustern oder Supercomputern laufen. In der TOP500-Liste der schnellsten Computersysteme (Stand Juni 2012) werden insgesamt 462 ausschließlich unter Linux betriebene Systeme und 11 teilweise (CNK/SLES 9) unter Linux betriebene Systeme aufgelistet. Damit laufen 92,4 % vollständig und 94,6 % zumindest teilweise unter Linux. Fast alle anderen Systeme werden unter Unix oder Unix-artigen Systemen betrieben. Der im Desktop-Bereich größte Konkurrent Windows spielt im Bereich der Höchstleistungsrechner mit 2 Systemen (Platz 94 und 156) kaum eine Rolle (0,4?%). Im Juni 2011 waren es noch 4 Systeme (darunter Platz 40), die unter Windows betrieben wurden.

Der Unix-Kernel hat über Gerätetreiber allein Zugriff auf die Hardware und verwaltet Prozesse. Daneben stellt er das Dateisystem zur Verfügung, in modernen Varianten zusätzlich den Netzwerkprotokollstapel. Systemaufrufe aus Prozessen dienen zum Starten (Systemaufrufe fork, exec) und Steuern von weiteren Prozessen sowie zur Kommunikation mit dem Dateisystem. Zugriffe auf die Gerätetreiber werden als Zugriffe auf „spezielle Dateien“ (Gerätedateien) im Dateisystem abgebildet. Dadurch werden Dateien und Geräte aus Sicht der Prozesse und damit der Anwendungsprogramme so weit wie möglich vereinheitlicht (Systemaufrufe open, read, write, usw).

Eine Vielzahl von Programmen inklusive eines C-Entwicklungssystems und eines Textsatzprogrammes (troff) vervollständigen das System.

Das Dateisystem ist als hierarchisches Verzeichnis mit beliebigen Unterverzeichnissen organisiert, ein damals neues Konzept, das heute überall selbstverständlich ist. Wurzelverzeichnis (Rootverzeichnis) dieser Hierarchie ist das Verzeichnis „/“. Eines der Grundkonzepte von UNIX ist, auch Disketten- und CD-Laufwerke, weitere Festplatten des eigenen Rechners oder fremder Rechner, Terminals, Bandgeräte und andere special files im Dateisystem abzubilden (Gerätedateien, Dateien, die scheinbar die Daten eines Laufwerks enthalten und beim Lesen „ausgeben“) anstatt wie einige andere Betriebssysteme (u. a. VMS, MS-DOS, Microsoft Windows) dafür separate Verzeichnishierarchien unterhalb sog. „Laufwerksbuchstaben“ anzulegen. „Alles ist eine Datei“ ist ein Grundprinzip von Unix. Dieser verallgemeinerte Dateibegriff gehört zum Wesen von UNIX und ermöglicht eine einfache, einheitliche Schnittstelle für die verschiedensten Anwendungen. In manchen UNIX-Derivaten werden selbst Prozesse und deren Eigenschaften auf Dateien abgebildet (proc-Filesystem).

Der Kommandointerpreter, die Shell, – unter Unix ein normaler Prozess ohne Privilegien – sowie zahlreiche Standardkommandos ermöglichen dem Anwender eine einfache Ein-/Ausgabeumleitung in Dateien, und über Pipes die Kommunikation zwischen Prozessen.

Eine große Sammlung von einfachen Kommandos, der UNIX-Werkzeugkasten, kann so mit Hilfe der Programmiermöglichkeiten des Kommandointerpreters kombiniert werden und komplizierte Aufgaben übernehmen. Durch die Kombinierbarkeit der größtenteils standardisierten Werkzeuge wird häufig vermieden, dass man für „Einmalaufgaben“ oder einfachere Administrationsarbeiten jeweils spezialisierte Programme schreiben muss, wie dies in anderen Betriebssystemen häufig der Fall ist.

Zu den wichtigen Merkmalen eines typischen Unixsystems gehören: hohe Stabilität, Multiuser, Multitasking (mittlerweile auch Multithreading), Speicherschutz und virtueller Speicher (zuerst implementiert in der BSD-Linie), IP-Netzwerkunterstützung (ebenfalls zuerst in der BSD-Linie), hervorragende Scriptingeigenschaften, eine voll ausgebaute Shell und eine Vielzahl von Werkzeugen (die Unix-Kommandos) und Daemonen. Betriebssysteme von Unix-Workstations sowie Unix-Derivate enthalten in der Regel eine grafische Benutzeroberfläche basierend auf X11.

Unix ist historisch eng mit der Programmiersprache C verknüpft – beide verhalfen einander zum Durchbruch, und so ist C auch heute noch die bevorzugte Sprache unter Unix-Systemen.

Das System erhielt ursprünglich von einem Mitarbeiter den Namen Unics, ein Akronym von Uniplexed Information and Computing Service und eine Anspielung auf Multics. Wie später die kürzere Schreibweise des Ausklangs als einzelner Buchstabe „x“ entstand, ist unklar.]

Ob die Schreibweise Unix oder stattdessen UNIX richtig ist, wird schon lange diskutiert. Geschichtlich ist die Schreibweise Unix die ältere, die Schreibweise UNIX tauchte erst später auf – aus rein ästhetischen Gründen. Heute haben sie unterschiedliche Bedeutungen: In der Fachliteratur verwendet man üblicherweise Unix als Bezeichnung für unixartige Systeme, während man UNIX zur Kennzeichnung zertifizierter Systeme nutzt. Als Plural ist im Deutschen „Unixe“ und das an die 3. Deklination des Lateinischen angelehnte „Unices“ im Gebrauch, im Englischen „Unixes“ und ebenfalls „Unices“.

Ken Thompson erstellte 1969 die erste Version von Unix in Assemblersprache auf der DEC PDP-7 als Alternative zu Multics. Als eines der ersten Programme für den neuen Kernel schrieb Thompson zusammen mit Dennis Ritchie das Spiel Space Travel, um auszuloten, welche Schnittstellen sie benötigen. 1972–1974 wurde das Betriebssystem komplett neu in C implementiert und gemeinsam mit einem C-Compiler kostenfrei an verschiedene Universitäten verteilt (AT&T durfte als staatlich kontrollierter Monopolist in der Telekommunikationsbranche keine Software verkaufen) – daraus entwickelte sich u. a. an der Universität von Kalifornien in Berkeley die BSD-Linie von Unix. Erst Ende der 1970er Jahre versuchte AT&T schließlich selbst, Unix gewinnbringend zu vermarkten, woraus die System-V-Linie von Unix entstand. In den 1980er Jahren wurde Unix zum dominierenden Betriebssystem an den Universitäten und es existierte eine Fülle verschiedenster Unix-Derivate, die alle in irgendeiner Form von den beiden Hauptlinien BSD oder System-V abstammten. Als Reaktion darauf erhob sich der Ruf nach Standardisierung.

Jeder Hersteller änderte und erweiterte das System in den 1980er Jahren nach eigenen Vorstellungen. Es entwickelten sich Versionen mit unterschiedlichen Fähigkeiten, Kommandos, Kommandooptionen und Programmbibliotheken. Um 1985 begann die IEEE zunächst, die Schnittstellen für Anwendungsprogramme zu standardisieren. Daraus entwickelte sich der Standard IEEE 1003, der auf Anregung von Richard Stallman POSIX genannt wird. Er besteht heute aus etwa 15 Dokumenten, die sich mit allen Aspekten von Unix-Systemen wie dem Kommandozeileninterpreter (POSIX schreibt zwingend die Korn Shell vor), den Unix-Kommandos und deren Optionen, der Ein-/Ausgabe und anderem befassen.

Die Preise der IEEE für die POSIX-Dokumentation sind sehr hoch, die Veröffentlichung ist durch Urheberrecht untersagt. In neuerer Zeit ist deshalb eine Tendenz zum Single Unix Specification-Standard der Open Group zu verzeichnen. Dieser Standard ist offen, im Internet frei verfügbar und akzeptiert Vorschläge von jedem.

Bis Unix V7 1979 erschien, wurde der Quellcode von Unix gegen Erstattung der Kopier- und Datenträgerkosten an Universitäten verteilt. Unix hatte damit den Charakter eines freien, portablen Betriebssystems. Der Code wurde in Vorlesungen und Veröffentlichungen verwendet und konnte nach eigenen Vorstellungen geändert und ergänzt werden. Die Universität Berkeley entwickelte eine eigene Distribution mit wesentlichen Erweiterungen, die Berkeley Software Distribution (BSD).

In den frühen 1980er Jahren beschloss AT&T, Unix zu vermarkten; der AT&T-Quellcode durfte ab diesem Zeitpunkt nicht mehr öffentlich zugänglich gemacht werden. Auch die Verwendung in Vorlesungen etc. war ausgeschlossen. Für auf BSD basierende Systeme wurden – da ein Teil des Codes von AT&T stammte – hohe Lizenzgebühren erhoben.

Viele Firmen lizenzierten den UNIX-Quellcode und brachten ihre eigenen Varianten auf den Markt, selbst Microsoft hatte mit Xenix einige Zeit ein Unix im Angebot. Siemens adaptierte Xenix 1984 zu einem deutschen Unix namens Sinix.

Die Nichtverfügbarkeit des Quellcodes veranlasste Richard Stallman, 1983 das GNU-Projekt („GNU’s Not Unix“) ins Leben zu rufen. Ziel des Projekts war die Schaffung eines freien Unix-kompatiblen Betriebssystems. Bis 1990 hatte das Projekt alle wesentlichen Teile – inklusive des GNU-C-Compilers (gcc) – entwickelt, jedoch mit Ausnahme des Kernels.

1987 erschien das Lehrsystem Minix, entwickelt von Andrew S. Tanenbaum an der Freien Universität Amsterdam. Minix war ein Unix-Klon mit Mikrokernel, C-Compiler, Texteditor und vielen Kommandos, das als relativ anspruchsloses System auch auf schwacher PC-Hardware lief. Der Quellcode war Teil des Lieferumfangs. Es war zwar kommerziell und proprietär, hatte aber einen sehr niedrigen Preis. Wie vormals Unix diente dieses System vielen als Ausgangspunkt für eigene Experimente.

1991 arbeitete der Student Linus Torvalds an einem Terminalemulator, mit dem er auf einen Uni-Computer zugreifen wollte. Mit der Zeit baute er einen Dateisystem-Zugriff und viele andere nützliche Features ein. Bald bemerkte er, dass er mehr als einen Terminalemulator programmierte. Den Quelltext veröffentlichte er in der Newsgroup comp.os.minix als Kernel, das auf einem Intel 386er-PC lauffähig sein sollte. Zuerst sollte sein Projekt Freax heißen. Da der Administrator der Universität ihm als Login für sein FTP-Repository „Linux“ vergab, benannte er das Projekt nach diesem. Im Quelltext der Version 0.01 von Linux kommt noch der Name Freax vor („Makefile for the FREAX kernel“).

1992 erschien mit 386BSD von Bill und Lynne Jolitz ein weiteres freies System für 80386-Prozessoren. Es bestand aus einem Patch für die nicht von AT&T stammenden freien Teile der BSD-Distribution und bildete ein weiteres freies, sehr fortgeschrittenes Betriebssystem für Intel-Prozessoren.

1994 veröffentlichte Berkeley mit 4.4BSDLite die letzte Version ihrer Distribution, die von AT&T-Quellcode befreit war. Dieses bildete zusammen mit 386BSD die Grundlage für NetBSD, FreeBSD und kurz darauf OpenBSD.

Mac OS X ist ein 2001 von Apple vorgestellter Nachfolger des NeXTStep-Systems. Als Basis dient ein XNU genannter Hybrid-Kernel, der aus einem Mach-Microkernel und Teilen des FreeBSD-Kernels besteht. Das Basissystem namens Darwin enthält außerdem von BSD stammende Programme, die in einer Unix-artigen Umgebung erwartet werden. Die Entwicklung von Darwin wurde unter die quelloffene Lizenz Apple Public Source License gestellt, welche in der Version 2.0 als Lizenz freier Software von der Free Software Foundation anerkannt wurde. Zusammen mit unter proprietären Lizenzen veröffentlichten Systemteilen wie der Arbeitsumgebung Aqua bildet Darwin Mac OS X. Seit Version 10.5 Leopard ist Mac OS X als echtes Unix-System von der Open Group zertifiziert.

Seit 2005 ist auch Solaris (Version 10) in der jeweils aktuellen Fassung für die gebührenfreie Benutzung erhältlich. Solaris läuft auf 32-Bit- und 64-Bit-Prozessoren (x86/AMD64, EM64T) von AMD und Intel sowie auf 64-Bit-Systemen mit Suns UltraSPARC. Für Zugriff auf Quellen und Mitarbeit inklusive Erweiterung ist es in der Fassung OpenSolaris erhältlich, die sich funktionell nicht von der Binärversion unterscheidet.