© Phawat khommai, 123RF

Aufgewacht – jetzt ist die richtige Zeit dafür: Klaus Knopper bringt sein Knoppix 8.5 Linux-Magazin Edition heraus und gewährt gleich kurzweilige Einblicke ins Räderwerk und beschreibt die neuen Features, für die er in den letzten Monaten manche Unruhe in Kauf genommen hat.

Die Cebit ist Geschichte, die jährliche Exklusiv-Ausgabe des Knoppix-Livesystems existiert weiter. Viele Jahre hatte ich auf der Open-Source-Bühne in Hannover meine Distribution vorgeführt, doch schon letztes Jahr kam der Open-Source-Park nicht mehr zustande – vielleicht ein Sinnbild für das bevorstehende Ende der ganzen Computermesse. Nun haben das Linux-Magazin und ich die Chemnitzer Linux-Tage ausgesucht, um Knoppix 8.5 vorzustellen und vorzuführen (siehe Kasten “Bühne frei!”).

Seit fast 20 Jahren erscheint etwa halbjährlich meine Zusammenstellung von GNU/Linux-Software unter dem Namen Knoppix (Knoppers Unix System). Das System ist so ausgelegt, dass es ohne Installation von DVD, USB-Flashdisk oder übers Netzwerk fertig konfiguriert sofort läuft. Das Software-Set eignet sich beispielsweise zum Arbeiten, Surfen im Internet, Spielen, Unterrichten, Lernen, Programmieren und Retten von Daten defekter Betriebssysteme.

Debian-Pakete-Mix als Grundlage

Die Version 8.5.0 ([1], Abbildung 1) habe ich im Auftrag des Linux-Magazins wie in den letzten Jahren zusammengestellt, nur diesmal zeitlich passend zu den Chemnitzer Linux-Tagen. Sie basiert in dieser Ausgabe auf der Next-Generation-Version des Debian-Zweigs Testing (Codename Buster). Die Vorab-Zweige nehme ich in erster Linie in Anspruch wegen der neueren Grafikbibliotheken, die für aktuelle Hardware notwendig sind, und der aktuellen Desktop-Programme.

Um eine möglichst breite Hardware-Unterstützung zu erreichen, verwende ich den (bei Redaktionsschluss) kürzlich erschienenen Kernel 4.20.6 sowie Xorg 7.7 (Core 1.20.3). Als optisches Schmankerl und komfortable Erweiterung zur sehr flott startenden Desktopoberfläche LXDE dient der 3-D-Compositor Compiz 0.9.13.1 (Abbildung 2).

Abbildung 1: Egal ob von DVD oder USB-Stick gebootet: Das (nicht nur) im deutschsprachigen Raum populäre Live-Linux Knoppix kommt exklusiv nun als Version 8.5 zu den Linux-Magazin-Lesern.

Abbildung 2: Mit Compiz gerät das Umschalten zwischen den virtuellen Desktops zum 3-D-Ereignis.

Bootoptionen als Notnagel

Normalerweise benötigt Knoppix keine Bootoptionen, um die vorgefundene Hardware inklusive Grafikkarte zu erkennen und das System optimal zu konfigurieren, es enthält eine Art “künstlicher Intelligenz”, um je nach Situation zu entscheiden, welche Einstellungen zu einem Computer passen müssten, worüber es auf den Chemnitzer Linux-Tagen auch einen Vortrag gibt.

Die zunehmende Anzahl verschiedener Chipsätze, die nicht alle im Fehlerfall sauber aussteigen, sondern mitunter zum Aufhängen eines Softwaremoduls führen, macht es aber manchmal doch notwendig, das eine oder andere Feature oder eine einzelne Komponente – diagnostisch und vorübergehend – abzuschalten, um zum regulären Desktop durchzustarten oder das System näher zu untersuchen. Dazu tippt der Benutzer hinter dem Bootprompt (Abbildung 3) »knoppix64« (bei aktuellen 64-Bit-CPUs) oder »knoppix« (bei älteren 32-Bit-Computern) für den Linux-Kernel, gefolgt von den gewünschten Optionen.

Häufig verwendete Bootoptionen nennt gleich die Boot-Hilfe, abrufbar mit [F2]+ oder [F3], andere sind in der Textdatei »KNOPPIX/knoppix-cheatcodes.txt« aufgelistet. Klemmt etwa der Desktop, wenn der 3-D-Windowmanager Compiz starten soll, helfen oft die Bootoptionen »knoppix nocomposite« oder »knoppix no3d«. Die eine schaltet die Composite-Erweiterung des Grafiksubsystems ab, die andere verhindert nur den Start der Compiz-Erweiterung für den Desktop.

Umgekehrt kann der Benutzer für Grafikkarten, die eigentlich nicht schnell genug für Compiz sind, also automatisch mit der flachen Windowmanager-Alternative Metacity starten würden, mit der Option »knoppix 3d« die 3-D-Oberfläche mit Software-Rendering erzwingen.

So habe ich, auf Anregung von Jan vom Linux-Magazin, eine neue Bootoption in Knoppix 8.5 eingeführt, die das “Antippen als Mausklick”-Feature eines Touchpad wieder einschaltet: »knoppix64 enabletap«. Das ist sonst unter Knoppix hart abgeschaltet, weil ich selbst das Klicken auch beim versehentlichen Berühren des Touchpads absolut nicht leiden kann.

Abbildung 3: Auf dem Bootprompt lassen sich besondere Parameter eintragen.

Hybrides USB-Image

Heute installieren die meisten Anwender Knoppix nach dem ersten Start auf einem USB-Stick (8 GByte oder größer, USB 3.0 empfohlen), statt immer von DVD zu starten. Denn obwohl ich das ISO durch eine Sortlist fürs DVD-Lesen optimiert habe – das reduziert das sehr langsame Positionieren des Laser-Lesekopfs –, beschleunigt Flashmemory den Startvorgang und das Arbeiten mit Knoppix um mindestens den Faktor fünf, sodass Startzeiten vom Laden des Kernels bis zum kompletten Desktop inklusive Compiz unter 15 Sekunden möglich sind, einigermaßen moderne Computerhardware und einen schnellen USB-Stick oder SD-Kartenleser vorausgesetzt.

Wie schon mit der Knoppix-Version 8.0 in der Cebit-Version 2017 begonnen, kommt auch Version 8.5 in Gestalt eines Hybrid-Image zu seinen Benutzern. Deshalb dürfen diese das DVD-Image mit »dd« (Linux) oder Etcher (Windows, [2]) 1:1 auf einen USB-Stick kopieren. Der Stick ist automatisch bootfähig. Das Unterfangen ergibt insbesondere für die mittlerweile vielen Notebooks Sinn, die kein DVD-Laufwerk besitzen.

Wer dagegen ein DVD-Laufwerk in seinem Rechner hat, kann mit dem Programm »flash-knoppix« (Menü »Knoppix | Knoppix auf Flash kopieren«) bequem das DVD-Image auf einen USB-Stick flashen. Neben dem Flash-bedingten Geschwindigkeitsvorteil eröffnet sich Benutzern so auch die Möglichkeit, eigene Einstellungen sowie zusätzlich installierte Software persistent zu speichern. Flash-knoppix formatiert die erste Partition auf FAT 32 und damit schreib- und änderbar, inklusive der Bootoptionen in »boot/syslinux/sysl*.cfg«.

Achtung: Aufgrund der Eigenschaften des Hybrid-Layouts zeigen Computer, die UEFI als Bootverfahren eingestellt haben, die DVD zwar als UEFI-Laufwerk an, diese ist aber in der Regel nicht in diesem Modus bootfähig. Die auf USB-Stick kopierte Variante, egal ob per »dd« oder »flash-knoppix« erzeugt, ist dagegen sowohl UEFI- als auch Secure-Boot-bootfähig.

Eine versteckte Partition des Hybrid-Image beziehungsweise die FAT-32-Partition des per »flash-knoppix« erzeugten USB-Sticks beherbergt die für UEFI-Boot benötigten Dateien. Für Konstellationen, bei denen PCs nicht vom USB-Port starten wollen, zeigt der Kasten “EFI und hybrides Booten” einige Optionen.

Das per »flash-knoppix« voll beschreibbare System auf dem Ziel-USB-Laufwerk besitzt zudem die Option, die im Zuge der Knoppix-Benutzung selbst angelegten persönlichen Daten automatisch zu verschlüsseln, so bleiben Zugangsdaten und Passwörter auf dem USB-Stick vor fremden Augen gut geschützt.

Multi-bittig und ohne Systemd-Gedöns

Für Systeme mit 64-Bit-CPUs startet – automatisch erkannt oder mit der Bootoption »knoppix64« – Linux 4.20.6 als 64-Bit-Kernel, jedoch mit einem 32-Bit-Userspace. Das macht auch Systemreparaturen in 64-Bit-Umgebungen per »chroot« möglich, aber dennoch gelingt der Start auch auf älteren 32-bittigen Computern. Zudem nutzen die 32-Bit-Versionen der installierten Programme den verfügbaren Platz der DVD besser aus und sind außer bei sehr rechenintensiven Aufgaben nicht langsamer ihre 64-Bit-Äquivalente.

Das Startskript »knoppix-autoconfig«, das die Hardware erkennt und den Parallelstart wichtiger Systemkomponenten steuert, bleibt das Rückgrat von Knoppix’ Bootsystem.

Das immer noch kontrovers diskutierte und durch einige Sicherheitslücken gerade in jüngster Zeit etwas in Verruf gekommene Startup-System Systemd, das Debian seit Jessie als Standard ansieht, ist seit Knoppix 8.5 nun endgültig deinstalliert. Harte Abhängigkeiten zum Bootsystem umgehe ich durch eigene Pakete.

Um dennoch ein Systemd-ähnliches Session-Management zu bekommen und damit die Möglichkeit zu behalten, das System als Normalbenutzer auch herunterzufahren und erneut zu starten, lasse ich stattdessen den Session-Manager »elogind« laufen. Dies umgeht den Eingriff von Systemd in viele Systemkomponenten und verringert die Komplexität des Gesamtsystems. Wer eigene Dienste beim Hochfahren starten will, braucht auch keine Systemd-Units anzulegen, sondern trägt sie einfach in die Textdatei »/etc/rc.local« ein, sie enthält erklärende Beispiele dazu.

Wider Meltdown und Spectre

Sicherheit und Schutz der Privatsphäre besitzen Top-Priorität in Knoppix’ Architektur. Das beginnt beim Kernel: Die unter den Namen Meltdown und Spectre Anfang 2018 bekannt gewordenen Fehler in fast allen Prozessoren habe ich in Knoppix 8.5 durch Workarounds im Kernel (Page Table Isolation und Retpoline-Compiler als Härtung) sowie Aktualisierung betroffener Bibliotheken und Programme unschädlich gemacht.

Das Testprogramm »spectre-meltdown-checker« zeigt einerseits, ob die CPU im Rechner von dem Fehler betroffen ist, andererseits aber auch, dass im Linux-Kernel die Mechanismen zur Umgehung der Fehler Page Table Isolation (PTI) und Retpoline (eine neue Option im C-Compiler) aktiviert sind. Abgesehen hiervon laufen unter Knoppix keine Hintergrunddienste, die durch einen Angriff von außen über den CPU-Fehler Daten im Speicher ausspionieren könnten.

Sicherheit auch auf allen anderen Ebenen

Im Userspace von Knoppix sind alle Benutzerzugänge gesperrt, es gibt keine Hintertüren oder Standardpasswörter – nicht mal für den unprivilegierten Benutzer »knoppix«. Deshalb zeigt Knoppix nach dem Booten auch keinen Login-Bildschirm an. Wer einen Screenlocker startet, sperrt sich praktisch sogar aus, da es kein gültiges Passwort zum Entsperren gibt.

Daher habe ich das Absperren des Bildschirms beim Schließen des Notebook-Displays oder bei Inaktivität abgeschaltet. Der ansonsten unprivilegierte Standardbenutzer »knoppix« kann jedoch mit »sudo« ohne eine Passwortabfrage zur Root-ID wechseln, Passwörter festlegen, Systemdienste starten, Software installieren und so weiter.

Selten viel oder oft wenig schreiben?

In Hinblick auf die Lebensdauer von Flashspeicher hatte ich bisher eine Verzögerung von 30 Sekunden beim Schreiben von Änderungen in der USB-Variante eingeschaltet. Das heißt, es laufen jeweils 30 Sekunden lang alle Änderungen am Dateisystem im RAM des Computers ab, bevor das System sie am Stück auf den Datenträger schreibt.

Lehrer haben sich bei mir gemeldet und berichtet, dass gelegentlich Schüler Daten auf Knoppix-Sticks verloren haben, weil sie beim Abspeichern ihrer Arbeit gegen Unterrichtsende die USB-Sticks einfach vom Rechnern abgezogen haben, statt den Computer richtig herunterzufahren und zugleich alle Daten zuverlässig zu speichern – was das einzig richtige Verhalten wäre.

In diesem Schul-Szenario, bei dem die Ursache des Datenverlusts eigentlich nicht bei Knoppix liegt, spielt die Verzögerung beim Speichern aber trotzdem hinein: Für den Benutzer ist es nicht intuitiv, dass Anwendungen optisch signalisieren, sie hätten die Userdaten gerade gespeichert, das System darunter jedoch bewusst eine ganze Zeit lang in einem Blockpuffer zwischenlagert und erst dann tatsächlich physisch auf dem Medium speichert.

Unabhängig davon habe ich selbst festgestellt, dass vor allem bei langsamen USB-Sticks das längere Delay beim Sammeln zu schreibender Daten nicht nur Vorteile bietet, sondern dazu führen kann, dass sich sehr viele Daten im Speicher ansammeln. Kommt dann endlich das Signal zu Schreiben, bleibt das ganze System für längere Zeit einfach stehen, bis alle aufgelaufenen Daten gespeichert sind. In der Netzwerktechnik beschreibt man das scheinbar paradoxe Phänomen der Verlangsamung des Systems durch die exzessive Pufferung von Daten im schnellen RAM auch als Bufferbloat.

Nach etwas Herumrechnen war ich überzeugt, dass eine Verkürzung des Intervalls zum Speichern von 30 auf nur 3 Sekunden die Lebensdauer des Flashspeichers auch nicht mehr wesentlich beeinträchtigt. Zunächst gehe ich von der Haltbarkeit eines normalen USB-Sticks von drei bis fünf Jahren aus. (Länger hält die Isolationsschicht vieler Speicherzellen eines NAND-Flash unabhängig vom Benutzungsgrad kaum.)

Dank des Wear Leveling des integrierten Controllers, der intern die Reihenfolge der geschriebenen Segmente so umsortiert, dass er die Schreibzyklen auf die vorhandenen Flashblöcke gleichmäßig verteilt, lässt sich einfach kalkulieren, dass selbst verkürzte Schreibintervalle und die damit verbundenen viel häufigeren Schreibvorgänge die drei bis fünf Jahre natürliche Lebenszeit nicht verkürzen können.

Deshalb lasse ich Knoppix 8.5 nach dem Speichern nur 3 statt wie bisher 30 Sekunden warten, bis es die Daten tatsächlich auf dem Stick schreibt. Dies sollte die Probleme mit Abzieh-bedingten Datenverlusten, defekten Dateisystem und Bufferbloats zur Seltenheit machen.

Lange Ausstattungsliste

Der größte Teil der Software-Installation bei Knoppix liegt mit einem eigenen Kernelmodul (»cloop«) komprimiert in Form von Dateisystem-Overlays auf der DVD, um die Distribution sehr umfangreich und für ein Linux-Anwendungssystem repräsentativ gestalten zu können. Knapp 4000 Debian-Softwarepakete passen so auf den Datenträger, zum Beispiel:

• Kernel 4.20.6 mit wenigen Patches: Cloop (Decompressing Loopback Device), AUFS (Another Union File System), Broadcom-STA-Wifi-Treiber.
• Hybrid-DVD/Flash-Layout, das nach der 1:1-Kopie die Overlay-Partition automatisch aktiviert.
• Remaster-Option für das Flashen personalisierter USB-Sticks mit komprimiertem Overlay-Image.
• LXDE, der schlanke Knoppix-Standarddesktop mit dem Dateimanager Pcmanfm 1.3.1.
• Gnome 3 (Bootoption »knoppix64 desktop=gnome«).
• KDE 5 (»knoppix64 desktop=kde«).
• Einfacher Desktop-Export via VNC und RDP.
• Barrierefreier Adriane-Desktop [3].
• Wine 4.0 als Pre-Release zum direkten Installieren und Ausführen von Windows-Programmen unter Linux, auch von solchen für Windows 10.
• Qemu-kvm 3.1 für die Paravirtualisierung.
• Privacy-Erweiterung Tor-Browser [4], startbar übers »Knoppix«-Menü.
• Webbrowser Chromium 72.0.3626.53, Firefox ESR (mit Long Term Support) 60.5.0, aufgerüstet mit dem Werbeblocker Ublock Origin sowie Noscript.
• Libre Office 6.1.5, Gimp 2.10.
• Mathematik/Algebra-Software für Lehrer zum Lösen von Gleichungssystemen et cetera: Maxima 5.42.1 mit direkter Integration von Maxima-Sessions in Texmacs zum Schreiben von Skripten im Unterricht.
• 3-D-Productivity-Software Blender 2.79, Freecad 0.18, Meshlab 1.3.2, Open Scad 2019.01 fürs 3-D-Prototyping, Slic3r 1.3 für das schichtweise 3-D-Drucken.
• Standard-Terminalemulator ist nun das angenehm umfangreiche Multifenster-Terminalprogramm Terminator ([5], Abbildung 4).

Virtualisierung und Container-Funktionen zum Experimentieren – zu finden im »Knoppix«-Menü (Abbildung 5) und als Shellstarter: »Knoppix in Knoppix – KVM« (Vollvirtualisierung), »Knoppix in Docker« (mit integrierter 64-Bit-Docker-Umgebung, [6], [7]), »Knoppix in Chroot« (baut Chroot-Container per Symlinks).

Abbildung 4: Gewalttätiger Name, gewaltige Funktionalität – das Terminalprogramm Terminator.

Abbildung 5: Knoppix-in-Knoppix mit KVM virtualisiert – seit vorigem Jahr ist das Matroschka-Prinzip dabei.

Noch einige Sahnetupfer

Auf freundlichen Wunsch der Linux-Magazin-Redaktion neu sind dabei:

• Videoschnitt und -Productivity: Kdenlive 18.12.1, Openshot 2.4.3, Photofilmstrip 3.7.1, Obs-studio 22.0.3.
• Mediathekview 13.0.1.
• Clients für Owncloud 2.5.1 und Nextcloud 2.5.1.
• E-Book-Manager Calibre 3.39.
• Game-Engine Godot3 3.0.6.
• Audio-Video-Transcoder: Ripperx 2.8.0, Handbrake 1.2.0.
• UPNP-Streaming per Gerbera 1.1.0.

Klar, dass die beiden Listen nur ein paar Highlights der Version 8.5 fassen. Knoppix war schon immer eine Einladung an Anwenderinnen und Anwender, selbst stöbern zu gehen.

Eine Tonstörung in Firefox ist behoben

In einer kontroversen Entscheidung [8] hatten die Firefox-Entwickler bereits 2017 die Unterstützung für das Linux-Audiosystem Alsa im Firefox-Webbrowser standardmäßig entfernt. Dies führte dazu, dass Firefox seither auch auf Youtube & Co. stumm blieb, sofern Pulseaudio nicht als Soundserver einspringen kann. Die Pulseaudio-Bibliotheken, die Knoppix natürlich an Bord hat, reichen Firefox allerdings nicht, Pulseaudio muss als Soundserver laufen.

Pulseaudio als Server zu starten erweist sich wiederum für andere Programme als kontraproduktiv, vor allem für die Sprachausgabe im barrierefreien Adriane-Desktop. Der Pulseaudio-Daemon tendiert nämlich dazu, bei Parallelzugriff mehrerer Programme die Audioschnittstelle exklusiv zu übernehmen.

Firefox’ Long-Term-Support-Variante, die die Debianer bauen, unterstützt zum Glück das normale Alsa-Soundsystem weiterhin – sie ist jetzt in Knoppix 8.5 enthalten. Ebenso erfreulich ist, dass auch in der kommenden Firefox-Version von Debian Unstable Alsa aktiviert bleibt, sodass die Firefox-Fans auch in der jeweils neuesten Version von Firefox zukünftig nicht mehr auf Sound verzichten müssen.

Mehr ist Programm

Einige Programme wie die Lernsoftware für Kinder Gcompris haben es aus Platzgründen nicht mehr auf die wirklich randvolle DVD geschafft. Wer eines vermisst, installiert es mit Hilfe von »knoppix-install-extras« nach (im Menü »Knoppix | Zusätzliche Programme installieren«, Abbildung 6) oder mit dem Debian-Standard-Paketmanager. (jk)

Abbildung 6: Wer ein Programm vermisst oder ein vorhandenes aktualisieren will, greift zu Knoppix’ Install-Extras-Utility.