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Einfache Installation, viele Varianten und eine große Community – das sind nur einige der Vorteile, die das offizielle Betriebssystem des Raspberry Pi bietet.

Der Raspberry Pi feierte 2022 seinen zehnten Geburtstag. Die ersten Platinen des populären Single-Board-Computers gingen am Schalttag des Jahres 2012 über den Ladentisch. Anlässlich des zehnjährigen Jubiläums vermeldete die Raspberry Pi Foundation über 45 Millionen verkaufte Geräte aller Generationen und Varianten. Damit gehört der Raspberry Pi zu den meistverkauften Computern der Geschichte und hat einen Platz im Museum neben Klassikern wie dem C-64 oder dem Apple Macintosh sicher.

Beim Start gab es für das junge Projekt jedoch noch kein offizielles Betriebssystem. Das folgte erst in Form von Raspbian, das sich Mitte 2012 aus der Community heraus als inoffizieller Debian-Fork entwickelte und im September 2013 von der Foundation adoptiert wurde. Nach mehreren Iterationen firmiert Raspbian inzwischen unter der Bezeichnung Raspberry Pi OS oder kurz Pi OS. Der Namenswechsel begründet sich unter anderem damit, dass die seit Februar 2022 verfügbare 64-Bit-Variante direkt auf Debian 11 “Bullseye” aufsetzt.

Inzwischen unterstützen auch die etablierten Distributionen wie Debian, Ubuntu, Fedora und OpenSuse den Raspberry Pi. Das offizielle Pi OS hat aber nach wie vor seine Vorteile. Wir werfen einen Blick auf das seit zehn Jahren entwickelte OS und seine letzten Neuerungen.

Varianten

Die Foundation bietet Raspberry Pi OS in verschiedenen Varianten an. Neben Images mit einer grafischen Desktop-Umgebung und zusätzlicher Software gibt es mit Raspberry Pi OS Lite eine Variante ohne grafischen Desktop. Die 64-Bit-Version erfordert mindestens einen Raspberry Pi der dritten Generation, den in eine Tastatur integrierten RasPi 400 oder das Compute Module 3, ebenso eignet sich der kompakte Zero 2W. Für alle anderen RasPis bis zurück zur ersten Generation pflegt die Foundation weiterhin die 32-Bit-Variante des Betriebssystems.

Für spezielle Use Cases gibt es als Alternative noch eine Legacy-Variante des Systems. Sie basiert weiterhin auf Debian 10 “Buster” und verzichtet auf eine 64-Bit-Version. Für Tests stellt das Projekt zudem mit dem Raspberry Pi Desktop noch eine Variante bereit, die sich in Form eines ISO-Images auf klassischen PCs und Notebooks installieren lässt. Sie wurde allerdings noch nicht auf die aktuelle Debian-Basis aktualisiert und fristet eher ein Schattendasein. Das letzte Update dafür gab es Mitte Januar 2021.

Installation

Um die Installation von Raspberry Pi OS möglichst leicht zu gestaltet, bietet die Foundation den Nutzern das Image-Tool RasPi Imager an [1]. Es lädt automatisch das gewünschte System aus dem Netz und kopiert es auf die ausgewählte SD-Speicherkarte (Abbildung 1). Neben Pi OS integriert der Imager auch andere Distributionen wie das Kodi-Mediacenter LibreELEC oder die Spieleplattform RetroPie. Seit Februar 2022 lässt sich der RasPi Imager direkt in den Bootloader integrieren, sodass Anwender nicht mehr zwingend einen zweiten PC benötigen, um einen Raspberry Pi in Betrieb zu nehmen [2]. Seit dem Ende des öffentlichen Beta-Tests im April 2022 steht diese Funktion für den RasPi 4 und den RasPi 400 offiziell zur Verfügung.

Abbildung 1: Für das Schreiben des Betriebssystemabbilds bietet die Raspberry Pi Foundation einen Assistenten für Linux, MacOS und Windows an.

Zusätzlich zum Installationsassistenten stellt die Raspberry Pi Foundation die Image-Dateien nach wie vor im IMG-Format zum direkten Herunterladen zur Verfügung [3]. Unter Linux lässt sich das System so nach wie vor ohne spezielle Programme mit Bordwerkzeugen wie Dd auf eine SD-Speicherkarte übertragen (Listing 1). Die Geräte-ID (im Listing »/dev/sdd«) ermitteln Sie zuvor etwa via Lsblk. An der Größe des Datenträgers erkennen Sie in der Regel leicht, welche Gerätekennung zum gesuchten Device gehört.

$ lsblk
[...]
sdd      8:48   1  14,8G  0 disk
|-sdd1   8:49   1   256M  0 part /run/media/toff/boot
|-sdd2   8:50   1  14,6G  0 part /run/media/toff/rootfs
[...]
$ sudo dd if=2022-04-04-raspios-bullseye-arm64.img.xz of=/dev/sdd bs=1M; sync

Sicherheit

Über Jahre hinweg nutzten Raspbian und anschließend Pi OS die immer gleiche Kombination aus Nutzer und Passwort. Mit dem Benutzernamen pi und dem Passwort »raspberry« gelangte man nicht nur in das System, sondern holte sich auch administrative Rechte. Anfangs war sogar automatisch immer der SSH-Dienst aktiv, was das System für Angriffe extrem verwundbar machte. Setzt man einen SSH-Honeypot auf und stellt diesen ins Internet, gehört eben diese User-Passwort-Kombination immer noch zu den häufigsten Angriffszielen.

Inzwischen fordert ein frisch aufgesetztes Raspberry-Pi-System den Nutzer nicht mehr nur zur Eingabe eines individuellen Passworts auf, sondern verlangt daneben die Wahl eines Benutzernamens [4]. In Kombination mit einem in der Standardkonfiguration deaktivierten SSH-Server ist das System somit ab Werk grundlegend abgesichert – im Unterschied zu vielen anderen Raspberry-Pi-Distributionen, die aufgrund der Installationsform über Images dasselbe Basissystem mit identischen Zugangsdaten ausliefern.

Desktop

Beim Desktop setzt Pi OS auf die Eigenentwicklung Pixel, die allerdings selbst wiederum auf LXDE fußt (Abbildung 2). Die Oberfläche bietet ein klassisches Startmenü, die Anwendungen sortiert das System in unterschiedliche Kategorien ein. Bei der Auswahl der vorinstallierten Programme bedient sich Raspberry Pi OS aus dem Open-Source-Fundus. Als Kommandozeile fungiert LXTerminal, als Dateimanager dient PCMan File Manager (oder kurz PCManFM) und als Webbrowser Chromium, die Open-Source-Basis von Googles Chrome-Browser.

Abbildung 2: Beim Desktop greift Raspberry Pi OS auf alte Bekannte zurück: Der hauseigene Pixel-Desktop basiert auf LXDE und Open-Source-Tools wie PCManFM.

Die Konfiguration des Betriebssystems erfolgt unter Pi OS mit einem eigenen Werkzeug. Sie laden es über »Einstellungen« | »Raspberry Pi Konfiguration« oder aus dem Terminal heraus durch den Aufruf von »sudo raspi-config«. Der Assistent hilft bei grundlegenden Konfigurationen wie dem Rechnernamen oder der Anmeldung, bietet allerdings auch Unterstützung beim Übertakten von CPU und GPU oder beim Aktivieren von Schnittstellen und Diensten (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die Konfiguration des Systems erfolgt mithilfe des Assistenten Raspi-config, den es mit grafischer Oberfläche sowie in einer Version für die Kommandozeile gibt.

Server und IoT

Für den Einsatz als Server oder IoT-System bietet die Foundation mit Pi OS Lite eine Variante, die in der Standardinstallation auf eine grafische Desktop-Umgebung verzichtet. Der Fußabdruck im Arbeitsspeicher schrumpft dadurch von 283 MByte auf lediglich 83 MByte (frisch nach dem Boot-Vorgang).

Zum Vergleich: Ubuntu schnappt sich einen wesentlich größeren Anteil der knappen Ressourcen des Raspberry Pi. Die Server-Variante belegt 172 MByte RAM und 2,3 GByte auf der SD-Speicherkarte. Das komplette Ubuntu 22.04 spielt mit seinem auf Gnome basierten Desktop mit 644 MByte im Arbeitsspeicher und 6,9 GByte auf dem Massenspeicher in einer ganz anderen Liga (siehe Tabelle “Ressourcenverbrauch”).

Noch schonender als die Lite-Variante arbeiten gezielt auf Effizienz getrimmte Distributionen wie DietPi [5]. Das System begnügt sich direkt nach dem Booten in der Basisinstallation mit lediglich 47 MByte RAM und 643 GByte Speicherplatz und reduziert zudem die Anzahl der aktiven Prozesse um gut die Hälfte. Das DietPi-System belegt also nur die Hälfte der Ressourcen von RasPi Lite und eignet sich somit noch besser für schlanke IoT-Projekte auf Basis der abgespeckten Pi-Zero-Varianten oder des Pi Pico.

Kommt es nicht auf jedes Byte Arbeitsspeicher an, dann bleibt Pi OS allerdings immer noch der große Vorteil seiner Community. Die Produzenten zahlreicher Sensoren oder Komponenten bieten Interfaces zu Python-Skripten, die auf Raspberry Pi OS zugeschnitten sind. Dadurch reduziert sich der Aufwand beim Implementieren der Technik. Es ist zudem eher wahrscheinlich, dass Unternehmen Support für Pi OS leisten als zum Beispiel für DietPi.

Optimierungen

Als Entwickler und Produzent des Raspberry Pi sitzt die Foundation an herausgehobener Stelle, um Hard- und Software aufeinander abzustimmen. Das hat Licht- und Schattenseiten.

Einerseits arbeiten die Entwickler laufend daran, die Softwarekomponenten für die beschränkte Hardware des Raspberry Pi zu optimieren. Das war besonders bei den ersten Generationen des RasPi nötig, die mit weniger als 1 GByte Arbeitsspeicher auskommen musste. Erst die CPU des RasPi 3 arbeitete mit einer Taktrate von mehr als 1 GHz. Ein Beispiel für diese Arbeit ist der Chromium-Browser, der beim Abspielen von Youtube-Videos die Hardwarebeschleunigung durch die GPU nutzt und so die Wiedergabe hochauflösender Videos erlaubt.

Auf der anderen Seite stecken in Raspberry Pi OS eine Reihe von proprietären Komponenten. Die Software Vrms (“Virtual Richard M. Stallman”), die auf Debian basierende Distributionen hinsichtlich der Verwendung unfreier Komponenten analysiert, meldet in der Standardinstallation ohne zusätzliche Pakete verschiedene Kernel-Module für Bluetooth und Wireless LAN (Listing 2). Frühere Ausgaben des Systems benötigten noch Closed-Source-Blobs für den Grafikchip (inzwischen unterstützt der Mainline-Kernel ihn direkt). Auf den für den Boot-Vorgang nötigen Firmware-Blob wird das System allerdings noch länger nicht verzichten können: Selbst Debian kommt ohne das Paket raspi-firmware nicht aus [6].

$ vrms
            Non-free packages installed on raspberrypi
bluez-firmware          Firmware for Bluetooth devices
firmware-atheros        Binary firmware for Qualcomm Atheros wireless cards
firmware-brcm80211      Binary firmware for Broadcom/Cypress 802.11 wireless cards
firmware-libertas       Binary firmware for Marvell wireless cards
firmware-misc-nonfree   Binary firmware for various drivers in the Linux kernel
firmware-realtek        Binary firmware for Realtek wired/wifi/BT adapters
  6 non-free packages, 0.4% of 1380 installed packages.

Community

Zu den großen Stärken von Raspberry Pi OS gehört neben dem offiziellen Segen der Foundation und der damit verbundenen Unterstützung der hauseigenen Entwickler nicht zuletzt die große Community. Knapp 350 000 User sind zum Beispiel allein im Forum des Foundation-Portals registriert [7]. Zu Fragen rund um die Hard- und Software des Raspberry Pi finden sich so in der Regel schnell Antworten. Für Nutzer, die sich im Englischen nicht sicher fühlen, gibt es dort sogar eine Ecke mit Diskussionen auf Deutsch [8].

Auch sonst dient das Pi OS einer schier unzähligen Anzahl an im Internet dokumentierten Projekten als Basis. So empfehlen zum Beispiel die Entwickler des Anzeige- und Tracking-Blockers Pi-hole [9] oder des VPN-Verwaltungswerkzeugs PiVPN [10] den Einsatz von Raspberry Pi OS (Abbildung 4). So können Sie sichergehen, dass die Installation wie versprochen funktioniert und lange Zeit Sicherheitsaktualisierungen geliefert werden. Nach und nach berücksichtigen die populären Projekte jedoch zusätzlich andere Distributionen. Pi-hole etwa unterstützt in der Variante für ARM-Geräte inzwischen neben Pi OS auch Ubuntu, Debian und Fedora als Ausgangsbasis.

Abbildung 4: Viele Projekte (wie hier Pi-hole) empfehlen Raspberry Pi OS als Basis.

Fazit

Raspberry Pi OS ist quasi der VW Golf unter den Betriebssystemen für den RasPi. Falsch machen Nutzer mit dem OS in der Regel nichts. Ersatzteile und Reparaturanleitungen gibt es an vielen Stellen im Netz, Tuning-Kits und Mods ebenso. Andere Distributionen wie Ubuntu, Manjaro oder Fedora laufen in der Regel nicht ganz so rund und zuverlässig. Erst wenn der Raspberry Pi eine Spezialaufgabe übernehmen soll, verliert das Pi OS seinen Vorteil. Soll das System exklusiv als Mediacenter oder als NAS dienen, dann machen Systeme wie LibreELEC, OSMC oder OpenMediaVault einen besseren Job. (cla/jlu)