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Virtuelle Maschinen und Linux

Ihr Computer ist einer Ihrer wichtigsten Bildungsbegleiter. So möchten Sie die Gesundheit Ihres Computers schützen und Probleme vermeiden, die durch redundante oder sogar bösartige Software verursacht werden. Aus diesem Grund wird empfohlen, alle auf dieser Website verwendeten Software auf einer sogenannten Virtual Machine (VM) zu installieren. Diese Seite erklärt, was VMs sind, welche Vorteile sie genau haben und wie Sie installieren können Debian Linux, eines der stabilsten und sichersten Betriebssysteme. Es spielt keine Rolle, ob Sie Apples mac OS oder Microsofts Windows verwenden, oder wenn Sie bereits Linux verwenden: Die VM wird am Ende gleich aussehen.

Über uns

Was ist eine virtuelle Maschine (VM)?

Eine virtuelle Maschine (VM) stellt ein virtuelles Betriebssystem (OS) dar, das auf einem Hostsystem läuft, das direkt auf einem physischen Computer läuft. Die physikalischen Rechner (Hardware) Ressourcen des Hostsystems werden über sogenannte Hypervisors zugewiesen. Aus diesem Grund wird die virtuelle Maschine als Gastmaschine und der Hypervisor als Host-Maschine bezeichnet. So ist eine guest-Maschine eine isolierte, virtualisierte Umgebung, die unabhängig vom Host-Betriebssystem verläuft.

Warum einen VM verwenden?

Freie Ressourcen auf einem Computer stellen aus ökonomischer Sicht einen toten Speicherplatz dar, der Kosten verursacht, ohne Einkommen zu generieren. Deshalb erstellen Systemadministratoren oft mehrere virtuelle Server, um physische Ressourcen besser zuzuordnen und Energie zu sparen. Ein VM ist auch für intelligente Endbenutzer wie Forscher und Ingenieure nützlich. Hier sind einige Vorteile eines VM:

Im Rahmen der Hydroinformatik für das Wasserressourcenmanagement kann ein VM dazu dienen, verschiedene Python-Skripte mit unterschiedlichen Abhängigkeiten auszuführen oder vor allem eine saubere und effiziente Umgebung für die Ausführung von numerischen Modellen wie open TELEMAC-MASCARET.

Dieses Tutorial bietet Beratung zu creating a new VM, re-using an existing VM und working with Debian Linux on a VM.

Inhalt und Debian Linux

Diese Seite führt durch die Installation einer virtuellen Maschine Debian Linux. Der Host-Hypervisor wird angenommen, um Oracles VirtualBox auf Windows. Wenn Sie Windows nicht verwenden, laden Sie einfach den VirtualBox Installer herunter, der zu Ihrem System passt. Während VirtualBox funktioniert x-platform, gibt es andere, leistungsfähigere Plattform spezifische Programme für die Erstellung von VMs:

GNOME boxes(Linux)
UTM app (mac / iOS)
sudo apt install gnome-boxes
sudo apt install virt-manager qemu-kvm libvirt-daemon-system

Die Gastmaschine wird Debian Linux betreiben, einer der stabilsten Linux-Distributionen, und sie ist frei verfügbar. Aufgrund seiner Stabilität ist Debian eine ideale Basis für numerische Simulationen, die für Tage oder sogar Wochen dauern können. Natürlich gibt es andere Optionen, und Debian ist eher eine der besten Optionen als * die beste Option*.

Es gibt ein paar Debian Linux Spin-offs, wie Ubuntu mit einigen anderen Derivaten, die leichter sind (und schneller). Mit den Ubuntu-Varianten Linux Mint (Xfce) oder Lubuntu. Die meisten Versionen Ubuntu können anstelle des hier vorgestellten Debian Linux verwendet werden, um die Tutorials auf dieser Website abzuschließen.

Voraussetzungen (erforderliche Software)

** Geschätzte Dauer: 5-30 Minuten (abhängig von Verbindungsgeschwindigkeit).****

Denken Sie daran, wo die heruntergeladene Linux .ISO-Datei gespeichert ist.

Erstellen eines VM mit VirtualBox

** Geschätzte Dauer: 5-8 Minuten.**

In Ihrem Host-System (z.B. Windows 11), klicken Sie auf Start, geben Sie Oracle VM VirtualBox und klicken Sie auf Enter. Im geöffneten VirtualBox Managerfenster:

Installieren Sie Debian Linux

** Geschätzte Dauer: 30 Minuten.**

Um Debian Linux auf das VM zu installieren, starten Sie im VirtualBox-Manager-Fenster das zuvor erstellte Debian Linux VM (klicken Sie auf den Debian Linux VM und dann auf den grünen Start Pfeil). Das VirtualBox VM-Fenster wird die .iso-Datei verwenden (bestätigen Sie die ausgewählte), und starten Sie navigieren durch die Installation:

Sobald der VM geschlossen ist, öffnen Sie die VM Settings (aus VirtualBox Manager Fenster) und gehen Sie auf die Storage Registerkarte. Überprüfen Sie, dass im Feld Controller: IDE wieder ein Empty-Disk-Symbol vorhanden ist.

Wiederverwendung (Export/Transfer oder Kopieren) eines VM auf einem anderen Host

Sobald Sie ein VM auf einer virtuellen Festplatte erstellt haben (die *.vdi-Datei), können Sie es immer auf ein anderes host-System mit seinem Ökosystem übertragen. Zum Kopieren (oder Transportieren) der VM:

Nun sollte die virtuelle Maschine in der Liste der virtuellen Maschinen in VirtualBox sichtbar sein.

Importieren eines vorhandenen VM in Oracle VM VirtualBox

Anstatt einen neuen VM von Grund auf zu erstellen, können Sie einen vorhandenen VM in Oracle VM VirtualBox importieren. Dies ist nützlich, wenn ein VM bereits mit der erforderlichen Betriebssystem-, Software-, Einstellungen- und Benutzerumgebung konfiguriert wurde.

Vorhandene VMs werden häufig in einem der folgenden Formate bereitgestellt:

Das Einfuhrverfahren hängt vom Dateityp ab.

Importieren einer VM-Appliance

Stellen Sie sicher, dass Oracle VM VirtualBox installiert ist, wie unter the VM requirements beschrieben. Dann öffnen Sie VirtualBox und:

Nach dem Import sollte die VM in der Liste der verfügbaren VMs in VirtualBox erscheinen.

Registrieren Sie eine bestehende virtuelle Festplatte

Wenn der VM als virtuelles Festplattenbild anstatt als Gerät bereitgestellt wird, erstellen Sie ein neues VM und befestigen Sie die vorhandene Festplatte:

Bevor Sie die VM starten, überprüfen Sie die VM-Einstellungen und stellen Sie sie bei Bedarf ein.

Starten und Konfigurieren des importierten VM

Nach dem Import oder Registrierung des VM starten Sie es aus dem VirtualBox Hauptfenster. Überprüfen Sie beim ersten Start die folgenden Artikel:

Für Linux-Gäste können Systemupdates in der Regel vom grafischen Update Manager oder vom Terminal gestartet werden. Verwenden Sie für Debian- oder Ubuntu-basierte Systeme:

sudo apt update
sudo apt full-upgrade
sudo apt autoremove

Empfohlene VM-Einstellungen

Bevor Sie den VM für größere Berechnungen oder Software-Installationen verwenden, überprüfen Sie die folgenden Einstellungen:

Mit einem Snapshot können Sie in einen vorherigen VM-Zustand zurückkehren, wenn ein Update-, Installations- oder Konfigurationsschritt ausfällt.

Debian Linux

Setup Linux

** Geschätzte Dauer: 15 Minuten.**

Starten Sie das Debian Linux VM aus dem VirtualBox Manager-Fenster. Sobald Debian Linux gestartet ist, loggen Sie sich mit Ihren Benutzerinformationen ein.

To enable the full functionality of the system, open the Linux Terminal (CTRL + Alt + T or go to Activities > Files (filing cabinet symbol), right-click in any folder and select Open in Terminal). In Terminal type:

su

Geben Sie das oben erstellte Passwort für den Root-Benutzernamen ein (siehe Installationsabschnitt).

Installieren Sie alle für den Aufbau von Kernel-Modulen erforderlichen Pakete:

apt update
apt install build-essential dkms linux-headers-$(uname -r)

Finden Sie das Devices Dropdown-Menü des VirtualBox VM-Fensters (nicht in Debian Linux selbst) und wählen Sie Insert Guest Additions CD-Bild... (je nach Version von VirtualBox kann dieses Menü oben oder unten im Fenster sein).

Zurück in der Debian Linux Terminal, mounten Sie die Guest Additions iso Datei, indem Sie in Terminal eingeben:

sudo mkdir -p /mnt/cdrom
sudo mount /dev/cdrom /mnt/cdrom

Navigieren Sie in das montierte Verzeichnis und führen Sie die VBoxLinuxAdditions.run-Datei mit dem --nox11-Flag aus, um ein Xterm-Fenster zu vermeiden.

cd /mnt/cdrom
sudo sh ./VBoxLinuxAdditions.run --nox11

Die Kernel-Module werden jetzt installiert und Terminal sollte eine Nachricht anfordern, die Sie zum Neustart des Systems einlädt. Tun Sie dies durch Tippen:

shutdown -r now

Nach dem Neustart stellen Sie sicher, dass die Installation erfolgreich war. In Terminal Typ:

lsmod | grep vboxguest

Die Installation war erfolgreich, wenn die Antwort von Terminal so ist wie vboxguest 358395 2 vboxsf. Lesen Sie mehr über Guest Additions auf der VirtualBox Entwickler-Website.

Um die visuelle Erfahrung zu verbessern, machen Sie Folgendes:

Linux Terminal

** Geschätzte Dauer: 60 Minuten.**

Um sich mit Debian Linux vertraut zu machen, gehen Sie in das Aktivitäten-Menü und finden Sie die Anwendungen LibreOffice-Writer, Firefox, die Software-Anwendung (Shopping Bag Symbol) und den File-Manager (Firefox*-Symbol). Finden Sie weitere Anwendungen, indem Sie auf die vier Punkte auf der linken Menüleiste klicken - finden Sie den Texteditor? Um Debian Linux (d.h. das VM) abzuschalten, klicken Sie auf den rechten oberen Eckpfeil und drücken Sie das Power-Symbol.

Das GNOME Terminal ist eine der wichtigsten Features, obwohl es am Anfang nur ein leeres Fenster mit einem blinkenden Cursor optisch zeigt. Es gibt viele Möglichkeiten zu öffnen Terminal und hier sind zwei Optionen:

  1. Gehen Sie zu Anwendungen und geben Sie Terminal im Suchfeld ein oder

  2. Öffnen Sie den Datei-Browser (Applications > Files - das Anmelde-Container-Symbol), navigieren Sie in den Ordner, in dem Sie Terminal ausführen möchten, klicken Sie mit der rechten Maustaste in den freien Raum und klicken Sie mit der linken Maustaste auf Öffnen Sie im Terminal.

Terminal führt viele leistungsfähige native Linux (UNIX)-Befehle aus, die der robusteste Weg ist, Funktionen zu installieren und auszuführen. Es gibt ein paar Tutorials zum Lernen, Terminal zu verwenden und eine der umfassendsten ist auf der Linux Ubuntu Website (Ubuntu basiert auf Debian Linux). Es ist sehr empfehlenswert, durch das tutorial von der Ubuntu community (* geschätzte Dauer: 51 Minuten*) zu gehen, um einige Inhalte dieses eBooks besser zu verstehen. Insbesondere merken Sie die Befehle cd (Wechselverzeichnis), su/sudo (superuser), ls (listen) und mkdir (make-Verzeichnis).

Benutzerrechte

Bei der späteren Installation von Software ist es empfehlenswert, es für Ihr Benutzerkonto zu installieren und nicht für root. Solche systemrelevanten Aktionen erfordern superuser (su) Rechte. Ihr Standard-Benutzername ist jedoch nicht auf der sogenannten sudoers-Liste, die im Wesentlichen eine Datei ist, in der alle Benutzerkonten aufgelistet sind, die berechtigt sind, sudo vor jedem Befehl zu verwenden. Fügen Sie Ihr Benutzerkonto in die su-doers-Liste ein, indem Sie Terminal öffnen und tippen:

su
    password: ...
sudo usermod -aG sudo YOUR-USER-NAME

Öffnen Sie einen neuen Terminal-Tab (Shift +CTRL + T), der in Ihrem Standard-Benutzerraum mit Standard-Benutzerrechten geöffnet werden soll. Überprüfen Sie, ob Ihr Konto auf der sudoers-Liste steht, indem Sie eingeben:

sudo -v

Wenn visuell nichts passiert, sind Sie gut zu gehen. Ansonsten, wenn Sie eine Nachricht wie Sorry, user [username] may not run sudo on [hostname]. erhalten, überprüfen Sie, ob Sie den obigen Befehl korrekt eingegeben haben und YOUR-USER-NAME (mit richtigen Fällen).

VM-Einstellungen

Ordnerfreigabe zwischen Host und Gast aktivieren

** Geschätzte Dauer: 5-10 Minuten.***

Die Weitergabe von Daten zwischen dem Host-System (z.B. Windows 11) und dem Gast-System (Debian Linux VM) ermöglicht die Übertragung von Dateien auf und vom VM auf das Host-System.

share-folder

Der freigegebene Ordner wird dann in der linken Seite (z.B. als sf shared) im Files (Activities > Filing Schranksymbol) sichtbar sein.

Eine *-Permission verweigert-Nachricht wird wahrscheinlich angezeigt, wenn Sie auf sf_shared klicken. Die Nachricht kann erscheinen, weil Ihr Benutzername nicht der vboxsf Gruppe zugeordnet ist. Der vboxsf ist derjenige, der automatisch für den Zugriff auf den freigegebenen Ordner zugewiesen wird. Um den Gruppennamen zu überprüfen, gehen Sie in den freigegebenen Ordner, klicken Sie mit der rechten Maustaste in den freien Raum und wählen Sie Permissions. Ein Fenster mit Gruppennamen, die Zugriff auf den freigegebenen Ordner haben, öffnet sich. Zum Hinzufügen Ihres Benutzernamens (in Terminal):

sudo usermod -aG vboxsf YOUR-USER-NAME

Danach, ** starten Sie die Debian Linux VM** und testen Sie, ob Sie auf den Ordner zugreifen können, und erstellen und ändern Sie Dateien. Weitere Informationen zu Permission deniedFehlern finden Sie in der Fehlerbehebung unter Genehmigung verweigerte Nachrichten in Linux.


OpenGL aktivieren

VirtualBox ermöglicht experimentell OpenGL, die von vielen grafischen Benutzeroberflächen verwendet wird. Um OpenGL auf einer virtuellen Maschine zu arbeiten, die Installation X. Org X Window System (xserver):

sudo apt install xorg

Führen Sie Xorg als normaler Benutzer mit:

startx

Oder führen Sie Xorg als Wurzel (Superuser) mit:

sudo service gdm start

Zur Bearbeitung der Konfiguration von Xorg run:

sudo editor /etc/X11/xorg.conf

Fügen Sie Nvidia Repositories und Treiber hinzu (oft nicht notwendig auf Debian 12+, weil der Installer non-free-firmware standardmäßig aktiviert):

sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository contrib
sudo add-apt-repository non-free
sudo add-apt-repository non-free-firmware
sudo apt update

Dann installieren Sie OpenGL Bibliotheken. Auf einem nicht-Nvidia- oder generischen Setup sind die GLVND-basierten Pakete:

sudo apt install libopengl0 libglx0 libglvnd0 libgl1-mesa-dri

Auf einem System mit installiertem Nvidia-Primärtreiber (ersetzen Sie xxx mit der Treiberserie von nvidia-detect oder Driver Manager, z.B. 550 oder 570):

sudo apt install libnvidia-gl-xxx

Softwaremanagement

** Geschätzte Dauer: Variabel.***

Software installieren

Um andere Software zu installieren, verwenden Sie vorzugsweise den eingebauten Softwaremanager (Aktivitäten > Shopping Bag Symbol). Der Software-Manager verwendet offizielle Veröffentlichungen im stabilen Debian-Repository (weitere Informationen zu Listen von source).

Der letzte Befehl entfernt Dateien, die nicht mehr benötigt werden und reduziert Systemmüll.

Anweisungen zur Installation bestimmter und Debian-kompatibler Software (z.B. QGIS) finden Sie direkt auf der Website von Softwareentwicklern. Zum Beispiel, um Anaconda Python besuchen Sie docs.anaconda.com und folgen Sie den Installationsanleitungen für Debian Linux.

Der beliebteste Software-Manager der Debian-basierten Linux-Distributionen heißt aptitude, das ist die Sache, die Sie bei der Eingabe von [sudo] apt [something] anrufen. Es gibt mehr Standard-Paketmanager wie dpkg oder synaptic (siehe die vollständige Liste in der Debian-Paketverwaltung faqs). Um eine breite Palette an proprietären Software (z.B. Videokonferenz-Tools) zu installieren, können Paketverwaltungstools wie snapd oder flatpak] nützlich sein. Allerdings werden solche Paketmanager von Drittanbietern diskutiert, und ein mehr *robust-Ansatz ist zu verwendenapt, wenn möglich, ** oder, wenn die Software nicht über apt verfügbar ist, suchen Sie nach **AppImages.

Nützliche Software

Systemüberwachung

There are multiple options to monitor system resource of a Debian distro, and this section presents two of them, namely, htop and stacer. htop is a minimalistic tool that runs in Terminal. stacer is a graphical user interface providing more options, including optimization of battery life or system performance.

Um htop* für die Visualisierung CPU zu installieren, geben Sie:

sudo apt update
sudo apt install htop

Starten Sie htop’s CPU Monitor mit:

htop

Um das allgemeinere zu installieren *stacertool, Typ:

sudo apt update
sudo apt install stacer

Nach der Installation kann Stacer aus dem Systemmenü geöffnet werden (Suche für stacer).

Paketspeicher hinzufügen

Für das Hinzufügen von (vertrauenden) Software-Repositorien verwenden Sie software-properties-common, die den add-apt-repository Befehl bietet:

sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository contrib
sudo add-apt-repository non-free
sudo add-apt-repository non-free-firmware
sudo apt update

Finden Sie Pakete

Einige Software wird aufgrund fehlender Bibliotheksdateien (z.B. libGLX.so.0: No such file or directory) in Fehler geraten. Um herauszufinden, welches Paket für das Erhalten der fehlenden Bibliotheksdatei installiert werden muss, installieren Sie apt-file

sudo apt install apt-file
sudo apt-file update

Um den Paketnamen einer fehlenden Bibliotheksdatei (z.B. libGLX.so.0) herauszufinden, tippen Sie auf:

apt-file find libGLX.so.0

Nach ein paar Sekunden der Suche, apt-file wird etwas wie:

libglx0-glvnd-nvidia: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libGLX.so.0

Um die Bibliotheksdatei libGLX.so.0 zu erhalten, muss das Paket libglx0-glvnd-nvidia installiert werden; z.B.:

sudo apt install libglx0-glvnd-nvidia

Software herunterladen

Um Repositories zu aktualisieren und installierte Pakete über apt, das ist der Standard Debian-Paketmanager aptitude, open Terminal und Typ:

sudo apt update
sudo apt full-upgrade
sudo apt autoremove
sudo apt autoclean

Dies wird nicht manuell installierte Software aktualisieren und Pakete installiert über snapd und flatpak.

Windows Apps auf Linux

** Geschätzte Dauer: 10-15 Minuten.**

Die Wine-Anwendung bietet eine Windows-ähnliche Umgebung auf Linux-Systemen, die die Installation und Ausführung von Windows-Anwendungen ermöglicht. Wein kann entweder über die bequemen Sandkästen wie Bottles oder direkt auf Ihrem Linux-System installiert werden.

Bottles (flatpak)
Lutris
Steam Proton
PlayOnLinux
Wine (Direct Installation)

Bottles ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das isolierte Sandkästen für die Windows-Software bereitstellt, auch wenn die Weininstallation Ihres Systems Buggy ist. Zur Installation von Bottles (via Flatpak - empfohlen) einschließlich relevanter Vulkan-Bibliotheken, feuern Terminal und tippen Sie auf:

flatpak install flathub com.usebottles.bottles
flatpak install flathub com.obsproject.Studio.Plugin.OBSVkCapture
flatpak install flathub org.freedesktop.Platform.VulkanLayer.MangoHud
flatpak install flathub org.freedesktop.Platform.VulkanLayer.vkBasalt
flatpak install flathub org.freedesktop.Platform.VulkanLayer.gamescope

Dann laufe Flaschen:

flatpak run com.usebottles.bottles

Test mit relevanter Software zur numerischen Simulation (z.B. BlueKenue und HEC-RAS):

  1. Erstellen Sie einen Ordner für Windows-Installer, wie ~/installers/WindowsSoftware/

  2. Erstellen Sie eine neue Flasche: Öffnen Sie * * * * * * * * * * * **+ Neue Flasche *** > Wählen Sie:

    • **Umwelt:**Bewerbung

    • Name: HydroSoftware

    • Behalten Sie es 64-bit

  3. Installieren Sie Kernabhängigkeiten, bevor Sie etwas anderes tun:

  • *Core Schriftarten: allfonts

  • .NET Framework: dotnet472 (für HEC-RAS - Installation kann eine Weile dauern)

  • **Visual C++ 2013 und 2015-2022 Redistributables (x64)*: vcredist2022 und vcredist2012

  1. Zurück zur Flasche und öffnen Sie die Settings der Flasche:

  • Im Abschnitt Components stellen Sie sicher, dass die Runner (soda), DXVK, VKD3D und DXVK NVAPI aktiviert sind; LatencyFleX kann aktiviert werden, aber keine Notwendigkeit dafür; wenn die Dinge buggy später sind, versuchen Sie switching off DXVK* (und damit auch VKD3D)

  • Im Abschnitt Display aktivieren Sie Discrete Graphics

  • Im Abschnitt ** Display** > Erweiterte Einstellungen, deaktivieren Virtual Desktop (für Stabilität); nur aktivieren Fullscreen Maus Capture, Mouse Warp und Window Manager Decorations; Sie können den Renderer wechseln wollen -- diese Einstellung hatte keinen Einfluss in unseren Tests, aber GDI soll am besten und stabilsten durchführen

  • In der Performance Sektion, alles deaktivieren

  • Im Abschnitt Kompatibilität* stellen Sie sicher, dass Windows 10 im Set (11 noch Buggy beim Testen war) und alles andere deaktiviert ist

  • Im Abschnitt *Snapshots, deaktivieren Sie alles

  1. Download relevanter Installateure:

  • Für BlueKenue erhalten Sie den neuesten Installer wie im Telemac Forum] beschrieben und speichern Sie ihn unter ~/installers/WindowsSoftware/

  • Für HEC-RAS gehen Sie an die HEC-RAS download page und downloaden und installer in ~/installers/WindowsSoftware/; note: In unserem Test gelang es uns nur, HEC-RAS 5.0.7 (oder früher) -- neuere Versionen früher oder später Fehler zu verursachen

  1. Software in der Flasche installieren

  • Öffnen Sie die Flasche > ** Ausführbar**

  • Wählen Sie den heruntergeladenen BlueKenue oder HEC-RAS Installer von ~installers/WindowsSoftware/

  • Install path: default is OK (z.B. C:\Program Files\HEC\...)

  • Installationen beenden

  1. Software starten:

  • Nach erfolgreicher Installation sollte im Abschnitt Programme neue Software auftreten.

  • Wenn nicht, scrollen Sie nach unten zum *Tools Abschnitt, erweitern Legacy Wine Tools und klicken Sie auf Explorer, um durch das Sandkastensystem zu navigieren