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Virtuelle Maschinen und Linux

Ihr Computer ist einer Ihrer wichtigsten Bildungsbegleiter. Sie möchten also 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 Debian Linux, eines der stabilsten und sichersten Betriebssysteme] installieren können. Es spielt keine Rolle, ob Sie Apples *mac OS * oder Microsofts *Windows * verwenden oder ob Sie bereits Linux verwenden: Die VM sieht am Ende gleich aus.

Über

Was ist eine virtuelle Maschine (VM)?

Eine virtuelle Maschine (VM) stellt ein virtuelles Betriebssystem (OS) dar, das auf einem Hostsystem ausgeführt wird, das direkt auf einem physischen Computer ausgeführt wird. Die physischen Computer- (Hardware-)Ressourcen des Host-Systems werden über sogenannte Hypervisoren vergeben. Aus diesem Grund wird die virtuelle Maschine als *Gastmaschine * und der Hypervisor als *Hostmaschine * bezeichnet. Eine Gastmaschine ist also eine isolierte, virtualisierte Umgebung, die unabhängig auf dem Host-Betriebssystem läuft.

Warum eine VM verwenden?

Kostenlose Ressourcen auf einem Computer stellen aus wirtschaftlicher Sicht toten Speicherplatz dar, der Kosten verursacht, ohne Einnahmen zu generieren. Aus diesem Grund erstellen Systemadministratoren häufig mehrere virtuelle Server, um physische Ressourcen besser zuzuweisen und Energie zu sparen. Eine VM ist auch für intelligente Endnutzer wie Forscher und Ingenieure nützlich. Hier sind einige Vorteile einer VM:

Im Rahmen der Hydroinformatik für das Wasserressourcenmanagement kann eine VM dazu dienen, verschiedene * Python * Skripte mit unterschiedlichen Abhängigkeiten auszuführen oder vor allem eine saubere und effiziente Umgebung für die Ausführung numerischer Modelle wie open TELEMAC-MASCARET] einzurichten.

This tutorial provides guidance on creating a new VM, re-using an existing VM, and working with Debian Linux on a VM.

Inhalt und Debian Linux

Diese Seite führt durch die Installation einer Debian Linux virtuellen Maschine]. Der Host-Hypervisor wird als Oracles VirtualBox auf Windows] angenommen. Wenn Sie Windows nicht verwenden, laden Sie einfach das VirtualBox-Installationsprogramm herunter, das zu Ihrem System passt. Während VirtualBox x-platform funktioniert, gibt es andere, leistungsstärkere plattformspezifische Dienstprogramme zum Erstellen von VMs:

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

Auf dem Gastcomputer läuft Debian Linux, eine der stabilsten Linux-Distributionen, und er ist frei verfügbar. Aufgrund seiner Stabilität ist Debian eine ideale Basis für numerische Simulationen, die 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 (und schneller) sind. Neue Linux-Benutzer haben einen einfachen Start 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 erhalten (erforderliche Software)

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

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

Erstellen einer VM mit VirtualBox

Geschätzte Dauer: 5-8 Minuten.

Klicken Sie in Ihrem Hostsystem (z. B. Windows 11) auf Start, geben Sie Oracle VM VirtualBox ein und drücken Sie auf Enter. Im geöffneten VirtualBox Managerfenster:

Debian Linux installieren

Geschätzte Dauer: 30 Minuten.

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

Sobald die VM heruntergefahren ist, öffnen Sie die VM * Einstellungen * wieder (aus dem Fenster * VirtualBox Manager *) und gehen Sie zur Registerkarte * Speicher *. Stellen Sie sicher, dass sich im Feld Controller: IDE wieder ein Empty Festplattensymbol befindet.

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

Once you have created a VM on a virtual hard disk (the *.vdi file), you can always transfer it to another host system with its ecosystem. To copy (or transport) the VM:

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

Importieren einer vorhandenen VM in Oracle VM VirtualBox

Anstatt eine neue VM von Grund auf neu zu erstellen, können Sie eine bestehende VM in Oracle VM VirtualBox importieren. Dies ist nützlich, wenn eine VM bereits mit dem erforderlichen Betriebssystem, der Software, den Einstellungen und der Benutzerumgebung konfiguriert wurde.

Bestehende VMs werden üblicherweise in einem der folgenden Formate bereitgestellt:

Das Importverfahren hängt vom Dateityp ab.

Importieren einer VM Appliance

Make sure that Oracle VM VirtualBox is installed, as described in the VM requirements. Then open VirtualBox and:

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

Registrieren einer vorhandenen virtuellen Festplatte

Wenn die VM als virtuelles Festplattenimage und nicht als Appliance bereitgestellt wird, erstellen Sie eine neue VM und fügen Sie die vorhandene Festplatte an:

Bevor Sie die VM starten, überprüfen Sie die VM-Einstellungen und passen Sie sie bei Bedarf an.

Starten und Konfigurieren der importierten VM

Nach dem Importieren oder Registrieren der VM starten Sie sie im Hauptfenster der VirtualBox. Überprüfen Sie beim ersten Start die folgenden Elemente:

Für Linux-Gäste können Systemupdates in der Regel vom grafischen Update-Manager oder vom Terminal aus 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 die VM für größere Berechnungen oder Softwareinstallationen verwenden, überprüfen Sie die folgenden Einstellungen:

Mit einem Snapshot können Sie zu einem früheren VM-Status zurückkehren, wenn ein Aktualisierungs-, Installations- oder Konfigurationsschritt fehlschlägt.

Debian Linux

Setup Linux

Geschätzte Dauer: 15 Minuten.

Starten Sie die *Debian Linux * VM aus dem *VirtualBox * Managerfenster. Sobald Debian Linux gestartet ist, melden Sie sich mit Ihren Benutzerinformationen an.

Um die volle Funktionalität des Systems zu aktivieren, öffnen Sie das Linux-Terminal (CTRL + Alt + T) oder gehen Sie zu Aktivitäten > Akten (Archivsymbol), klicken Sie mit der rechten Maustaste auf einen beliebigen Ordner und wählen Sie Im Terminal öffnen. In Terminal Typ:

su

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

Installieren Sie alle Pakete, die zum Erstellen von Kernelmodulen erforderlich sind:

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

Suchen Sie das Dropdown-Menü Geräte des Fensters VirtualBox VM (nicht in Debian Linux selbst) und wählen Sie das CD-Image Insert Guest Additions... (je nach Version von VirtualBox kann sich dieses Menü oben oder unten im Fenster befinden).

Zurück im Debian Linux *Terminal * mounten Sie die *Guest Additions * *iso * Datei, indem Sie *Terminal * eingeben:

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

Navigieren Sie zum eingebundenen Verzeichnis und führen Sie die Datei VBoxLinuxAdditions.run mit dem Flag --nox11 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 auslösen, die Sie zum Neustart des Systems auffordert. Dies geschieht durch Eingabe:

shutdown -r now

Stellen Sie nach dem Neustart sicher, dass die Installation erfolgreich war. In Terminal Typ:

lsmod | grep vboxguest

The installation was successful if the Terminal’s answer is something like vboxguest 358395 2 vboxsf. Read more about Guest Additions on the VirtualBox developer’s website.

Um das visuelle Erlebnis zu verbessern, tun Sie Folgendes:

Linux Terminal

Geschätzte Dauer: 60 Minuten.

Um sich mit Debian Linux vertraut zu machen, gehen Sie zum Menü Aktivitäten und finden Sie die Anwendungen LibreOffice-Writer, Firefox, die Software-Anwendung (Shopping Bag-Symbol) und den File-Manager (Dateicontainer-Symbol). Finden Sie weitere Anwendungen, indem Sie auf die vier Punkte links in der Menüleiste klicken - finden Sie den Text Editor? Um Debian Linux (d. H. Die VM) herunterzufahren, klicken Sie auf den oberen rechten Eckpfeil und drücken Sie das Power-Symbol.

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

  1. Gehen Sie zu *Anwendungen * und geben Sie * Terminal * in das Suchfeld ein, oder

  2. Öffnen Sie den File-Browser (Applications > Files - das Archivierungscontainersymbol), navigieren Sie zum Ordner, in dem Sie Terminal ausführen möchten, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den freien Bereich und mit der linken Maustaste auf Open in Terminal.

Terminal führt viele leistungsstarke native Linux-Befehle (UNIX) aus, was die robusteste Möglichkeit ist, Funktionen zu installieren und auszuführen. Es gibt ein paar Tutorials zum Erlernen der Verwendung von *Terminal * und eines der umfassendsten ist auf der * Linux Ubuntu * Website (Ubuntu basiert auf Debian Linux). Es wird dringend empfohlen, das Tutorial der Ubuntu-Community (geschätzte Dauer: 51 Minuten)] durchzugehen, um einige Inhalte dieses eBooks besser zu verstehen. Insbesondere merken Sie sich die Befehle cd (Verzeichnis ändern), su/sudo (Superuser), ls (listen) und mkdir (Verzeichnis erstellen).

Nutzerrechte

When installing software later, it is good practice to install it for your user account and not for root. Such system-relevant actions require superuser (su) rights. However, your default user name is not on the so-called sudoers list, which is essentially a file where all user accounts are listed that are authorized to use sudo in front of any command. So add your user account to the su-doers list by opening Terminal and typing:

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

Öffnen Sie eine neue Registerkarte Terminal (Shift + CTRL + T), die sich in Ihrem Standardbenutzerbereich mit Standardbenutzerrechten öffnen sollte. Überprüfen Sie, ob Ihr Konto auf der * Sudoers * Liste steht, indem Sie eingeben:

sudo -v

If visually nothing happens, you are good to go. Otherwise, if you get a message like Sorry, user [username] may not run sudo on [hostname]., verify that you correctly typed the above command and YOUR-USER-NAME (with correct cases).

VM Einstellungen

Ordnerfreigabe zwischen Host und Gast aktivieren

Geschätzte Dauer: 5-10 Minuten.

Die gemeinsame Nutzung von Daten zwischen dem Hostsystem (z.B. Windows 11) und dem Gastsystem (Debian Linux VM) ermöglicht die Übertragung von Dateien zu und von der VM zum Hostsystem.

share-folder

Der freigegebene Ordner wird dann im Files (Aktivitäten > Filing Cabin Symbol) links sichtbar sein (z.B. als sf shared).

A Permission denied message is likely to appear when you click on sf_shared. The message may appear because your user name is not assigned to the vboxsf group. The vboxsf is the one, which is automatically assigned for accessing the shared folder. To verify the group name, go to the shared folder, right-click in the free space, and select Permissions. A window with group names that have access to the shared folder opens. To add your username type (in Terminal):

sudo usermod -aG vboxsf YOUR-USER-NAME

Afterward, reboot the Debian Linux VM and test if you can access the folder, and create and modify files. More information on Permission denied errors is provided in the troubleshooting section on Erlaubnis verweigerte Nachrichten in Linux.

OpenGL aktivieren

VirtualBox ermöglicht experimentell OpenGL, das von vielen grafischen Benutzeroberflächen verwendet wird. Damit OpenGL auf einer virtuellen Maschine funktioniert, wird [X] installiert. Org X Window System](https://www.x.org/) (xserver):

sudo apt install xorg

Führen Sie Xorg als normalen Benutzer mit:

startx

Oder führen Sie Xorg als root (Superuser) mit:

sudo service gdm start

Um die Konfiguration von Xorg run zu bearbeiten:

sudo editor /etc/X11/xorg.conf

Fügen Sie Nvidia-Repositorys und Treiber hinzu (häufig nicht notwendig unter Debian 12+, weil das Installationsprogramm 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. Bei einem nicht-Nvidia- oder generischen Setup sind die GLVND-basierten Pakete:

sudo apt install libopengl0 libglx0 libglvnd0 libgl1-mesa-dri

Auf einem System, auf dem der proprietäre Nvidia-Treiber installiert ist (ersetzen Sie xxx durch die von nvidia-detect oder Driver Manager angezeigte Treiberserie, 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 integrierten Software-Manager (Aktivitäten > Shopping Bag Symbol). Der Software-Manager verwendet offizielle Releases im stabilen Debian-Repository (lesen Sie mehr über Listen der Quellen].

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

Anweisungen zur Installation bestimmter und Debian-kompatibler Software (z. B. QGIS) finden Sie direkt auf der Website der Softwareentwickler. Um beispielsweise Anaconda Python zu installieren, besuchen Sie docs.anaconda.com] und folgen Sie den Installationsanweisungen für Debian Linux.

The most popular software manager of Debian-based Linux distributions is called aptitude, which is the thing that you invoke when typing [sudo] apt [something]. There are more standard package managers, such as dpkg or synaptic (see the full list in the Debian package management faqs). To install a wide range of proprietary software (e.g., video conferencing tools), package management tools like snapd or flatpak can be useful. However, such third-party package managers are debated, and a more robust approach is to use apt whenever possible, or, if the software is not available through apt, look for 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 zur Visualisierung der CPU-Nutzung zu installieren, Typ:

sudo apt update
sudo apt install htop

Starten Sie htops CPU Monitor mit:

htop

Um das allgemeinere stacerTool zu installieren, geben Sie an:

sudo apt update
sudo apt install stacer

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

Paket-Repositories hinzufügen

Für das Hinzufügen von (vertrauenswürdigen) Software- (Paket-)Repositories verwenden Sie software-properties-common, das den Befehl add-apt-repository bereitstellt:

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

Pakete finden

Some software will run into errors because of missing library files (e.g., libGLX.so.0: No such file or directory). To find out what package needs to be installed for getting the missing library file, install apt-file

sudo apt install apt-file
sudo apt-file update

To find out the package name of a missing library file (e.g., libGLX.so.0), tap:

apt-file find libGLX.so.0

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

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

That means, to get the library file libGLX.so.0, the package libglx0-glvnd-nvidia must be installed; for instance:

sudo apt install libglx0-glvnd-nvidia

Update-Software

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

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

Dadurch werden die manuell installierte Software und die über snapd und flatpak] installierten Pakete nicht aktualisiert.

Windows Apps auf Linux

Geschätzte Dauer: 10-15 Minuten.

Die Anwendung Wine] bietet eine Windows-ähnliche Umgebung auf Linux-Systemen, die das Installieren und Ausführen von Windows-Anwendungen ermöglicht. Wein kann entweder über die praktischen Sandboxen wie Bottles] verwendet oder direkt auf Ihrem Linux-System installiert werden.

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

Bottles ist ein leistungsstarkes Tool, das isolierte Sandboxen für die Ausführung von Windows-Software bereitstellt, auch wenn die Weininstallation Ihres Systems fehlerhaft ist.] Um Flaschen (über Flatpak - empfohlen) einschließlich relevanter Vulkan-Bibliotheken zu installieren, starten Sie Terminal und tippen Sie:

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 laufen Flaschen:

flatpak run com.usebottles.bottles

Test mit relevanter Software für die numerische Simulation (z.B. BlueKenue und HEC-RAS):

  1. Create a folder for Windows installers, like ~/installers/WindowsSoftware/

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

    • Umwelt: Anwendung

    • **Name: HydroSoftware

    • Halten Sie es 64-bit

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

  • Kernschriften: allfonts

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

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

  1. Gehen Sie zurück zur Flasche und öffnen Sie die Einstellungen der Flasche:

  • Stellen Sie im Abschnitt **Komponenten ** sicher, dass der Runner (soda), DXVK, VKD3D und DXVK NVAPI aktiviert sind; LatencyFleX kann aktiviert werden, aber es ist nicht erforderlich; wenn die Dinge später **buggy ** sind, versuchen Sie ** DXVK ** auszuschalten (und daher auch VKD3D).

  • Aktivieren Sie im Abschnitt Display Discrete Graphics

  • Im Abschnitt Display > Erweiterte Einstellungen, deaktivieren Sie Virtual Desktop (für Stabilität); aktivieren Sie nur Fullscreen Mouse Capture, Mouse Warp und Window Manager Decorations; Sie möchten vielleicht den Renderer wechseln - diese Einstellung hatte keinen Einfluss auf unsere Tests, aber GDI soll die beste und stabilste Leistung erbringen

  • Im Abschnitt Performance deaktivieren Sie alles

  • Stellen Sie im Abschnitt Kompatibilität sicher, dass Windows 10 im Set (11 war während des Testens noch fehlerhaft) und alles andere deaktiviert ist

  • Im Abschnitt Snapshots deaktivieren Sie alles

  1. Laden Sie relevante Installateure herunter:

  • Für BlueKenue erhalten Sie das neueste Installationsprogramm wie im Telemac Forum beschrieben und speichern Sie es in ~/installers/WindowsSoftware/

  • Für HEC-RAS, gehen Sie zum HEC-RAS download page und downloaden und Installer in ~/installers/WindowsSoftware/; **Hinweis: In unseren Tests ist es uns nur gelungen, HEC-RAS 5.0.7 (oder früher) auszuführen - neuere Versionen früher oder später verursachten Fehler **

  1. Software in der Flasche installieren

  • Öffnen Sie die Flasche > Run Executable

  • Select the downloaded BlueKenue or HEC-RAS installer from ~installers/WindowsSoftware/

  • Installationspfad: Standard ist OK (z.B. C:\Program Files\HEC\...)

  • Fertiginstallateure

  1. Startsoftware:

  • Nach erfolgreicher Installation sollte neue Software im Abschnitt Programme der Flasche auftreten

  • Wenn nicht, scrollen Sie zum Abschnitt Tools, erweitern Sie Legacy Wine Tools und klicken Sie auf Explorer, um durch das Sandbox-System zu navigieren.

Software Ressourcen
Open Acces und Source
Software Ressourcen
Integrierte Entwicklungsumgebungen (IDE)