Table Of ContentGeschrieben mit dem Editor vi (1) auf einer Hewlett-Packard 90001
835S unter HP-UX (UNIX System V) im CIP-Pool 2, formatiert mit
LaTeX, ausgegeben auf einem Hewlett-Packard Laserjet IIISi unter
Verwendung von Postscript.
Geschützte Namen wie UNIX werden ohne Kennzeichnung verwendet.
Alle Programmbeispiele sind im Internet mittels Anonymous-FTP von
ftp. ciw. uni -karlsruhe. de, Verzeichnis Ipubl skriptuml ...
abrufbar, ebenso die angeführte Elektronische Literatur im Verzeichnis
/publ docs 1 . .. Die Programmbeispiele, bei denen keine Herkunft
angegeben ist, stammen von den Verfassern oder ihren Mitarbeitern und
dürfen beliebig verwendet werden (Public Domain), ohne irgendeine
Gewähr unsererseits für bestimmte Eigenschaften.
Wulf Alex· Gerhard Bemör
UNIX, C und
Internet
Modeme Datenverarbeitung
in Wissenschaft und Technik
Mit 25 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg GmbH
Dr.-Ing. Wulf Alex
Gerhard Bemör
Universität Karlsruhe
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik
und Mechanik
76128 Karlsruhe
[email protected]
ISBN 978-3-540-57881-9
Die Deutsche Bibliothek -Cip-Einheitsaufnahme
Alex, Wulf
UNIX, C & Internet: modeme Datenverarbeitung in Wissenschaft und Technik /
Wulf Alex ; Gerhard Bernör.
ISBN 978-3-540-57881-9 ISBN 978-3-662-10707-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-10707-2
NE: Bernör, Gerhard:
Dieses Werk ist urheberrechtlieh geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere
die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und
Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfliltigung auf anderen Wegen
und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser
Verwertung, vorbehalten. Eine VervielflUtigung dieses Werkes oder von Teilen dieses
Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des
Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der
jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhand
lungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1994
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem
Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche
Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten
wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B.
DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag
keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt
sich, für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils
gültigen Fassung hinzuzuziehen.
Satz: Reproduktionsfertige Vorlage der Autoren
SPIN: 10126777 62/3020 -5 4 3 210 - Gedruckt auf säurefreiem Papier
There is an old system called UNIX,
suspected by many to do nix,
but in fact it does more
than all systems before,
and comprises astonishing uniques.
Vorwort
Beim Schreiben haben wir an Leser mit wenigen Vorkenntnissen in der Elek
tronischen Datenverarbeitung (EDV) gedacht; die Einführung soll - wie FRITZ
REUTERs Urgeschicht von Meckelnborg - ok för Schaulkinner tau bruken sin. Für
die wissenschaftliche Welt zitieren wir aus dem Vorwort zu einem Buch des Ma
thematikers RICHARD COURANT: "Das Buch wendet sich an einen weiten Kreis:
an Schüler und Lehrer, an Anfänger und Gelehrte, an Philosophen und Ingeni
eure.", wobei wir ergänzen, daß uns dieser Satz eine noch nicht erreichte Verpflich
tung ist und vermutlich bleiben wird. Das Nahziel ist eine Vertrautheit mit dem
Betriebssystem UNIX, dem internationalen Computernetz Internet und der Pro
grammiersprache C, die so weit reicht, daß der Leser selbständig weiterarbeiten
kann. Ausgelernt hat man nie.
Der Text besteht aus sechs Teilen. Nach anfänglichen Schritten zur Ein
gewöhnung in den Umgang mit dem Computer beschreibt der erste Teil kurz die
Hardware, der zweite das Betriebssystem UNIX samt den wichtigsten Diensten
des Internets mit Bezügen auf MS-DOS und OS/2, der dritte die Programmier
sprache C mit Bezügen auf BASIC, FORTRAN und PASCAL, der vierte einige
Anwendungen und der fünfte Rechtsfragen im Zusammenhang mit der EDV. Ein
Anhang enthält Fakten, die man immer wieder braucht. Bei der Stoffauswahl
haben wir uns von unserer Arbeit als Benutzer und Verwalter eines internatio
nal vernetzten UNIX-Systems sowie als Programmierer vorzugsweise in C und
FORTRAN leiten lassen.
Hinsichtlich vieler Einzelheiten wird auf die Referenz-Handbücher zu den Re
chenanlagen und Programmiersprachen verwiesen. Wir wollen nicht den Text
durch Dinge aufblähen, die man besser dort nachschlägt. Den Umfang haben wir
auf rund 500 Seiten beschränkt, um den Leser nicht durch zu hohe Anforderun
gen an seinen Geldbeutel und an seine Zeit abzuschrecken. Alles über UNIX, das
Internet und C ist kein Buch, sondern ein Bücherschrank.
UNIX ist das erste und einzige Betriebssystem, das auf einer Vielzahl von
Computertypen läuft. Das ist sein größter Vorzug. Wir haben versucht, möglichst
unabhängig von einer bestimmten Anlage zu schreiben. Über örtliche Besonder
heiten müssen Sie sich daher aus weiteren Quellen unterrichten. In der Universität
KarIsruhe kommt dafür das UNIX Workstations Benutzerhandbuch des Rechen
zentrums in Frage. Anderenorts gibt es ähnliche Hilfen, oft in Form eines Textfiles.
In kritischen Fällen sollte man neueste Informationen einholen.
Das Internet ist das größte internationale Computernetz, eigentlich ein Zu
sammenschluß vieler regionaler Netze. Vor allem Universitäten und Behörden
sind eingebunden, zum Teil auch die Industrie. Wir gehen etwas optimistisch
vi
davon aus, daß jeder Leser einen Zugang zum Netz hat. Bei der gegenwärtigen
raschen Entwicklung ist der Netzzugang tatsächlich nur noch eine Frage von we
nigen Jahren. Diesem Buch liegt daher keine Diskette oder Compact Disk bei, die
Programme und ergänzende Texte stehen im Netz zur Verfügung.
Die Programmiersprache C ist - im Vergleich zu BASIC etwa - ziemlich ein
heitlich. Wir bemühen uns, die Programmbeispiele unter mehreren C-Compilern
zu testen und gegebenenfalls auf Unterschiede hinzuweisen. Ob C besser ist
als FORTRAN oder PASCAL oder sonst irgendeine neuere Programmierspra
che, darüber läßt sich end- und fruchtlos streiten, aber nicht mit uns. UNIX, das
Internet und C könnten unabhängig voneinander betrachtet werden, in der Praxis
jedoch sind sie miteinander verflochten.
An einigen Stellen gehen wir außer auf das Wie auch auf das Warum ein oder
zeigen, daß es andere Wege als die von UNIX und C begangenen gibt. Von Zeit
zu Zeit sollte man den Blick weg von den Bäumen auf den Wald richten, sonst
häuft man nur kurzlebiges Wissen an.
Man kann den Gebrauch eines Betriebssystems oder einer Programmierspra
che nicht ohne praktische Übungen erlernen - das ist wie beim Klavierspielen,
Kuchenbacken, Segeln oder bei einer Fremdsprache. Die Beispiele und Übungen
wurden auf einer Hewlett-Packard 9000/835S unter HP-UX (UNIX V) 8.0 und
einem PC der Marke Weingartener Katzenberg Auslese unter Microsoft DOS 6.2,
Microsoft Quick-C 2.5 und GNU gcc 2.5.7 sowie unter MINIX l.5 entwickelt. Als
Shell wurde die Korn-Shell (11/16/88) bevorzugt. Auf anderen Anlagen können
sich geringe Abweichungen ergeben.
Dem Text liegen eigene Erfahrungen aus fast vier Jahrzehnten Umgang mit
elektronischen Rechenanlagen und aus Kursen über BASIC, FORTRAN, C und
UNIX zugrunde. Wir haben auch die Hilfe anderer beansprucht und danken Kol
legen in den Universitäten Karlsruhe und Lyon sowie Mitarbeitern der Firmen
IBM und Hewlett-Packard für schriftliche Unterlagen und mündliche Hilfe, zwei
Nachwuchs-Informatikern für ihre bohrenden Fragen sowie zahlreichen Studenten
für Anregungen und Diskussionen. DR. IUR. ELKE L. BARNSTEDT, Univer
sität Karlsruhe, hat freundlicherweise das Kapitel Computerrecht beigesteuert.
Darüber hinaus haben wir nach Kräften das Internet angezapft und viele dort
umlaufende Guides, Primers, Tutorials und Sammlungen von Frequently Asked
Questions verwendet. Dem Springer-Verlag danken wir dafür, daß er uns geholfen
hat, aus einem lockeren Skriptum ein ernsthaftes Buch zu machen, ohne unsere
dichterische Freiheit zu beschneiden.
So eine Arbeit wird eigentlich nie fertig, man muß sie für fertig erklären, wenn
man nach Zeit und Umständen das Möglichste getan hat, um es mit JOHANN
WOLFGANG VON GOETHE zu sagen (Italienische Reise; Caserta, den 16. März
1787). Wir erklären unsere Arbeit für unfertig und bitten, die Mängel zu ent
schuldigen.
Weingarten (Baden), l. Juli 1994 Wulf Alex
Inhaltsverzeichnis
1 Über den Umgang mit Computern 1
1.1 Was macht ein Computer? . . . 1
1.2 Woraus besteht ein Computer? 4
1.3 Was muß man wissen? .. 5
1.4 Wie läuft eine Sitzung ab? ... 8
1.5 Wo schlägt man nach? . . . . . 10
1.6 Warum verwendet man Computer (nicht)? 12
2 Hardware 15
2.1 Prozessoren . . . . . . . . 15
2.1.1 Grundbegriffe... 15
2.1.2 Zentralprozessoren 16
2.1.2.1 Einzelprozessoren . 16
2.1.2.2 Parallelprozessoren 17
2.1.3 Koprozessoren........ 17
2.1.3.1 Arithmetikprozessoren 17
2.1.3.2 Grafikprozessoren, Signalprozessoren 19
2.2 Ein- und Ausgabe-Subsystem 19
2.3 Speicher........ 21
2.3.1 Grundbegriffe ..... 21
2.3.2 Arbeitsspeicher . . . . 22
2.3.2.1 ROM und RAM 22
2.3.2.2 Puffer und Caches 23
2.3.3 Massenspeicher . . . . . . . 23
2.3.3.1 Lochstreifen, Lochkarten . 23
2.3.3.2 Disketten...... 24
2.3.3.3 Magnetische Platten 25
2.3.3.4 Magnetbänder . 27
2.3.3.5 Optische Platten 27
2.3.3.6 Flash-Speicher 28
2.4 Terminals . . 28
2.4.1 Grundbegriffe...... 28
2.4.2 Bildschirme....... 29
2.4.2.1 Alphanumerische Bildschirme 30
2.4.2.2 Grafische Bildschirme 31
2.4.2.3 Farb-Bildschirme 31
2.4.2.4 Flachbildschirme 31
2.4.2.5 Projektoren 32
2.4.3 Tastaturen . 32
2.4.4 Mäuse ....... . 33
viü Inhaltsverzeichnis
2.4.5 Mikrofon, Lautsprecher. . 33
2.4.6 Einrichten eines Terminals 34
2.4.7 X-Terminals . 35
2.5 Drucker . . . . . . . 35
2.5.1 Grundbegriffe 35
2.5.2 Nadeldrucker 36
2.5.3 Tintendrucker . 36
2.5.4 Laserdrucker.. 37
2.5.5 Einrichten eines Druckers 37
2.6 Grafische Geräte ... . 38
2.6.1 Plotter ...... . 38
2.6.2 Digitalisiertabletts 38
2.6.3 Scanner ., 38
2.7 Akustische Geräte. 39
2.8 Sensoren - Aktoren 39
2.9 Datenübertragung. 39
2.9.1 Grundbegriffe 39
2.9.2 Direkte Verbindung (Nullmodem) 41
2.9.3 Akustikkoppler 42
2.9.4 Modems ........ . 42
2.10 Netze .............. . 42
2.11 Stromversorgung und Kühlung. 48
2.12 Erdung ......... . 50
2.13 Computerarten ........ . 51
2.13.1 Heim-Computer .... . 51
2.13.2 Personal Computer (PCs) 52
2.13.3 Workstations ..... 53
2.13.4 Mehrbenutzer-Systeme 53
2.13.5 Mainframes ... 53
2.13.6 Echtzeit-Systeme 54
2.13.7 Parallelcomputer 54
2.13.8 Verteilte Computer 54
2.13.9 Analogrechner. 55
2.14 Geschwindigkeit. 55
3 UNIX 57
3.1 Was macht ein Betriebssystem? ..... 57
3.1.1 Braucht man ein Betriebssystem? 57
3.1.2 Verwaltung der Betriebsmittel. 58
3.1.3 Verwaltung der Daten ..... 60
3.1.4 Einteilung der Betriebssysteme 60
3.1.5 Laden des Betriebssystems. 62
3.2 Das Besondere an UNIX 63
3.2.1 Die präunicische Zeit 63
3.2.2 Entstehung .... 64
3.2.3 Vor- und Nachteile 66
Inhaltsverzeichnis ix
3.2.4 UNIX-Philosophie. 67
3.2.5 Aufbau....... 68
3.3 Prozesse ......... . 69
3.3.1 Waß ist ein Prozess? 69
3.3.2 Prozesserzeugung (exec, fork) 71
3.3.3 Signale und Prozessbeendigung (kill, trap) 72
3.3.4 Selbständige Prozesse (nohup ) 73
3.3.5 Priorität (nice) ....... . 74
3.3.6 Dämonen .......... . 75
3.3.6.1 Waß ist ein Dämon? 75
3.3.6.2 Dämon mit Uhr (cron) . 75
3.3.6.3 Line Printer Scheduler (lpsched) 76
3.3.6.4 Internet-Dämon (inetd) 76
3.3.7 Übung 76
3.4 Files 78
3.4.1 Filearten ........... . 78
3.4.2 File-System - Sicht von unten 79
3.4.3 File-System - Sicht von oben 80
3.4.4 Zugriffsrechte .. 84
3.4.5 Set-User-ID-Bit ... 85
3.4.6 Inodes und Links . . 87
3.4.7 stdin, stdout, stderr . 89
3.4.8 Umlenkung . . . . . 90
3.4.9 Pipes......... 91
3.4.10 Schreiben und Lesen von Files . 91
3.4.11 Packer und Archivierer (compress, gzip, tar, gtar) 92
3.4.12 Weitere Kommandos 93
3.4.13 Übung ..... . 95
3.5 Shells ............ . 96
3.5.1 Gesprächspartner.. 96
3.5.1.1 Kommandointerpreter 96
3.5.1.2 Umgebung ..... . 101
3.5.1.3 Vergleich sh - csh - ksh -bash -tcsh - zsh - rc 104
3.5.2 Shellscripts .. 104
3.5.3 Übung........... 115
3.6 Benutzer-Oberflächen....... 116
3.6.1 Kommandozeilen-Eingabe 116
3.6.2 Menüs........... 116
3.6.3 Fenster (Windows), curses-Bibliothek . 117
3.6.4 OSF jMotif ....... . 118
3.6.5 Multimediale Oberflächen 120
3.6.6 Werkzeuge für Behinderte 121
3.7 X-Window-System 121
3.7.1 Zweck ... . 121
3.7.2 Übung ... . 123
3.8 Writer's Workbench . 125
x Inhaltsverzeichnis
3.8.1 Zeichensätze oder die Umlaut-Frage. 125
3.8.2 Reguläre Ausdrücke ...... . 128
3.8.3 Editoren (ed, ex, vi, elvis, vim) 129
3.8.4 Mehr als ein Editor (emacs) 132
3.8.5 Stream-Editor (sed) ... 132
3.8.6 Listenbearbeitung (awk) .. 133
3.8.7 Formatierer (nroff) . . . . . 135
3.8.8 Weitere Werkzeuge (grep, diff, sort usw.) 137
3.8.9 MS-DOS-Textfiles . . 139
3.8.10 Druckerausgabe (lp) 140
3.8.11 Übung ....... . 142
3.9 Programmer's Workbench . 143
3.9.1 Compiler und Linker (cc, ccom, ld, lint, cb) 144
3.9.2 Unentbehrlich (make) . 145
3.9.3 Debugger (xdb) ..... . 146
3.9.4 Profiler (time, gprof) .. . 147
3.9.5 Bibliotheken, Archive (ar) 148
3.9.6 Weitere Werkzeuge . . . . 150
3.9.7 Programmverwaltung mit SCCS und RCS 151
3.9.8 Übung.... 152
3.10 Grafik ....... . 156
3.10.1 Grundbegriffe 156
3.10.2 GNUplot ... 157
3.10.3 Graphical Kernel System (GKS) . 158
3.10.4 PHIGS ....... . 159
3.11 Kommunikation . . . . . . . . . 159
3.11.1 Message (write, talk) .. 159
3.11.2 Mail (mail, mailx, elm) . 160
3.11.3 Neuigkeiten (news) . 161
3.11.4 Message of the Day . 161
3.11.5 Übung ... . 161
3.12 Netze .......... . 162
3.12.1 Grundbegriffe .. 162
3.12.2 Schichtenmodell. 164
3.12.3 Protokolle (TCP /IP) 165
3.12.4 Internet ...... . 167
3.12.4.1 Entstehung 167
3.12.4.2 Anschriften und Namen, Name-Server 168
3.12.4.3 Datagramme 170
3.12.5 Bitnet, EARN ...... . 170
3.12.6 Belwue .......... . 170
3.12.7 Netzdienste im Überblick. 171
3.12.8 Terminal-Emulatoren (cu, telnet, rlogin) 172
3.12.9 File-Transfer (kermit, ftp, fsp) 173
3.12.10 Anonymous-FTP 174
3.12.11 Electronic Mail ....... . 176
