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KanoOS – Kindgerechtes Betriebssystem für Einsteiger

Der Raspberry Pi war von jeher als eine Lernplattform gedacht, auf der Neueinsteiger an hardwarenahe Programmierung herangeführt werden sollten. Als kostengünstiger Minicomputer hat sich die Plattform allerdings auch für generelle Unterrichts- und Bildungszwecke bewährt. Daraus resultierten auch Betriebssystemvarianten, die speziell auf diese Bedürfnisse zurechtgeschnitten sind.

Einen solchen expliziten Bildungs-Fokus besitzt beispielsweise Kano OS. Kano trat 2013 mit einem nur 150 Euro teurem Kickstarter-Kit erstmals an, um eine kostengünstige Bausatz-Lösung zum Erstellen eines eigenen Computers – inklusive Tastatur und Lautsprecher – auf Basis eines Raspberry Pi auch für finanziell schwächer Gestellte und in Dritte-Welt-Ländern zu ermöglichen. Insbesondere Kinder sollen hiermit auf einfach zu erlernendem Weg an Computer herangeführt werden. Entwickelt worden sei das Kano Kit nach Angabe der Entwickler für Menschen jeden Alters, aber es habe sich gezeigt, dass es vor allem Kinder zwischen 6 und 14 Jahren anspricht.

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Speziell auf diese Zielgruppe zielt auch das Kano OS: Ein kindgerechtes Betriebssystem auf Basis von Debian Linux, mit dem auch Kinder im Alter um 10 Jahren problemlos umgehen können, um so auf verspielte Art und Weise an den Umgang mit Computern zu erlernen. Mittlerweile ist Kano OS in verschiedenen, auf die Raspberry-Pi-Modelle 1, 2 und 3 optimierten Ausführungen sowie einer spanischsprachigen Version erhältlich. In allen Varianten enthalten ist eine Software, die Grundlagen des Programmierens lehren soll, indem Blöcke hin- und hergeschoben werden – eine simplifizierte Variante des in Raspbian enthaltenen Scratch 2.0. Die zum Zeitpunkt dieses Artikels aktuellste Release-Version des Betriebssystems ist Kano 4.3.2 (September 2019).

PiNet, die vernetzte Klassenzimmerlösung

Als eine „Klassenzimmerlösung“, die den Bildungsgedanken gerade für Schulkinder im Vordergrund behält, versteht sich dagegen PiNet, das ebenfalls auf Ubuntu aufsetzt.

PiNet ist ein Raspberry-Pi-OS, das als Client-System über ein lokales Netzwerk gebootet werden kann, während ein Ubuntu-PC als Host dient. Anwender können damit ein günstiges, Raspberry-Pi-basiertes Netzwerksystem anlegen: Useraccounts werden zentral auf einem Server gespeichert, Anwender melden sich an einem beliebigen PiNet-Rechner innerhalb des LAN-Netzes an und erhalten umgehend Zugriff auf Ihre individuellen Daten und die am Account installierte Software.

Aus Gründen von Bandbreite und Geschwindigkeit unterstützt PiNet ausschließlich Ethernet-Verbindungen, ein Support für WiFi-Dongles existiert offiziell nicht. PiNet unterstützt die Raspberry Pi Modelle 2 und 3 in ihren jeweiligen Varianten. Lange Zeit zählte PiNet auch zu den in NOOBS implementierten Betriebssystemen. Inzwischen wird das Betriebssystem allerdings nicht mehr als ein komplett eigenes OS gepflegt, seit 2016 sah auch das Blog keine weiteren Staus-Updates mehr.Zuletzt wurde empfohlen, PiNet einfach auf eine frische Ubuntu-16.04-Installation aufzusetzen.

IchigoJam BASIC: Old-School-Programmierung auf dem Raspberry Pi

Als das Raspberry Pi 2012 erstmals auf dem Markt erschien, verglichen viele Computermagazine den kleinen Einplatinenrechner mit den klassischen Heimcomputern der 80er Jahre: Wie C64, Sinclair Spectrum, Apple II & Co hatte auch der Raspberry Pi das Ziel, Computerneulingen moderne Hardware und Softwareprogrammierung näher zu bringen. Im Gegensatz zu den alten Plattformen stützt sich der Raspberry Pi allerdings vorrangig auf Linux, während die alten 8-Bit-Heimcomputer meistens mit BASIC programmiert und betrieben wurden – einer einfach aufgebauten Programmiersprache, die dazu dienen sollte, möglichst schnell Softwareprogrammierung zu erlernen.

Genau diesen Ansatz verfolgt das japanische IchiGoJam-Projekt: Mit Hilfe eines leicht zu erlernenden BASIC-Interpreters sollen Kinder wie anno dazumal möglichst schnell den Umgang mit Programmiersprachen und der hardwarenahen Programmierung erlernen. IchiGoJam-BASIC gibt es in zwei Ausführungen: Als Teil eines Mikrocomputer-Kits auf Basis eines ARM Cortex-M0 basierten LPC1114-Mikrocontrollers von NXP und als vorgefertigtes Image für den Betrieb auf einem Raspberry Pi. In Version 1.4.2 (Stand: 15. Mai 2019) sind Programmierer mit dem BASIC auf allen Raspberry Pi 1, 2, 3 und Zero-Modellen in der Lage, die vorhandenen LEDs anzusteuern sowie diverse Schnittstellen (I/O, PWM, I2C und UART) anzusprechen. Eine Übersicht über die in IchigoJam BASIC 1.4 enthaltenen Befehle sowie ein Reference Guide sind online aufrufbar.

Arch Linux: Zuschneidbares OS für Fortgeschrittene und Profis

Auch wenn es langsam ein wenig in die Jahre kommt, ist Arch Linux weiterhin bei vielen Hobbyentwicklern in der Linuxszene als flexibles, ressourcensparendes Betriebssystem beliebt. Schon seit den ersten Tagen des Raspberry Pi hat sich diese Linuxvariante als eine beliebte Variante als Raspberry Pi Betriebssystem etabliert.

Das liegt nicht nur an seinem hohen Grad an individueller Anpassbarkeit, sondern ebenfalls an dem Umstand, dass das OS auch in für ARMv6, ARMv7 und ARMv8-Architekturen optimierten Distributionen vorliegt – darunter auch speziell vorgefertigte Pakete für die ARMv6-, ARMv7- und ARMv8-basierten Varianten des Raspberry Pi. Das macht es es speziell für den Umgang mit dem Raspberry Pi und anderen artverwandten Single Board Computern gut geeignet, da es alle auf dem Markt verfügbaren Varianten – vom High-Ent Modell Raspberry Pi 3B+ bis zum leichtgewichtigen Raspberry Pi Zero W – unterstützt.

Im Laufe der Zeit wurde das Betriebssystem immer mehr für die Hardware des Einplatinenrechners optimiert: So unterstützt Arch Linux die Pi-Kamera-Schnittstelle und die GPOI-Pins.

Diese Linuxvariante lässt sich auch sehr stark auf individuelle Bedürfnisse anpassen, was sie gerade für viele Bastlerprojekte attraktiv macht. Arch Linux schöpft auch die Möglichkeiten der auf dem Leistungs-Zugpferd Raspberry Pi 3B+ eingesetzten ARMv8-Architektur vollumfänglich aus.

Die große Flexibilität des Betriebssystems ist aber auch gleichzeitig eine der größten Hürden, denn Arch Linux ist alles andere als einsteigerfreundlich. Eine GUI ist nativ nicht vorhanden, das ressourcenarme OS bootet direkt in die Kommandozeile. Für die Bedienung wird bereits ein umfassendes Linux-Grundwissen vorausgesetzt: anders als Raspbian hält Arch Linux kein benutzerfreundliches Konfigurationsmenü bereit, alles muss von Hand eingerichtet werden.

Wer allerdings bereits mit den Feinheiten des Systems vertraut ist, für den ist Arch Linux sehr attraktiv: Es lässt sich gezielt nur auf die Funktionen, die auch wirklich für ein Projekt benötigt werden, zurechtstutzen, wodurch mehr Rechenleistung und Speicher für die eigentlichen Anwendungen bleiben.

Für Security-Ansprüche: Kali und Alpine Linux

Kali Linux ist eine vergleichsweise junge Linux-Distribution, um die sich aber schnell eine große Fangemeinde gebildet hat. Das 2013 erstmals veröffentlichte Betriebssystem basiert ursprünglich auf Debian und ist speziell auf Sicherheitstests und –anwendungen optimiert.

Kali Linux wurde schnell auf diverse Prozessorarchitekturen angepasst und unterstützt seit Version 1.0.9 (August 2014) auch den Raspberry Pi B+ und alle folgenden Modelle. Der derzeit aktuellste „Rolling Release“, Kali 2020.2 (Stand 12. Mai 2020), enthält zahlreiche speziell auf ARM-Prozessoren zugeschnittene Verbesserungen lässt sich auch auf sämtlichen Raspberry-Pi-Modellen installieren. Eine SD-Karte von mindestens 8 GByte Speicherplatz ist allerdings Grundvoraussetzung für einen effizienten Betrieb.

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Zudem gibt es bereits explizit auf ARM-Chipsätze abgespeckte Kali Light Distributionen auf der Kali Linux Release Download Page. Je nach dem, wie umfangreich es sein soll, kann man sich so einfach ein für die jeweilige Zielplattform passendes vorgefertigtes Kali-Linux-Image herunterladen.

Ebenfalls vergleichsweise jung ist das Security-orientierte Alpine Linux . Das OS ist um die C-Standard-Bibliothek musl und das Programm busybox herum aufgebaut. Das macht die Distribution trotz Verwendung einer GUI sehr leichtgewichtig, so dass das vollständig installierte Betriebssystem von Grund auf nicht mehr als 130 MByte einnimmt. Der Kernel verwendet eine eigene proprietäre Variante von grsecurity/PaX , die speziell auf Hackerschutz und andere proaktive Securitymaßnahmen abzielt.

Seit Version 3.2.0 ist Alpine Linux auch offiziell auf den verschiedenen Varianten von Raspberry Pi 2 und 3 lauffähig. Die derzeit aktuellste, stabile Version (Stand 23. April 2020) ist Alpine 3.11.6, wobei einzelne Bibliotheken, wie beispielsweise ein Docker-Upgrade, auch in neueren Versionen vorliegen.

Auch wenn das Betriebssystem selbst recht schlank daherkommt, sind Setup und Installation auf einer für Raspberry Pi geeigneten microSD-Karte doch eher komplex. Das hauseigene Wiki von Apline Linux stellt eine detaillierte Installationsanleitung für Raspberry Pi 2 Model v1.2, Raspberry Pi 3, das Compute Module 3 sowie das Raspberry Pi 4B bereit. Die Installation sei aber nur geübten Linux-Anwendern empfohlen.

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