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Xubuntu und Lubuntu mit uralten CPUs nutzen

22.10.2014 | 13:03 Uhr |

Generell kommen die schlanken Ubuntu-Varianten Xubuntu und Lubuntu auch für ältere Rechner in Frage. Mit richtig alten CPUs ohne die Erweiterung PAE laufen die Ubuntu-Versionen 14.04 LTS aber nicht ohne Weiteres.

Viele Rechner und Notebooks, die jahrelang mit Windows XP oder davor sogar mit Windows 2000 liefen, sind trotz ihres Alters einfach zu schade zum Entsorgen. Beispielsweise IBM Thinkpads und Panasonic Toughbooks, die aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und haltbaren Konstruktion Kultstatus beanspruchen.

Alte solide Hardware mit hoher Verarbeitungsqualität altert in Würde – im Gegensatz zu vielen aktuellen Modellen, die zwar viel Leistung bieten, aber aufgrund billiger Bauweise kaum mehr als ein paar Jahre überstehen. Eigentlich wären auch moderne Linux-Distributionen durchaus in Lage, den altbewährten Geräten noch mal für ein paar Jahre neues Leben einzuhauchen, sei es als Surfstation, Bittorrent-Client, Datei-Server oder als Entwickler-Server im lokalen Netzwerk ganz ohne grafische Oberfläche. Einsatzgebiete gibt es genug.

Hardware-Recycling: Dieser Dell Pavillon von 2003 mit Pentium M ist solide gebaut und gerade noch stark genug, um ein Ubuntu mit LXDE oder XFCE auf den Desktop zu stemmen.
Vergrößern Hardware-Recycling: Dieser Dell Pavillon von 2003 mit Pentium M ist solide gebaut und gerade noch stark genug, um ein Ubuntu mit LXDE oder XFCE auf den Desktop zu stemmen.

Gerade die populären Linux-Distributionen wie Ubuntu haben aber Altgeräte nicht mehr im Sinn: Die mitgelieferten Linux-Kernel verlangen meist als Mindestvoraussetzung einen 32-Bit-Prozessor mit der Erweiterung „Physical Address Extension” (PAE) zur Adressierung von Arbeitsspeicher jenseits von drei GB. Bei CPUs, die diese Erweiterung noch nicht haben, gelingt schon der Start des installierbaren Live-Systems nicht. So setzt Ubuntu seit Version 12.04 die CPU-Erweiterung PAE in allen seinen Standard-Varianten mit Unity-Desktop voraus, zumal diese Umgebung auf alten PCs sowieso nicht oder nur sehr langsam läuft. Xubuntu 12.04 und Lubuntu 12.04 blieben vorerst noch bei einem Kernel ohne PAE, doch hat sich dies ab Version 12.10 geändert: Auch das genügsame Lubuntu setzt nun auf einen PAE-Kernel. Einige Versionen des Intel Pentium M und Celeron M, die ein Lubuntu oder generell ein Ubuntu als Server im Textmodus noch stemmen könnten, bleiben außen vor.

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PAE – Physical Address Extension

Frühe Generationen von 32-Bit-CPUs, angefangen mit dem Intel 80386, konnten nicht mehr als maximal vier GB RAM (2 hoch 32 Bytes) adressieren, denn diese Prozessorarchitektur arbeitet mit 32 Bit langen Adressen. Für mehr Speicher sind keine weiteren Adressen vorhanden. Im Server-Bereich waren aber bereits mehr als vier GB Arbeitsspeicher üblich, und Intel entwickelte deshalb 1995 für den Pentium Pro die Adresserweiterung PAE, die über die 4-GB-Grenze des adressierbaren Speichers hinauskam. PAE vergrößert bei 32-Bit-Prozessoren den Adressraum von 32 Bits auf 36 Bits, und der maximal ansprechbare Arbeitsspeicher wächst damit auf 2 hoch 36 Bytes – also 64 GB. Die Erweiterung gelingt über eine interne Adressierung von Speicherseiten mit einer 64 Bit langen Adresse. Allerdings muss trotzdem die Größe der Adresstabellen Page-Directory und Page-Table gleich bleiben, denn eine Ausdehnung ist technisch nicht möglich. Es passen also nur noch die Hälfte der Adressen in die verfügbaren Tabellen.

Die erste CPU mit Physical Address Extension: Mit dem Pentium Pro wollte Intel 1995 in den Server-Markt einsteigen und entwickelte diese Pentium-Variante mit erweiterter Paging-Einheit.
Vergrößern Die erste CPU mit Physical Address Extension: Mit dem Pentium Pro wollte Intel 1995 in den Server-Markt einsteigen und entwickelte diese Pentium-Variante mit erweiterter Paging-Einheit.
© Intel

Um dies auszugleichen, schaltet PAE der Speicherverwaltung eine weitere Tabelle vor (Page-Directory-Pointer-Tabelle), und der resultierende Adressbereich wächst auf 64 GB. PAE ist zwar ein Merkmal der CPU, das Intel mit dem Pentium Pro und AMD erst 1999 mit dem Athlon (K7) einführte. Damit effektiv mehr Speicher zur Verfügung steht, müssen auch die anderen Systemkomponenten wie der Chipsatz der Hauptplatine die erweiterte Adressierung unterstützen. Bei älteren Hauptplatinen, die nicht für den Server-Markt hergestellt wurden, blieb der Chipsatz hinter den Möglichkeiten zurück. Bei vier GB war deshalb oft wegen der Einschränkung der Hauptplatinen Schluss, und der Pentium Pro konnte seine Fähigkeiten selten ausspielen. Erst mit späteren Prozessor-Generationen zogen die Chipsätze nach, und seit der 64-Bit-Architektur tritt dieses Problem generell nicht mehr auf.

PAE im Linux-Kernel

Nicht nur der Prozessor, auch das verwendete Betriebssystem muss PAE unterstützen, damit die Erweiterung funktioniert. Das System muss den größeren physischen Adressraum für die laufenden Prozesse in virtuellen Adressen abbilden. Auch wenn jeder 32-Bit-Prozess weiterhin nur maximal nur die üblichen 4 GB nutzen kann, so steht der gesamte physische Speicher für die gesamte Anzahl der laufenden Prozesse bereit. Microsoft nahm eine eingeschränkte PAE-Unterstützung bis vier GB ab Windows XP (32 Bit) mit in seine Betriebssysteme auf. Linus Torvalds wurde 1998 auf Intels Adresserweiterung aufmerksam: Der erste Kernel, der PAE voll nutzen konnte, trug Ende 1999 die Versionsnummer 2.3.23. Die PAE-Fähigkeiten des Linux-Kernels werden durch eine Build-Option aktiviert.

Ein Kernel, der mit PAE gebaut wurde, setzt dann aber zwingend einen PAE-Prozessor mit 32 Bit oder gleich eine 64-Bit-CPU voraus und läuft auf anderen Prozessoren nicht. Dies bleibt aber weiterhin eine Option, denn die 32-Bit-Versionen des Kernels lassen sich bis heute auch ohne PAE kompilieren. Anders sieht es bei den aktuellen Linux-Distributionen aus: Da viele Distributionen nicht mehr speziell alte Hardware unterstützen wollen, sparen sich die Entwickler heute meist die Pflege eines separaten 32-Bit-Kernels ohne PAE. Seit 2012 sind PAE-Kernel bei Fedora, Ubuntu & Co. selbstverständlicher Standard. Distributionen, die weiterhin einen Non-PAE-Kernel mit ausliefern, sind Debian, Slackware und weitere Linux-Systeme, die auf diesen beiden basieren.

Kein PAE – kein Systemstart von Ubuntu 14.04 oder Linux Mint 17: Diese Meldung ist zu sehen, wenn die 32-Bit-Varianten dieser Distributionen einen Prozessor ohne PAE-Fähigkeiten vorfinden. Damit bleibt der Bootvorgang stehen.
Vergrößern Kein PAE – kein Systemstart von Ubuntu 14.04 oder Linux Mint 17: Diese Meldung ist zu sehen, wenn die 32-Bit-Varianten dieser Distributionen einen Prozessor ohne PAE-Fähigkeiten vorfinden. Damit bleibt der Bootvorgang stehen.

Unterstützt der Prozessor PAE?

Bei einer bestimmten, in großen Stückzahlen verbauten Generation von Intels Mobilprozessoren aus den Jahren 2003 bis 2005 ist es ohne empirischen Test gar nicht leicht zu bestimmen, ob der Prozessor PAE beherrscht oder nicht. Die schwierigen Modelle sind Pentium M und Celeron M mit den stromsparenden Prozessorkernen „Banias“ und „Dothan“. Denn je Revision gibt es PAE bei einer bestimmten Serie mit höheren Taktfrequenzen ab 1,4 MHz, bei vielen Einsteigermodellen für billigere Notebooks dagegen nicht. Generell ist PAE in den CPU-Flags angegeben. In einem Linux-System können Sie sich diese Prozessormerkmale in einem Terminal-Fenster mit dem Befehl:

grep --color pae /proc/cpuinfo

ansehen. Zeigt die Ausgabe des Befehls „pae“ an, dann werden auf dem Rechner auch die aktuellen Distributionen wie Ubuntu 14.04 LTS grundsätzlich funktionieren. Wenn nicht, dann ist die Auswahl möglicher Linux-Systeme eingeschränkt, und ein aktuelles Ubuntu kommt meist nicht mehr in Frage.

Nach erfolgreicher Installation: Der Installer übernimmt manuell ergänzte Bootoptionen standardmäßig ins einrichtete System, wie dieser Blick in die Datei „/proc/cmdline“ zeigt, welche alle aktuell aktiven Bootparameter auflistet.
Vergrößern Nach erfolgreicher Installation: Der Installer übernimmt manuell ergänzte Bootoptionen standardmäßig ins einrichtete System, wie dieser Blick in die Datei „/proc/cmdline“ zeigt, welche alle aktuell aktiven Bootparameter auflistet.

Ubuntu 14.04 LTS: PAE erzwingen

Die Intel-Prozessoren Pentium M und Celeron M sind aber für Überraschungen gut: Denn in späteren Generationen haben die CPUs durchaus schon die erweiterte Paging-Einheit für PAE, geben dies aber nicht über die CPU-Flags an. Vermutlich handelt es sich bei diesen versteckten Fähigkeiten schlicht um eine Nachlässigkeit von Intel. Über die Abfrage Flags lässt sich PAE dort nicht feststellen, aber der Linux-Kernel kann PAE-Fähigkeiten trotzdem erzwingen. Die Ubuntu-Entwickler haben speziell für diese Prozessorsorte die neue Bootoption „forcepae“ aufgenommen. Dies ist ein kleines Entgegenkommen für jene Anwender, die ein Xubuntu/Lubuntu beziehungsweise ein Linux Mint mit Mate oder XFCE auf älterer Hardware installieren möchten. Ein normaler Start der installierbaren Live-Systeme schlägt auf diesen Prozessoren mit einem hängenden Bootbildschirm oder mit der Meldung „This kernel requires the following features not present on the CPU: pae“ zunächst fehl.

Neuer Startparameter für Ubuntu 14.04 und dessen Varianten: Mit der ergänzten Bootoption „forcepae“ versucht der Kernel PAE zu erzwingen, was bei vielen Pentium-M-CPUs gelingt.
Vergrößern Neuer Startparameter für Ubuntu 14.04 und dessen Varianten: Mit der ergänzten Bootoption „forcepae“ versucht der Kernel PAE zu erzwingen, was bei vielen Pentium-M-CPUs gelingt.

Auf dem Startbildschirm von Xubuntu/Lubuntu 14.04 LTS unterbrechen Sie nach der Sprachauswahl den Bootvorgang mit einem Druck auf die Taste F6. Wählen Sie aber keine der Optionen aus, sondern drücken Sie die Esc-Taste, um jetzt den editierbaren Bootbefehl mit allen Parametern angezeigt zu bekommen. Ganz am Ende hinter „--“ hängen Sie den Parameter „forcepae“ (ohne Anführungszeichen) an und starten dann mit einem Druck auf Enter. Auf Intel-CPUs mit versteckten PAE-Fähigkeiten wird das System jetzt korrekt starten und sich installieren lassen. Die Vorgehensweise bei Linux Mint 17 ist genauso, nur dass Sie dort die Tabulator-Taste auf dem Bootbildschirm drücken müssen, um den Parameter „forcepae“ anzufügen. Und keine Sorge: Der Installer übernimmt den manuell angegebenen Parameter bei installierten System automatisch als Standard-Bootoption.

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Ubuntu 12.04 LTS: Zuflucht bis 2017

Was tun, wenn der Prozessor tatsächlich zu alt für PAE ist und auch der Versuch scheitert, ein Ubuntu 14.04 LTS mit „forcepae“ zu starten? Mit Ubuntu und seinen Varianten stehen ab Version 12.10 keine alternativen Kernel-Versionen ohne PAE mehr bereit, und eine Installation kommt auf wirklich alter Hardware nicht in Frage. Es bleibt aber noch Ubuntu 12.04 LTS, das als Version mit Langzeit-Support noch bis April 2017 mit Updates und Sicherheits-Patches versorgt wird und damit also noch fast drei Jahre aktuell bleibt. Anders als bei den Nachfolgern gibt es für diese Version noch einen Kernel ohne PAE – allerdings nicht in den regulären Live-Systemen mit grafischen Installer, sondern nur im minimalen Installationsabbild Mini.iso der 32-Bit-Version. Hier ist weiterhin ein Non-PAE-Kernel enthalten.

Ubuntu-Installation auf Altgeräten: Das Installationsabbild Mini.iso von Ubuntu 12.04 LTS liefert noch einen Non-PAE-Kernel mit. Das Setup ist textbasiert, erlaubt aber die Zusammenstellung eines Systems über diese Paketauswahl.
Vergrößern Ubuntu-Installation auf Altgeräten: Das Installationsabbild Mini.iso von Ubuntu 12.04 LTS liefert noch einen Non-PAE-Kernel mit. Das Setup ist textbasiert, erlaubt aber die Zusammenstellung eines Systems über diese Paketauswahl.

Im Gegensatz zu den üblichen Ubuntu-Varianten, die als Live-System vorliegen, liefert diese Mini.iso einen textbasierten Installer für Fortgeschrittene im Stil von Debian. Die Paketauswahl bleibt dabei dem Anwender überlassen: Über ein Menü kann man die gewünschten Paketgruppen für den anvisierten Einsatzzweck auswählen, beispielsweise für die Installation eines Ubuntus mit LXDE-Desktop, XFCE-Desktop oder auch als Server ohne grafische Oberfläche. Die Pakete bringt das Installationsabbild jedoch nicht mit, diese müssen während der Einrichtung des Systems von den Ubuntu-Servern heruntergeladen werden. Eine flotte Internetverbindung ist deshalb empfehlenswert, da sonst die Installation sehr lange dauert. Das mit der Mini.iso eingerichtete Ubuntu 12.04 mit Non-PAE-Kernel ist damit für Alt-PCs geeignet und kann bis zu 3,2 GB RAM adressieren, der Rest der maximal 4 GB geht als Overhead verloren. Für Alt-PCs sollte ein schlanker Desktop („Lubuntu minmal installation“ oder „Xubuntu desktop“) als Paketgruppe gewählt werden. Ein fertig installiertes System kommt je nach Paketauswahl mit wenig Platz auf der Festplatte aus. Ab zwei GB Plattenplatz ist eine Installation sinnvoll. Im Netz findet sich ein fehlerbereinigtes Mini.iso aus den nachgereichten Precise-Updates startklar im Multibootmenü. Ältere Versionen des Ubuntu-12.04-LTS-Mini.iso enthalten einen Bug und hängen sehr lange beim Aufbau der Paketlisten. Die Download-Adresse des fehlerbereinigtem Mini.iso lautet http://us.archive.ubuntu.com/ubuntu/dists/precise-updates/main/installer-i386/current/images/netboot/mini.iso (27 MB).

Dieser Artikel stammt aus der LinuxWelt 5/2014

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