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Raspberry-Pi-OS mit 64 Bit – Lohnt sich der Umstieg?

19.06.2022 | 09:15 Uhr | Thorsten Eggeling

Ein 64-Bit-System verspricht theoretisch mehr Leistung, was sich aber nicht sofort und nicht in allen Bereichen einlösen lässt. Trotzdem ist der Umstieg auf 64 Bit für die meisten Raspberry-Besitzer zumindest langfristig ratsam.

Das Standard-Betriebssystem für den Raspberry Pi heißt Raspberry-Pi-OS . Seit Anfang 2022 ist das System nun auch als 64-Bit-Variante verfügbar – nach mehr als zwei Jahren Entwicklung. Ein 64-Bit-System bietet bei einigen Einsatzzwecken Vorteile, eignet sich aber nicht für jeden Nutzer und jedes Gerät. Was beim Umstieg zu beachten ist, erfahren Sie in diesem Artikel.

Die Vorteile eines 64-Bit-Systems

Bei den meisten Linux-Distributionen sind 64 Bit inzwischen Standard, teilweise gar keine 32-Bit-Editionen mehr verfügbar. 64-Bit-CPUs für Desktop-PCs und Notebooks (Intel/AMD-CPU) gibt es seit fast 20 Jahren, sodass kaum noch ein Rechner 32-Bit-Betriebssysteme benötigt.

Die ersten Raspberry-Pi-Modelle waren mit einer 32-Bit-Arm-CPU bestückt, beispielsweise der Raspberry Pi 1 von 2013/2014 und auch noch der erste Raspberry Pi 2 Modell B von 2015. Neuere Geräte wie der Raspberry Pi Zero 2, Pi 3 und Pi 4 verwenden eine 64-Bit-CPU.

Der Vorteil eines 64-Bit-Betriebssystems auf einer 64-Bit-CPU liegt im vergrößerten Adressbereich. Theoretisch kann ein Arbeitsspeicher mit 2 hoch 64 Speicherzellen genutzt werden (16 Exbibyte). Bei 32 Bit sind es 2 hoch 32, was den nutzbaren Hauptspeicher auf vier GiB (Gibibyte) begrenzt. Durch ein paar Tricks, beispielsweise ARM Large Physical Address Extension (LPAE), können allerdings auch 32-Bit-Systeme die zur Zeit maximalen acht GB RAM des Raspberry Pi 4 nutzen. Einem einzelnen Prozess stehen davon dann jedoch nur drei GB zur Verfügung (ein GB ist vom System reserviert), bei einem 64-Bit-System hingegen die vollen acht GB.

Das ist Theorie: Denn es gibt nur sehr wenige Programme, die drei GB oder gar acht GB nutzen. Bei speicherintensiven Anwendungen, etwa dem Webbrowser Chromium, läuft jeder Tab in einem eigenen Prozess und jeder davon belegt nur wenige hundert MB RAM. Intensiven Gebrauch vom Hauptspeicher machen Virtualisierungssoftware, Webserver und Datenbanken, die man auf dem leistungsschwachen Raspberry Pi aber kaum einsetzen wird.

Die Leistungsvorteile eines 64-Bit-Systems sind in Benchmarks messbar, aber in der Praxis kaum zu bemerken. Es lassen sich beispielsweise einige Funktionen der CPU, die zu einer Beschleunigung führen können, nur mit 64-Bit-Anwendungen nutzen. Davon machen bisher nicht viele Anwendungen Gebrauch, aber das wird sich in Zukunft ändern. Ebenfalls langfristig angelegt ist die Unterstützung für Nicht-Open- Source-Software und Treiber, die es nicht mehr für 32-Bit-Systeme gibt. Softwareentwickler konzentrieren sich auf 64-Bit-Systeme und optimieren Anwendungen dafür. Auch wenn es noch nicht zwingend erforderlich ist, empfiehlt sich daher die Installation von Raspberry-Pi-OS mit 64 Bit, wenn keine besonderen Gründe dagegen sprechen. 32-Bit-Programme lassen sich – wenn nötig – weiter ausführen.

Backup vor der Neuinstallation

Ein Wechsel von der 32- auf die 64-Bit-Version ist offiziell nicht vorgesehen (siehe nächster Punkt), weshalb eine Neuinstallation erforderlich ist. Wenn auf dem Raspberry Pi bereits ein produktiv genutztes System installiert ist, sollte man vorher ein Backup erstellen oder wenigstens die persönlichen Dateien im Home-Verzeichnis sichern. Der Zeitaufwand lässt sich vermeiden, wenn man eine andere SD-Karte oder eine USB-Stick für die Neuinstallation verwendet.

Für ein vollständiges Backup legen Sie die SD-Karte in ein Lesegerät an einem Linux-Rechner. Im Terminal ermittelt man mit 

lsblk -p

den Gerätepfad des Laufwerks und hängt dann alle Partitionen des Laufwerks mit

sudo umount /dev/sd[X]? 

aus. Der Platzhalter „[X]“ steht für die Gerätebezeichnung, beispielsweise „/dev/sdb“. „?“ hängt alle Partitionen aus, beispielsweise „/dev/sdb1“ und „/dev/sdb2“. Interne Kartenleser sind meist über einen Pfad wie „/dev/mmcblk0“ erreichbar, wofür man eine Befehlszeile wie 

sudo umount /dev/mmcblk0p? 

verwendet.

Ein platzsparend komprimiertes Backup lässt sich dann mit der folgenden Befehlszeile erstellen:

sudo dd if=/dev/sd[X] bs=4M status=progress | gzip -c > ~/Backup.img.gz 

Ersetzen Sie „sd[X]“ durch den zuvor ermittelten Gerätepfad. Für die spätere Wiederherstellung verwenden Sie diese Befehlszeile: 

gunzip -c ~/Backup.img.gz | sudo dd of=/dev/sd[X] bs=4M status=progress && sync 

Prüfen Sie den Laufwerkspfad genau, damit Sie das Backup nicht versehentlich auf den falschen Datenträger zurückschreiben.

Auf den 64-Bit-Kernel wechseln

Kernel-Infos: uname -a ermittelt Version und Architektur. „aarch64“ signalisiert einen 64-Bit-Kernel. lsb_release -a liefert Informationen zur Systemversion.
Vergrößern Kernel-Infos: uname -a ermittelt Version und Architektur. „aarch64“ signalisiert einen 64-Bit-Kernel. lsb_release -a liefert Informationen zur Systemversion.

Die 32-Bit-Versionen von Raspberry-Pi-OS werden bereits seit einiger Zeit auch mit einem 64-Bit-Kernel ausgeliefert, der allerdings standardmäßig nicht zum Einsatz kommt. Welche Kernel verfügbar sind, lässt sich im Terminal mit 

ls /boot/kernel* 

ermitteln. „kernel7.img“ ist der 32-Bit-Kernel für den Raspberry Pi 2 und 3, „kernel7l.img“ kommt als 32-Bit-Version beim Raspberry Pi 4 zum Einsatz. Wenn die Datei „kernel8.img“ angezeigt wird, handelt es sich um die 64-Bit-Version. Welcher Kernel aktuell geladen ist, lässt sich im Terminal mittels des Befehls 

uname -a

ermitteln. Der Befehl zeigt die Versionsnummer und die Prozessorarchitektur an, beispielsweise „armv7l“ bei einem 32-Bit-Kernel und „aarch64“ bei einem 64-Bit-Kernel. Mit 

lsb_release -a

kann man zusätzlich die Version des Betriebssystems ermitteln.

Den passenden Kernel lädt der Raspberry Pi automatisch. Man kann allerdings den 64-Bit-Kernel erzwingen. Dazu öffnet man im Terminal die Konfigurationsdatei mit

sudo nano /boot/config.txt

und fügt am Ende die Zeile 

arm_64bit=1

an. Man speichert die Datei und startet den Raspberry Pi neu. Danach ist der 64-Bit-Kernel aktiv, was man mit „uname -a“ prüfen kann. Bei dieser Methode arbeitet nur der Kernel mit 64-Bit und das System profitiert vom erweiterten Befehlssatz der CPU. Der Rest des Systems verwendet jedoch weiterhin 32-Bit-Programme.

Systemauswahl & Neuinstallation

Komfortable Installation: Der Raspberry Pi Imager lädt die gewünschte Version des Betriebssystems herunter und kopiert es auf SD-Karte oder USB-Stick.
Vergrößern Komfortable Installation: Der Raspberry Pi Imager lädt die gewünschte Version des Betriebssystems herunter und kopiert es auf SD-Karte oder USB-Stick.

Für den kompletten Umstieg auf 64 Bit ist eine Neuinstallation erforderlich. Auf https://www.raspberrypi.com/software wird der Raspberry Pi Imager für Linux, Windows und Mac-OS angeboten, mit dem sich das gewünschte System herunterladen und am PC auf SD-Karte oder USB-Stick übertragen lässt. Der Imager bietet zur Zeit Raspberry- Pi-OS (Debian 11 „Bullseye“) mit 64 Bit als Desktopsystem inklusive einiger Anwendungen wie dem Browser Chromium, Libre Office und dem VLC Media Player an. Die Lite-Variante eignet sich für Server, die keinen Desktop benötigen.

Die 32-Bit-Version von Debian 11 „Bullseye“ lässt sich bei Bedarf ebenfalls über den Raspberry Pi Imager einrichten. Außerdem steht Raspberry-Pi-OS (Legacy) zur Verfügung, das auf Debian 10 „Buster“ basiert und noch bis 2024 mit Updates versorgt wird. Dieses System verwenden Nutzer älterer Software, die unter Debian 11 nicht mehr funktioniert.

Nach der Auswahl von System und Ziellaufwerk kann man die Konfiguration über die Schaltfläche mit dem Zahnradsymbol anpassen und beispielsweise Benutzername, Passwort und WLAN-Schlüssel angeben. Ist der Vorgang abgeschlossen, bootet man den Raspberry von der SD-Karte oder dem USB-Stick.

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