Betriebssysteme

Definition	allgemein	Aufgaben
Betriebsarten	Erstes BS	Bestandteile eines BS

Ein Betriebssystem umfasst alle Programme eines Computersystems, die den Betrieb des
Systems steuern und überwachen.

Betriebssysteme bestehen in der Regel aus einem Kernel, der die Hardware des Computers verwaltet,
sowie grundlegenden Systemprogrammen, die dem Start des Betriebssystems und dessen Konfiguration dienen.

Unterschieden werden:
  

• Einbenutzer- und Mehrbenutzersysteme,
• Einzelprogramm- und Mehrprogrammsysteme,
• Stapelverarbeitungs- und Dialogsysteme.

Betriebssysteme finden sich praktisch überall: als Echtzeitbetriebssysteme auf Prozessrechnern,
auf normalen PCs und als Mehrprozessorsysteme auf Servern und Großrechnern.

Ein Betriebssystem enthält im wesentlichen drei Hauptbestandteile.
Diese sind:

• der Urlader:
  • Dieser baut in der regel auf dem BIOS auf und sorgt für den
    Startvorgang des Computersystems (Bootvorgang)
• die Hauptprogramme:
  • Diese Gruppe bildet den kern des Betriebssystem.
    Zu ihr gehören Organisationsprogramme zur Prozessor-, Speicher-, Datei-
    und Geräteverwaltung und zur Kommunikation, z.B ein Kommandointerpreter
    und ein Ein-/Ausgabesystem
• die Dienstprogramme:
  • Diese Gruppe bildet den "Befehlssatz" des Betriebssysrems.
    Zu ihnen gehören z.B. Kopier-, Formatier-, Editier-, Sortier- und weiter Hilfsprogramme

einige Beispiele:

• verschiedene Varianten von DOS
• verschiedene Varianten von Microsoft Windows
• verschiedene Varianten von Apple Mac OS X
• verschiedene Varianten von Unix/BSD-Unix
• verschiedene Varianten von OS/2

Folgende Aufgaben hat ein Betriebssystem:

• Benutzerführung
• Laden und Unterbrechung von Programmen
• Verwaltung der Prozessorzeit
• Verwaltung des Speicherplatzes für Anwendungen
• Verwaltung der angeschlossenen Geräte
• Bereitstellung von Dienstprogrammen (im Unterschied zu Anwendungsprogrammen)

Programme, Speicher-und Geräteverwaltung

• Speicherverwaltung
  • Zuweisung und Überwachung des Betriebsmittels Speicher (Haupt- und Hintergrundspeicher).
  • Führung von Tabellen der Speicherbelegung durch Benutzerjobs bzw. Prozesse (laufende Programme).
  • Bedienung von Anforderungen und Freigabe von Speicher.

• Programm-(Prozess)-Verwaltung
  • Betreuung sämtlicher Prozesse (im Ablauf befindlicher Programme) im Rechnersystem.
  • Erzeugung von neuen Prozessen auf Anforderung des Betriebssystems bzw. anderer existierender Prozesse,
  • Entfernung von Prozessen aus dem System.
  • Kommunikation und Synchronisation von Prozessen untereinander (Interprozesskommunikation)

• Geräte- und Dateiverwaltung
  • Effiziente Zuweisung von Ein-/Ausgabegeräten und Vermittlungseinheiten (Datenkanäle, Steuereinheiten), Vermeidung von Konflikten
  • Initiierung, Überwachung der Ausführung, Terminierung von Ein-/Ausgabevorgängen.
  • Verwaltung des Dateisystems. Erzeugung eines Namensraums mit zugehörigen Speicherobjekten und gegebenenfalls weiteren Objekten.

• Abstraktion
  • Verbergen der Komplexität der Maschine vor dem Anwender
  • Abstraktion des Maschinebegriffes (nach Coy):
    • Reale Maschine = Zentraleinheit + Geräte (Hardware)
    • Abstrakte Maschine = Reale Maschine + Betriebssystem
    • Benutzermaschine = Abstrakte Maschine + Anwendungsprogramm

Dienstprogramme und Anwendungsprogramme

Die meisten Betriebssysteme enthalten Dienstprogramme, auch Utilities oder Werkzeuge (Tools) genannt.
Sie ermöglichen dem Benutzer bzw. Systemverwalter die Bearbeitung allgemeiner sowie systemnaher Aufgaben.
Dazu gehören unter anderem Editoren, Kopierprogramme, Benutzerverwaltungsprogramme, Systemüberwachungsprogramme und Werkzeuge zur Datensicherung.

Anwendungsprogramme zählen in der Regel nicht zum eigentlichen Betriebssystem.
Sie stammen entweder vom Hersteller des Systems oder von anderen Anbietern.
Anwendungsprogramme können auch mit dem Betriebssystem ausgeliefert werden (Beispiele: Viele Programme in Linux-Distributionen oder der Internet-Explorer als Teil von Microsoft Windows).

Die ersten Rechner besaßen keine Betriebssysteme.
Dies lag einerseits in deren Bauweise (mechanische Rechenmaschinen wie Abacus, Rechenschieber usw) oder an ihrem stark eingeschränkten Einsatzgebiet (Mark I, ENIAC, Colossus).
Mit der Erfindung und dem Einsatz des Transistors (1947) und der Erfindung der Mikroprogrammierung 1955 durch Maurice Wilkes wurden in der Folge nicht mehr Einzelmaschinen, sondern ganze Modellreihen eingesetzt.
Jeder Hersteller lieferte zu dieser Zeit sogar für verschiedene Modellreihen seiner Produkte verschiedene Betriebssysteme, so dass Programme nur auf einer bestimmten Modellreihe liefen und weder zwischen verschiedenen Computer noch über verschiedene Generationen portierbar waren.

Mit der Einführung der Modellreihe System/360 von IBM führte IBM 1964 das Betriebssystem OS/360 ein.
Es war das erste Betriebssystem, das modellreihen-übergreifend eingesetzt wurde.
Ab 1963 wurde Multics in Zusammenarbeit von MIT, General Electric und den Bell Labs von AT&T entwickelt, das jedoch erst ab 1969 bis 2000 im Einsatz war.
Multics wurde in PL/1 programmiert.
Inspiriert an den Arbeiten an Multics startete eine Gruppe um Ken Thompson und Dennis Ritchie an den Bell Laboratories von AT&T 1969 mit der Entwicklung von Unix.
Unix wurde in den Jahren 1972–1974 bis auf wenige Teile in der höheren Programmiersprache C mit dem Ziel der Portabilität neu implementiert.