Was ist ein Betriebssystem?

Wozu dient es und welche gibt es?

Was ist ein Betriebssystem?

On diesem Artikel geht es um das Wesen und die Aufgaben eines Betriebssystems.
In der Folge geht der Artikels dann auf einige Besonderheiten ein und stellt kurz die verbreitesten Betriebssysteme vor.


Unter einem Betriebssystem versteht man eine Sammlung von Systemprogrammen, die die Systemressourcen eines Computersystems verwalten. Ein Betriebssystem bildet eine Schnittstelle zwischen der Hardware und den Anwendungsprogrammen. In einer "sauberen" Architektur greifen Anwenderprogramme nie direkt auf die Hardware zu. Sie benutzen immer die Routinen des Betriebssystems. Erst diese Trennung der Aufgaben zwischen Betriebssystem und Anwendungsprogrammen erlaubt es, modulare Systeme aufzubauen, bei denen einzelne Teile durch andere ersetzt werden können ohne das ganze System anpassen zu müssen.

Eine Kernaufgaben eines Betriebssystems ist das Laden und Starten von Programmen. Eng gekoppelt dazu ist die Verwaltung externer Speichermedien. Die Programme werden ja üblicherweise von externen Speichermedien geladen. Das Betriebssystem teilt den gestarteten Programmen Prozessorzeit zu. Weiters steuert das Betriebssystem den Zugriff auf den Hauptspeicher und externe Geräte. Dabei geht es nicht nur um die Funktionalität, sondern auch um Schutzfunktionen.

Ein Betriebssystem besteht üblicherweise aus einem Kernel und Erweiterungen. Der Kernel ist jener Teil, der beim Booten geladen und gestartet wird. Der Kernel lädt dann die optionalen Erweiterungen nach. Die Erweiterungen werden oft Treiber oder auch Plug-Ins genannt. Diese Erweiterungen haben eines gemeinsam: Sie haben eine definierte Schnittstelle, mit der das Betriebssystem darauf zugreift und sind damit austauschbar. Es hängt vom Designer des Betriebssystems ab, welche Teile im Kernel und welche in den Erweiterungen landen.

Wenn man sich die Entwicklung der Betriebssysteme im PC-Bereich ansieht, dann merkt man, dass sich die Schwerpunkte der Betriebssystemfunktionen verschoben haben. Die Hauptaufgabe des ersten Betriebssystems von Microsoft (MS-DOS) war das Laden und Starten von Programmen und die Verwaltung von Dateien auf Disketten/Festplatten. Das sieht man sogar im Namen. MS-DOS steht für Microsoft Disk Operating System - also System zur Verwaltung von Disketten/Festplatten. Danach kam MS-Windows und die Benutzeroberfläche und die einfache Bedienbarkeit rückten in den Mittelpunkt. Parallel mit der Entwicklung der Intel-Prozessoren wurde das Multitasking verändert. Vom kooperativen wurde auf das preemptiv Konzept gewechselt. Im ersteren musste noch jedes Programm regelmäßig selbst die Kontrolle an das Betriebssystem zurückgeben, damit ein anderes Rechenzeit zugeteilt bekommen konnte. Beim preemptiven Multitasking unterbricht das Betriebssystem das laufende Programm. "Wild" gewordenen Anwendungen können somit das System nicht mehr blockieren. Weitere Verbesserungen sind die striktere Abgrenzung der laufenden Prozesse. Damit werden sowohl Programmier-Fehler als auch bewusste Aushebelung von Sicherheitsmechanismen abgedeckt.

Betriebssysteme laufen auf Großrechnern, PCs, Notebooks oder Handys. Aber es gibt auch noch einen weiteren Bereich, der so nicht direkt sichtbar ist: Echtzeitbetriebssysteme. Diese werden oft in eingebetteten Systemen (engl. embedded system) eingesetzt. Echtzeitbetriebssysteme sind darauf optimiert, dass eine Aktion eine gesicherte Antwortzeit nicht überschreiten darf. Bei MS-Windows kann ein Programm die Ausführung anderer Programme verlangsamen. In einem Echtzeitbetriebssystem darf so etwas nicht passieren. Solche versteckte eingebetteten Systeme steuern beispielsweise Komponenten in Autos, Waschmaschinen und anderen Geräten in unserer Umgebung.

Manchmal sind diese Betriebssysteme sogar versteckt und laufen neben einem anderen System. So besitzt ein Smartphone nicht nur das allgemein sichtbare Android oder Apple iOS, sondern auch ein zweites, verstecktes Betriebssystem. Die Anbindung ans Telefonnetz wird nämlich von einem eigenen Chip mit einem separaten Betriebssystem gesteuert. Dort liegt die Verantwortung für die richtige Umsetzung der diversen Protokolle : GSM, UMTS, HSPDA, LTE, usw.

Abschließend noch ein Überblick über verschiedene bekannte Betriebssysteme.
Im PC Bereich dominiert MS-Windows und daneben existiert noch Mac OS X und Linux. Sowohl Mac OS X als auch Linux basieren auf UNIX.
Im Smartphone Bereich dominiert Android, das ebenfalls auf Linux basiert. Daneben hält Apple iOS etwa 10 bis 15% Marktanteil (Stand 2013). Apple iOS teilt sich mit Mac OS X einen gemeinsamen Kern. Eine Randerscheinung bilden (noch) Windows Phone und das Blackberry System.
Den Server-Bereich dominieren Linux und andere UNIX Derivate. Dazu gesellen sich proprietäre System der diversen Hardware Hersteller.

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