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| '''topic''' - Kurzbeschreibung | | '''Betriebssystem''' - [[Softwaresystem]] zur Verwaltung und Bereitstellung von [[Systemressourcen]] eines [[Computer]]s |
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| == Beschreibung == | | == Beschreibung == |
| [[Datei:Operating system placement-de.svg|mini|Zusammenhang zwischen Betriebssystem, Hardware, Anwendungssoftware und dem Benutzer]] | | [[Datei:Operating system placement-de.svg|mini|Betriebssystem, Hardware, Anwendungssoftware und Benutzer]] |
| [[Datei:PC Betriebssysteme Marktanteil.png|mini|PC Betriebssysteme Marktanteile in Deutschland ]] | | Ein '''Betriebssystem''', auch '''OS''' (Operating System) genannt, ist eine Zusammenstellung von [[Computerprogramm]]en, die die [[Systemressourcen]] eines [[Computer]]s wie [[Arbeitsspeicher]], [[Massenspeicher|Festplatten]], Ein- und Ausgabegeräte verwaltet und diese [[Anwendungsprogramm]]en zur Verfügung stellt |
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| Ein '''Betriebssystem''', auch '''OS''' (von {{enS|operating system}}) genannt, ist eine Zusammenstellung von [[Computerprogramm]]en, die die [[Systemressourcen]] eines [[Computer]]s wie [[Arbeitsspeicher]], [[Massenspeicher|Festplatten]], Ein- und Ausgabegeräte verwaltet und diese [[Anwendungsprogramm]]en zur Verfügung stellt.
| | Das Betriebssystem bildet dadurch die [[Schnittstelle]] zwischen den [[Hardware]]-Komponenten und der Anwendungssoftware des Benutzers |
| Das Betriebssystem bildet dadurch die [[Schnittstelle]] zwischen den [[Hardware]]-Komponenten und der Anwendungssoftware des Benutzers. Betriebssysteme bestehen in der Regel aus einem [[Kernel (Betriebssystem)|Kernel]] (deutsch: Kern), der die Hardware des Computers verwaltet, sowie speziellen Programmen, die beim Start unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Zu diesen Aufgaben gehört unter anderem das Laden von [[Gerätetreiber]]n. Betriebssysteme finden sich in fast allen Arten von Computern: Als [[Echtzeitbetriebssystem]]e auf [[Prozessrechner]]n und [[Eingebettetes System|eingebetteten Systemen]], auf [[Personal Computer]]n, [[Tabletcomputer]]n, [[Smartphone]]s und auf größeren [[Mehrprozessorsystem]]en wie z. B. [[Hostrechner|Servern]] und [[Großrechner]]n. | | * Betriebssysteme bestehen in der Regel aus einem [[Kernel (Betriebssystem)|Kernel]] (deutsch: Kern), der die Hardware des Computers verwaltet, sowie speziellen Programmen, die beim Start unterschiedliche Aufgaben übernehmen |
| | * Zu diesen Aufgaben gehört unter anderem das Laden von [[Gerätetreiber]]n |
| | * Betriebssysteme finden sich in fast allen Arten von Computern: Als [[Echtzeitbetriebssystem]]e auf [[Prozessrechner]]n und [[Eingebettetes System|eingebetteten Systemen]], auf [[Personal Computer]]n, [[Tabletcomputer]]n, [[Smartphone]]s und auf größeren [[Mehrprozessorsystem]]en wie z. B. [[Hostrechner|Servern]] und [[Großrechner]]n |
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| Die [[#Aufgaben|Aufgaben eines Betriebssystems]] lassen sich wie folgt zusammenfassen:
| | ; Begriff „Betriebssystem“ |
| Benutzerkommunikation; Laden, Ausführen, Unterbrechen und Beenden von Programmen; Verwaltung und Zuteilung der Prozessorzeit; Verwaltung des internen Speicherplatzes für Anwendungen; Verwaltung und Betrieb der angeschlossenen Geräte; Schutzfunktionen z. B. durch [[Zugriffskontrolle|Zugriffsbeschränkungen]]. Die Gewichtung zwischen diesen Aufgaben wandelte sich im Laufe der Zeit, insbesondere wird Schutzfunktionen wie dem [[Speicherschutz]] oder begrenzten [[Zugriffsrecht|Benutzerrechten]] heute eine höhere Bedeutung zugemessen als noch in den 1990er Jahren. Dies macht Systeme allgemein robuster, reduziert z. B. die Zahl der Programm- und [[Absturz (Computer)|Systemabstürze]] und macht das System auch stabiler gegen Angriffe von außen, etwa durch [[Computervirus|Computerviren]].
| | Hier wird der Begriff „Betriebssystem“ hauptsächlich im Kontext „allgemein zur Informationsverarbeitung verwendete Computersysteme“ behandelt |
| | * Daneben sind Betriebssysteme (mit ggf. spezialisierter Funktionalität) grundsätzlich in nahezu allen Geräten im Einsatz, in denen [[Software]] betrieben wird (wie [[Computerspiel#Plattformen|Spielecomputer]], [[Mobiltelefon]]e, [[Navigationssystem]]e, Maschinen der [[Maschinenbau]]branchen u. v. a.) |
| | * Auch viele Steuerungssysteme (eingebettetes System) die z. B. in Flugzeugen, Autos, Zügen, oder in Satelliten zu finden sind, besitzen spezialisierte Betriebssysteme |
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| ''Dieser'' Artikel behandelt den Begriff „Betriebssystem“ hauptsächlich im Kontext „allgemein zur Informationsverarbeitung verwendete Computersysteme“. Daneben sind Betriebssysteme (mit ggf. spezialisierter Funktionalität) grundsätzlich in nahezu allen Geräten im Einsatz, in denen [[Software]] betrieben wird (wie [[Computerspiel#Plattformen|Spielecomputer]], [[Mobiltelefon]]e, [[Navigationssystem]]e, Maschinen der [[Maschinenbau]]branchen u. v. a.). Auch viele Steuerungssysteme (eingebettetes System) die z. B. in Flugzeugen, Autos, Zügen, oder in Satelliten zu finden sind, besitzen spezialisierte Betriebssysteme.
| | == Aufgaben == |
| | ; Aufgaben eines Betriebssystems |
| | * Benutzerkommunikation |
| | * Laden, Ausführen, Unterbrechen und Beenden von Programmen |
| | * Verwaltung und Zuteilung der Prozessorzeit |
| | * Verwaltung des internen Speicherplatzes für Anwendungen |
| | * Verwaltung und Betrieb der angeschlossenen Geräte |
| | * Schutzfunktionen z. B. durch [[Zugriffskontrolle|Zugriffsbeschränkungen]] |
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| | ; Gewichtung |
| | Die Gewichtung zwischen diesen Aufgaben wandelte sich im Laufe der Zeit, insbesondere wird Schutzfunktionen wie dem [[Speicherschutz]] oder begrenzten [[Zugriffsrecht|Benutzerrechten]] heute eine höhere Bedeutung zugemessen als noch in den 1990er Jahren |
| | * Dies macht Systeme allgemein robuster, reduziert z. B. die Zahl der Programm- und [[Absturz (Computer)|Systemabstürze]] und macht das System auch stabiler gegen Angriffe von außen, etwa durch [[Computervirus|Computerviren]] |
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| | {| class="wikitable options" |
| | |- |
| | ! Option !! Beschreibung |
| | |- |
| | | [[Speicherverwaltung]] || |
| | * Verwaltung der Systemressource Hauptspeicher |
| | * Protokollierung der Speichernutzung |
| | * Reservierung und Freigabe von Speicher |
| | |- |
| | | ([[Prozess (Informatik)|Prozess]])-Verwaltung || |
| | * Überwachung der Speicherzugriffe und gegebenenfalls Beenden von Prozessen bei einer [[Schutzverletzung]] |
| | * Erzeugung neuer Prozesse (entweder auf Anforderung des Betriebssystems oder auf Aufforderung anderer schon existierender Prozesse) und Reservierung des von den Prozessen benötigten Speichers |
| | * Kommunikation und Synchronisation von Prozessen untereinander ([[Interprozesskommunikation]]) |
| | |- |
| | | [[Hardware|Geräte]]- und [[Datei]]verwaltung || |
| | * Effiziente Zuweisung von Ein-/Ausgabegeräten und Vermittlungseinheiten (Datenkanäle, Steuereinheiten), Vermeidung von Konflikten |
| | * Initiierung, Überwachung der Ausführung, Terminierung von Ein-/Ausgabevorgängen |
| | * Verwaltung des [[Dateisystem]]s |
| | * Erzeugung eines Namensraums mit zugehörigen Speicherobjekten und gegebenenfalls weiteren Objekten || |
| | |- |
| | | Rechteverwaltung || |
| | * Voneinander unabhängige Benutzer/Programme dürfen sich gegenseitig nicht stören |
| | |- |
| | | Abstraktion || Verbergen der Komplexität der Maschine vor dem Anwender |
| | * Abstraktion des Maschinenbegriffes: |
| | ** Reale Maschine = Zentraleinheit + Geräte (Hardware) |
| | ** Abstrakte Maschine = Reale Maschine + Betriebssystem |
| | ** Benutzermaschine = Abstrakte Maschine + Anwendungsprogramm |
| | |} |
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| == Definitionen und Abgrenzung == | | == Definitionen und Abgrenzung == |
| Ein Betriebssystem übernimmt zwei wesentliche Aufgaben, die im Grunde in keinem direkten Zusammenhang zueinander stehen: | | ; Wesentliche Aufgaben |
| | Ein Betriebssystem übernimmt zwei wesentliche Aufgaben, die im Grunde in keinem direkten Zusammenhang zueinander stehen |
| | * Die eine Aufgabe besteht darin, dem [[Anwendungsprogrammierer]] saubere Abstraktionen der [[Betriebsmittel (Informatik)|Betriebsmittel]] zur Verfügung zu stellen (anstelle der unschönen Hardware) |
| | * Das Betriebssystem bietet somit eine leichter verständliche und besser handhabbare [[Schnittstelle]] zur eigentlichen Maschine an und „versteckt“ die Komplexität der darunterliegenden Maschine: „Der Ansprechpartner für den Programmierer ist also nicht mehr die wirkliche Maschine, sondern eine [[virtuelle Maschine]] (Betriebssystem), welche wesentlich einfacher zu verstehen und zu programmieren ist.“ |
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| * Die eine Aufgabe besteht darin, dem [[Anwendungsprogrammierer]] saubere Abstraktionen der [[Betriebsmittel (Informatik)|Betriebsmittel]] zur Verfügung zu stellen (anstelle der unschönen Hardware). Das Betriebssystem bietet somit eine leichter verständliche und besser handhabbare [[Schnittstelle]] zur eigentlichen Maschine an und „versteckt“ die Komplexität der darunterliegenden Maschine: „Der Ansprechpartner für den Programmierer ist also nicht mehr die wirkliche Maschine, sondern eine [[virtuelle Maschine]] (Betriebssystem), welche wesentlich einfacher zu verstehen und zu programmieren ist.“
| | ; Objekte |
| Das Betriebssystem erzeugt abstrakte Objekte, um die Komplexität beherrschbar zu machen. Ein Beispiel für eine solche Abstraktion ist die [[Datei]]. Diese kann beispielsweise in Form eines [[Digitalfotografie|Digitalfotos]], einer gespeicherten [[E-Mail]]-Nachricht oder einer [[Website]] vorliegen. Es ist auf jeden Fall einfacher, sich damit zu beschäftigen, als mit den Details von [[Plattenspeicher|Festplattenspeichern]].
| | Das Betriebssystem erzeugt abstrakte Objekte, um die Komplexität beherrschbar zu machen |
| | * Ein Beispiel für eine solche Abstraktion ist die [[Datei]] |
| | * Diese kann beispielsweise in Form eines [[Digitalfotografie|Digitalfotos]], einer gespeicherten [[E-Mail]]-Nachricht oder einer [[Website]] vorliegen |
| | * Es ist auf jeden Fall einfacher, sich damit zu beschäftigen, als mit den Details von [[Plattenspeicher|Festplattenspeichern]] |
| * Die andere Aufgabe besteht darin, die Hardwareressourcen zu verwalten: „Ein Betriebssystem muss eine geordnete und kontrollierte Zuteilung von Prozessoren, Speichereinheiten und Peripheriegeräten unter den verschiedenen Programmen, welche darum konkurrieren, sicherstellen.“ | | * Die andere Aufgabe besteht darin, die Hardwareressourcen zu verwalten: „Ein Betriebssystem muss eine geordnete und kontrollierte Zuteilung von Prozessoren, Speichereinheiten und Peripheriegeräten unter den verschiedenen Programmen, welche darum konkurrieren, sicherstellen.“ |
| Das Betriebssystem ordnet und kontrolliert die [[Allokation (Informatik)|Allokation]] der Prozessoren, Speicher und Ein-/Ausgabegeräte und überwacht, welches Programm gerade welches Betriebsmittel nutzt. Liegen beispielsweise mehrere Aufträge für einen [[Drucker (Gerät)|Drucker]] vor, so muss festgelegt werden, wie diese abgearbeitet werden. Auf einem modernen Betriebssystem können dadurch auch mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt werden. Benutzen mehrere Anwender einen Computer oder ein Netzwerk, dann gewinnen Maßnahmen zur Verwaltung und zum Schutz von Speicher, Ein-/Ausgabegeräten und anderen Betriebsmitteln noch an Bedeutung. Die Benutzer würden sich sonst gegenseitig stören. | | Das Betriebssystem ordnet und kontrolliert die [[Allokation (Informatik)|Allokation]] der Prozessoren, Speicher und Ein-/Ausgabegeräte und überwacht, welches Programm gerade welches Betriebsmittel nutzt |
| | * Liegen beispielsweise mehrere Aufträge für einen [[Drucker (Gerät)|Drucker]] vor, so muss festgelegt werden, wie diese abgearbeitet werden |
| | * Auf einem modernen Betriebssystem können dadurch auch mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt werden |
| | * Benutzen mehrere Anwender einen Computer oder ein Netzwerk, dann gewinnen Maßnahmen zur Verwaltung und zum Schutz von Speicher, Ein-/Ausgabegeräten und anderen Betriebsmitteln noch an Bedeutung |
| | * Die Benutzer würden sich sonst gegenseitig stören |
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| Die Gesamtheit aller Programme und Dateien, die sämtliche Abläufe bei Betrieb eines Rechners steuern, wird [[Systemsoftware]] genannt. Dazu gehören Betriebssysteme, aber auch systemnahe Software wie [[Compiler]], [[Interpreter]] und [[Editor (Software)|Editoren]]. Anwendungssoftware wie beispielsweise [[Browser]] oder Buchhaltungssoftware benutzen die Systemsoftware für einen ordnungsgemäßen Ablauf. In der Literatur wird der Begriff „Betriebssystem“ innerhalb der Systemsoftware unterschiedlich breit interpretiert. | | Die Gesamtheit aller Programme und Dateien, die sämtliche Abläufe bei Betrieb eines Rechners steuern, wird [[Systemsoftware]] genannt |
| | * Dazu gehören Betriebssysteme, aber auch systemnahe Software wie [[Compiler]], [[Interpreter]] und [[Editor (Software)|Editoren]] |
| | * Anwendungssoftware wie beispielsweise [[Browser]] oder Buchhaltungssoftware benutzen die Systemsoftware für einen ordnungsgemäßen Ablauf |
| | * In der Literatur wird der Begriff „Betriebssystem“ innerhalb der Systemsoftware unterschiedlich breit interpretiert |
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| In der DIN-Sammlung 44300 (veraltet, ersetzt durch ISO/IEC 2382:2015 siehe: [[Liste der DIN-Normen/DIN 1–49999]] unter DIN 44300) geht die Definition von seiner Aufgabe und Stellung in einer Programmhierarchie aus: | | In der DIN-Sammlung 44300 (veraltet, ersetzt durch ISO/IEC 2382:2015 siehe: [[Liste der DIN-Normen/DIN 1–49999]] unter DIN 44300) geht die Definition von seiner Aufgabe und Stellung in einer Programmhierarchie aus: |
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| ;Zitat | | ; Zitat DIN 44300 |
| |Text=Das Betriebssystem wird gebildet durch die Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften der Rechenanlage die Grundlage der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems bilden und insbesondere die Ausführung von Programmen steuern und überwachen.
| | : ''Das Betriebssystem wird gebildet durch die Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften der Rechenanlage die Grundlage der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems bilden und insbesondere die Ausführung von Programmen steuern und überwachen'' |
| |Autor=DIN 44300
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| Für [[Andrew S. Tanenbaum]] beschränkt sich der Begriff Betriebssystem im Wesentlichen auf den [[Kernel (Betriebssystem)|Kernel]]: „Editoren, Compiler, [[Assembler (Informatik)|Assembler]], [[Linker (Computerprogramm)|Binder]] und [[Kommandointerpreter]] sind definitiv nicht Teil des Betriebssystems, auch wenn sie bedeutsam und nützlich sind.“
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| Viele Lehrbücher folgen dieser engeren Sichtweise. Andere Autoren zählen unter anderem auch eine Kommandosprache zum Betriebssystem: „Außer die Hardware zu verwalten […], bieten moderne Betriebssysteme zahlreiche Dienste an, etwa zur Verständigung der Prozesse untereinander, Datei- und Verzeichnissysteme, Datenübertragung über Netzwerke und eine Befehlssprache.“
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| Eine noch weitere Fassung des Begriffes, die beispielsweise auch Editoren und Compiler umfasst, geht zum Teil auf ältere Werke des deutschen Sprachraums zurück, lässt sich aber auch in aktueller Literatur noch finden. So zählen die Autoren des Informatik-Dudens auch Übersetzungsprogramme und [[Dienstprogramm]]e zu den wesentlichen Komponenten eines Betriebssystems. In jüngerer Zeit kann der [[GNU/Linux-Namensstreit]] als Beispiel für die Abgrenzungsprobleme angesehen werden.
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| Der Begriff des Betriebssystems ist in Artikel 3 der Richtlinie (EU) 2019/882 [[Legaldefinition|legal definiert]].
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| Ungeachtet dessen, wie weit oder wie eng man den Begriff „Betriebssystem“ fasst, enthalten die Installationsmedien für Betriebssysteme für gewöhnlich zusätzliche Dienst- und Anwendungsprogramme.
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| == Entwicklungsstufen ==
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| Die Entwicklung von Computer-Betriebssystemen verlief und verläuft parallel zur Entwicklung und Leistungsfähigkeit verfügbarer Hardware: Beide Linien bedingten sich gegenseitig und ermöglichten bzw. erforderten Weiterentwicklungen auf der ‚anderen‘ Seite. Die Entwicklung verlief zum Teil in kleinen, manchmal in größeren Sprüngen:
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| [[Lochkarte]]n verarbeitende Systeme (gilt sinngemäß auch für Lochstreifen) gehören mittlerweile (seit Anfang der 1970er Jahre) der Vergangenheit an. Jedoch sind sie ein guter Ansatz zur Betrachtung der Systementwicklung: In diesen räumlich relativ großen Systemen gab es noch keine externen elektronischen Speichermedien. Die Programme lagen (in [[Maschinensprache]]) in Form von Lochkartenstapeln vor und wurden durch den [[Systemadministrator|Operator]] über den Lochkartenleser in den internen Speicher ‚eingelesen‘. Nach der „Ende-Karte“ wurde das [[Anwendungsprogramm]] gestartet, das seine Eingabedaten je nach Aufgabenstellung ebenfalls über den Kartenleser lesen (deshalb der Begriff [[Stapelverarbeitung]], engl. ''batch processing'', ''queued systems'') und seine Ergebnisse direkt über einen Drucker und/oder über den Kartenstanzer ausgeben musste. Vor- und nachgelagert waren, mithilfe elektro-mechanischer Geräte (Kartenlocher, Mischer, Sortierer) ausgeführt, Erfassungs-, Misch- und Sortiervorgänge erforderlich. Bereits zu diesem Zeitpunkt war die interne Verarbeitung deutlich schneller als die [[Eingabe und Ausgabe|Ein-/Ausgabegeräte]]; das Lesen eines Lochkartenstapels (Karton mit 2000 Karten) dauerte ca. 5–10 Minuten, die Arbeitsspeichergrößen [[System/360|solcher Rechner]] lagen bei ca. 16 bis 64 kB (Beispiel siehe [[System/360]]).<br />
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| Diese Maschinen besaßen kein konventionelles Betriebssystem, wie es heute geläufig ist. Lediglich ein Kontrollprogramm (resident monitor) wurde im Speicher gehalten und sorgte für den reibungslosen Ablauf, indem es die Kontrolle an die momentan auszuführenden Programme übergab. Der Rechner konnte stets nur ein Programm nach dem anderen ausführen.
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| Eine Weiterentwicklung – [[Multitasking|Multiprogrammed Batch Systems]] – konnte zusätzliche Geräte unterstützen ([[Magnetband]]einheiten, erste [[Wechselplattenlaufwerk|Magnetplatten]] mit z. B. 7,25 MB Speichervolumen), mehrere Programme gleichzeitig ausführen (z. B. in 3 [[Partition (Datenträger)|'Partitionen']]) sowie Programme und Daten auf externen Speichern halten. Eine schnellere Abarbeitung war möglich, da die Zeit für das Lesen und Ausgeben der Kartenstapel entfiel – und die Prozessoren schneller wurden. Hier wurden Mechanismen wie das [[Spooling]] (Zwischenausgabe von Druckerdaten auf Magnetband mit verzögertem, parallel möglichem Drucken) und die Möglichkeit des [[Offline]]-Betriebs bereits ausgiebig genutzt. Jedoch war ein Programm nötig, welches sich der Aufgaben E/A-Verwaltung, Speicherverwaltung und vor allem [[Prozess-Scheduler|CPU-Scheduling]] etc. annimmt. Ab diesem Zeitpunkt konnte man von ersten Betriebssystemen reden.
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| Die nächsten Schritte waren dann Folgen der jeweiligen Aufgabenbereiche, die den Systemen zukamen. Folgende Systeme sind entstanden und bis zum heutigen Tage im Einsatz: [[Parallele Systeme]], [[Verteilte Systeme]], [[Personal Computer|Personal-Computer]]-Systeme, [[Time-Sharing (Informatik)|Time-Sharing-Systeme]], [[Echtzeitsystem|Real-Time-Systeme]] und in neuester Zeit auch die [[Personal Digital Assistant]]s und [[Smartphone]]s.
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| Im PC-Bereich sind derzeit die meistgenutzten Betriebssysteme die verschiedenen Varianten von [[Microsoft Windows|Windows]] von [[Microsoft]] (führend bei Systemen mit [[GUI]]), [[Berkeley Software Distribution|BSD]] inkl. [[macOS]] von [[Apple]] (am weitesten verbreitetes Desktop-Unix) und [[GNU-Projekt|GNU]]/[[Linux]] (führend bei Servern). Für spezielle Anwendungen (Beispiel: industrielle [[Steuerungstechnik|Steuerung]]) werden auch experimentelle Betriebssysteme für Forschungs- und Lehrzwecke eingesetzt.
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| Neben den klassischen Varianten gibt es noch spezielle Betriebssysteme für verteilte Systeme, bei denen zwischen dem logischen System und den physischen System(en) unterschieden wird. Der logische Rechner besteht aus mehreren physischen Rechnereinheiten. Viele Großrechner, Number-Cruncher und die Systeme aus dem Hause [[Cray]] arbeiten nach diesem Prinzip. Eines der bekanntesten Betriebssysteme im Bereich verteilte Systeme ist [[Amoeba (Betriebssystem)|Amoeba]].
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| {{Siehe auch|Liste von Betriebssystemen}}
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| == Aufgaben ==
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| Zu den Aufgaben eines Betriebssystems gehören meist:
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| * [[Speicherverwaltung]]
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| ** Verwaltung der Systemressource Hauptspeicher.
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| ** Protokollierung der Speichernutzung.
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| ** Reservierung und Freigabe von Speicher.
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| * ([[Prozess (Informatik)|Prozess]])-Verwaltung
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| ** Überwachung der Speicherzugriffe und gegebenenfalls Beenden von Prozessen bei einer [[Schutzverletzung]].
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| ** Erzeugung neuer Prozesse (entweder auf Anforderung des Betriebssystems oder auf Aufforderung anderer schon existierender Prozesse) und Reservierung des von den Prozessen benötigten Speichers.
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| ** Kommunikation und Synchronisation von Prozessen untereinander ([[Interprozesskommunikation]])
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| * [[Hardware|Geräte]]- und [[Datei]]verwaltung
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| ** Effiziente Zuweisung von Ein-/Ausgabegeräten und Vermittlungseinheiten (Datenkanäle, Steuereinheiten), Vermeidung von Konflikten
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| ** Initiierung, Überwachung der Ausführung, Terminierung von Ein-/Ausgabevorgängen.
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| ** Verwaltung des [[Dateisystem]]s. Erzeugung eines Namensraums mit zugehörigen Speicherobjekten und gegebenenfalls weiteren Objekten.
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| * Rechteverwaltung
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| ** Voneinander unabhängige Benutzer/Programme dürfen sich gegenseitig nicht stören.
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| * Abstraktion
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| ** Verbergen der Komplexität der Maschine vor dem Anwender
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| ** Abstraktion des Maschinenbegriffes (nach [[Wolfgang Coy|Coy]]):
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| *** Reale Maschine = Zentraleinheit + Geräte (Hardware)
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| *** Abstrakte Maschine = Reale Maschine + Betriebssystem
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| *** Benutzermaschine = Abstrakte Maschine + Anwendungsprogramm
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| Als [[Peripheriegerät|Gerät]] aus der Sicht eines Betriebssystems bezeichnet man aus historischen Gründen alles, was über Ein-/Ausgabekanäle angesprochen wird. Dies sind nicht nur Geräte im herkömmlichen Sinn, sondern mittlerweile auch interne Erweiterungen wie Grafikkarten, Netzwerkkarten und anderes. Die (Unter-)Programme zur Initialisierung und Ansteuerung dieser „Geräte“ bezeichnet man zusammenfassend als [[Gerätetreiber]].
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| == Betriebsmittelverwaltung und Abstraktion ==
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| Als Betriebsmittel oder Ressourcen bezeichnet man alle von der Hardware eines Computers zur Verfügung gestellten Komponenten, also den Prozessor (bei Mehrprozessorsystemen die Prozessoren), den physischen Speicher und alle Geräte wie Festplatten-, Disketten- und CD-ROM-Laufwerke, Netzwerk- und [[Adapter|Schnittstellenadapter]] und andere. Die ''Hardware Compatibility List'' enthält alle [[Hardware]]-Produkte, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Betriebssystem auf ihre Funktionalität hin getestet wurden.
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| === Einführendes Beispiel: Zeitgeberbausteine ===
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| Moderne Rechnersysteme besitzen Zeitgeberbausteine (Timer). In frühen [[Personal Computer|PCs]] wurde z. B. der Baustein [[Intel 8284|8284]] des Unternehmens [[Intel]] eingesetzt. Dieser Baustein muss zunächst initialisiert werden. Er kann dann nach Ablauf einer Zeitspanne oder periodisch den [[Prozessor]] [[Interrupt|unterbrechen]] und ihn zur Abarbeitung einer eigenen Routine veranlassen. Neben der Initialisierung ist eine Unterbrechungsroutine zu erstellen, deren Aufruf in einer dafür geeigneten Sprache (meist [[Assemblersprache|Assembler]]) programmiert werden muss. Da Unterbrechungen asynchron auftreten, sind komplexe Verhältnisse hinsichtlich der Datenstrukturen zu berücksichtigen. Genaue Kenntnisse des Bausteins (Datenblatt), der Computerhardware (Unterbrechungsbehandlung) und des Prozessors sind erforderlich. Die einzelnen Komponenten, die an diesem Prozess beteiligt sind, fasst man unter dem Begriff Rechnerarchitektur zusammen.
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| ==== Virtuelle Prozessoren ====
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| Ein modernes Mehrprogrammbetriebssystem verwendet einen solchen Zeitgeberbaustein, um den normalerweise einzigen Prozessor periodisch (normalerweise im Millisekundenbereich) zu unterbrechen und eventuell mit einem anderen Programm fortzufahren (sogenanntes [[präemptives Multitasking]]). Die Initialisierung und die [[Unterbrechungsroutine]] werden dabei vom Betriebssystem implementiert. Auch wenn nur ein einzelner Prozessor zur Verfügung steht, können mehrere Programme ausgeführt werden, jedes Programm erhält einen Teil der Prozessorzeit ([[Scheduling]]). Jedes Programm verhält sich, bis auf die verlangsamte Ausführungszeit, so, als hätte es einen eigenen ''virtuellen Prozessor''.
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| ==== Virtuelle Zeitgeber ====
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| Über einen Systemruf, zum Beispiel ''alarm'', wird jedem Programm darüber hinaus ein eigener ''virtueller Zeitgeber'' zur Verfügung gestellt. Das Betriebssystem zählt die Unterbrechungen des Original-Zeitgebers und informiert Programme, die den ''alarm''-Systemruf verwendeten. Die einzelnen Zeitpunkte werden über eine [[Warteschlange (Datenstruktur)|Warteschlange]] verwaltet.
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| === Abstraktion ===
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| Die Hardware des Zeitgebers ist damit vor den Programmen verborgen. Ein System mit [[Speicherschutz]] erlaubt den Zugriff auf den Zeitgeberbaustein nur über den Kernel und nur über exakt definierte Schnittstellen (meist Systemrufe genannt, die über spezielle Prozessorbefehle wie TRAP, BRK, INT realisiert werden). Kein Programm kann somit das System gefährden, die Verwendung des ''virtuellen Zeitgebers'' ist einfach und portabel. Der Anwender oder Programmierer braucht sich nicht um die (komplexen) Details zu kümmern.
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| === Virtualisierung weiterer Betriebsmittel ===
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| So wie Prozessoren und Zeitgeber ''virtualisiert'' werden, ist dies auch für alle anderen Betriebsmittel möglich. Dabei werden einige Abstraktionen teilweise nur als [[Software]] implementiert, andere erfordern spezielle Hardware.
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| ==== Dateisysteme ====
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| Über [[Dateisystem]]e werden die Details der externen Speichersysteme (Festplatten-, Disketten- oder CD-ROM-Laufwerke) verborgen. Dateinamen und Verzeichnisse erlauben den bequemen Zugriff, die eigentlich vorhandene Blockstruktur und die Geräteunterschiede sind vollkommen unsichtbar.
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| ==== Interner Speicher ====
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| Der interne Speicher ([[Random-Access Memory|RAM]]) wird auch [[Arbeitsspeicher]] genannt und vom Betriebssystem in Blöcke (Kacheln) aufgeteilt, die den geladenen Programmen auf Anforderung zur Verfügung gestellt werden. Meist wird der Speicher initialisiert, das bedeutet, dass dabei allenfalls noch vorhandene Daten zuvor gelöscht werden. Über ''virtuellen Speicher'' wird bei vielen Systemen jedem Programm ein kontinuierlicher (zusammenhängender) Bereich zur Verfügung gestellt. Die [[Virtuelle Speicherverwaltung]] erlaubt einen flexiblen Ansatz, bei dem der reale physisch vorhandene Speicher weder zusammenhängend sein muss ([[Segmentierung (Speicherverwaltung)|Segmentierung]]), noch muss er in Summe real wirklich so groß sein, wie es aus Sicht der Programme scheint. Stattdessen werden einzelne Speicherblöcke, {{enS|pages}}, nach Bedarf zwischen Arbeitsspeicher (RAM) und externem Speicher (z. B. die [[Auslagerungsdatei]]) hin und her geschoben ([[Paging]]).
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| ==== Netzwerk ====
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| Die Details der Netzwerkzugriffe werden verborgen, indem auf die eigentliche Hardware (Netzwerkkarte) ein [[Protokollstapel]] aufgesetzt wird. Die Netzwerksoftware erlaubt beliebig viele ''virtuelle Kanäle''. Auf der Ebene der Sockets (Programmierung) ist die Netzwerkkarte vollkommen unsichtbar, das Netzwerk hat viele neue Fähigkeiten (bidirektionale, zuverlässige Datenströme, Adressierung, Routing) bekommen.
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| ==== Bildschirm ====
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| Als [[Grafische Benutzeroberfläche]] (GUI, Abk. für engl. ''Graphical User Interface'') wird generell eine Bildschirmausgabe beschrieben, wenn sie über eine [[Eingabeaufforderung]] hinausgeht.
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| Mit den richtigen Grafikkarten und Bildschirmen ist die Darstellung von geometrischen Objekten (Linien, Kreisen, Ellipsen, aber auch Schriftattributen und Farben) auf dem Bildschirm möglich, aus denen sich komplexere geometrische Elemente wie Knöpfe, Menüs, [[Benutzerschnittstelle|Benutzeroberflächen]] etc. zum einfachen Steuern von Programmen erstellen lassen.
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| Die Grafikkarte als Hardware ist für den Programmierer und Anwender vollkommen verborgen.
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| == Klassifikation Betriebssystemarten ==
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| Betriebssysteme können je nach ihren Merkmalen und Funktionen in verschiedene Kategorien unterteilt werden.
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| === Betriebsarten ===
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| ==== Batch System (Jobsystem, Stapelverarbeitung) ====
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| * Der Nutzer muss warten, bis sein Programm an der Reihe ist.
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| * Die Antwortzeit des Systems ist nicht begrenzt.
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| * Beispiele: DOS, OS/2, Windows.
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| ==== Dialogsystem (interaktives System) ====
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| * Eine einzelne Antwort kann lange dauern, aber im Durchschnitt erfolgt die Antwort innerhalb einer vorgegebenen Zeit.
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| * Die mittlere Antwortzeit des Betriebssystems liegt unterhalb eines bestimmten Grenzwertes.
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| * Beispiele: MS Windows XP, Windows 7/8, Unix, Linux.
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| ==== Echtzeitsystem ====
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| * Das Betriebssystem antwortet sofort.
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| * Die Einhaltung eines gegebenen Grenzwertes für die Antwortzeit ist in jedem Fall erforderlich.
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| * Beispiele: QNX, VxWorks.
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| === Anzahl der parallel bedienbaren Nutzer ===
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| * Nur ein Nutzer kann das System gleichzeitig verwenden.
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| * Beispiele: Betriebssysteme auf Handys, Navigationssysteme in Fahrzeugen.
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| ==== Mehr-Nutzer-Betriebssystem (multi user) ====
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| * Das System kann gleichzeitig mehrere verschiedene Nutzer verwalten und (quasi-)parallel bedienen.
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| * Beispiele: Unix, Linux.
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| === Anzahl der parallel bearbeitbaren Nutzeraufträge ===
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| ==== Ein-Prozess-Betriebssystem (single tasking) ====
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| * Nur ein Auftrag (Prozess) kann zu einem Zeitpunkt durch das System bearbeitet werden.
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| * Beispiel: MS-DOS.
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| ==== Mehr-Prozess-Betriebssystem (multi tasking) ====
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| * Das System kann gleichzeitig mehrere verschiedene Aufträge verwalten und (quasi-)parallel bearbeiten.
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| * Eine Weiterentwicklung dieses Prinzips ist das Multithreading, bei dem mehrere Threads in einem Prozess zusammengefasst werden können.
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| * Beispiele: Unix, Linux, Windows XP, Windows 7, Windows 8.
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| Diese verschiedenen Arten von Betriebssystemen bieten unterschiedliche Funktionen und Fähigkeiten, um den vielfältigen Anforderungen und Nutzungsszenarien gerecht zu werden. Die Wahl des richtigen Betriebssystems hängt von den spezifischen Bedürfnissen und Zielen eines Benutzers oder einer Organisation ab.
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| == Geschichte ==
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| === Erste Betriebssysteme (bis 1980) ===
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| Die ersten Computer kamen ohne echtes Betriebssystem aus, da lediglich ein einziges Programm im [[Stapelverarbeitung|Stapelbetrieb]] geladen sein konnte und die unterstützte Hardware noch sehr überschaubar war. Der erste Digitalrechner wurde von [[Charles Babbage]] (1792–1872) entwickelt. Er sah bereits die Notwendigkeit, seine „Analytische Maschine“ mit [[Software]] zu betreiben. Er stellte die Tochter des bekannten Dichters Lord Byron [[Ada Lovelace]] ein, um erste Programme zu schreiben. Ada Lovelace gilt als die erste Programmiererin. Charles Babbage gelang es nie, seine „Analytische Maschine“ vernünftig zum Laufen zu bringen. Zahnräder, Gestänge und andere mechanische Teile konnten nicht in der notwendigen Präzision hergestellt werden.
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| Nach den erfolglosen Versuchen von Charles Babbage wurden wenige Anstrengungen unternommen, ein weiteres Projekt Digitalrechner auf die Beine zu stellen. Erst vor dem [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] wurden Babbages Ideen wieder aufgegriffen. Erste digitale Rechner wurden auf Basis von elektrischen Relais und Röhren realisiert. Zu den ersten Wissenschaftlern gehörten [[Howard Aiken]] von der [[Harvard University|Havard Universität]], [[John von Neumann]] an der [[Princeton University|Princeton-Universität]], [[John William Mauchly]], [[John Presper Eckert]] in [[Pennsylvania]] und [[Konrad Zuse]] in Berlin. Die ersten Computer wurden von einem Team von Technikern entwickelt, welche für den Entwurf, den Bau, die Programmierung und Wartung solcher Maschinen verantwortlich waren. Programmiersprachen waren unbekannt und die Programme wurden mithilfe von Steckkarten realisiert, auf welchen die Programme mithilfe von elektrischen Drähten programmiert wurden. Da ein Computer nur ein einziges Programm ausführen konnte, waren Betriebssysteme unnötig. Eine Berechnung einer einzigen Aufgabe dauerte Sekunden, und die Ausführung eines Programmes Stunden, aber nur dann, wenn die Computer mit Tausenden von Röhren oder Relais einwandfrei funktionierten. In den frühen 1950er Jahren wurden elektrische Drähte durch [[Lochkarte]]n ersetzt.
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| Als Betriebssystem-Vorläufer gilt der 1956 in Gestalt des GM-NAA I/O bei [[General Motors]] für die IBM 704 erfundene ''resident monitor,'' ein Stück Software, das nach Beendigung eines Stapelauftrags den Folgeauftrag automatisch startete. 1959 entstand daraus das SHARE Operating System (SOS), das bereits über eine rudimentäre Ressourcenverwaltung verfügte.
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| Dessen Nachfolger IBSYS verfügte bereits über eine einfache Shell mit Kommandosprache.
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| 1961 entstand mit dem Compatible Timesharing System (CTSS) für die IBM 7094 am [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]] das erste Betriebssystem für Mehrbenutzerbetrieb. Das ermöglichte die quasi-gleichzeitige Benutzung der Rechenanlage durch mehrere Anwender mittels angeschlossener [[Terminal (Computer)|Terminals]].
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| Eine Vielzahl gleichzeitig geladener Programme erforderte es, die von ihnen beanspruchten Speicherbereiche voneinander abzugrenzen. Als Lösung entstand 1956 an der [[Technische Universität Berlin|TU Berlin]] der [[Virtueller Speicher|Virtuelle Speicher]] und wurde Mitte der 1960er Jahre erstmals in Großrechner-Betriebssystemen umgesetzt.
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| Damals lieferte meist der Hersteller der Hardware das Betriebssystem, das nur auf einer bestimmten Modellreihe oder sogar nur auf einem bestimmten System lief, sodass Programme weder zwischen verschiedenen Computern, noch über verschiedene Generationen hinweg portierbar waren. Mit der Einführung der Modellreihe [[System/360]] von [[IBM]] führte IBM 1964 das Betriebssystem [[OS/360]] in verschiedenen Versionen (OS/360 für rein lochkartenbasierte Systeme, TOS/360 für Maschinen mit Bandlaufwerken, DOS/360 für solche mit Festplatten) ein. Es war das erste Betriebssystem, das modellreihenübergreifend eingesetzt wurde.
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| Ab 1963 wurde [[Multics]] in Zusammenarbeit von MIT, [[General Electric]] und den [[Bell Laboratories]] (Bell Labs) von [[AT&T]] entwickelt, das jedoch erst ab 1969 bis 2000 im Einsatz war. Multics wurde in [[PL/I]] programmiert.
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| Inspiriert von den Arbeiten an Multics startete eine Gruppe um [[Ken Thompson]] und [[Dennis Ritchie]] an den Bell Labs 1969 mit der Entwicklung von [[Unix]]. In den Jahren 1970 bis 1972 wurden mit RSX-15 und [[RSX-11]] frühe Vorläufer des heutigen [[Microsoft Windows NT|Windows NT]] entwickelt. Unix wurde in den Jahren 1972–1974 bis auf wenige Teile in der höheren [[Programmiersprache]] [[C (Programmiersprache)|C]] mit dem Ziel der [[Plattformunabhängigkeit|Portabilität]] neu implementiert, um auf der damals neuen [[PDP-11]] lauffähig zu sein. In weiterer Folge entwickelte sich UNIX zu einer ganzen Familie von Systemen für verschiedene Hardwareplattformen.
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| Die ersten [[Personal Computer|PCs]] wie der [[Altair 8800]] von 1975 verfügten zunächst über kein Betriebssystem. Daher mussten sämtliche Aktionen in einem reinen [[Maschinencode]] eingegeben werden. Sein erstes Betriebssystem erhielt der Altair 8800 in Form eines [[BASIC]]-Interpreters.
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| Dieser stellte sowohl eine Programmierumgebung dar als auch die allgemeine Schnittstelle zwischen dem Benutzer und der Hardware (die dieser Interpreter direkt ansteuerte). Er war Laufzeitumgebung und Benutzerschnittstelle zugleich; über bestimmte Befehle konnte der Benutzer beispielsweise Daten laden und speichern und Programme ausführen. 1974 erfand [[Gary Kildall]] [[CP/M]], das als erstes universelles PC-Betriebssystem gilt. Durch seine modulare Bauweise (der plattformunabhängige Kernel BDOS setzte auf einer Hardware-Treiberschicht namens [[BIOS (DOS)|BIOS]] auf) ließ es sich mit vertretbarem Aufwand auf zahlreiche zueinander inkompatible PC-Plattformen portieren. Eine Programmierumgebung steuerte nun (meistens) nicht mehr die Hardware direkt an, sondern nutzte die Schnittstellen des Betriebssystems. Daher war auch die Programmierumgebung nicht mehr nur auf einer bestimmten Hardware lauffähig, sondern auf zahlreichen PCs.
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| Für die aufkommende [[Computergrafik]] reichten rein textbasierte Benutzerschnittstellen nicht mehr aus. Die 1973 eingeführte [[Xerox Alto]] war das erste Computersystem mit einem objektorientierten Betriebssystem
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| und einer grafischen Benutzeroberfläche, was diesen Rechner für [[Desktop-Publishing]] geeignet machte und einen großen Fortschritt in Sachen Benutzerfreundlichkeit darstellte.
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| === Meilensteine ===
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| ==== Der C64, ein Heimcomputer der 1980er Jahre ====
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| [[Datei:C64c system.jpg|mini|C64C-System mit [[VC1541]]-II-Diskettenlaufwerk und 1084S RGB-Monitor (1986)]]
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| In den 1980er Jahren wurden [[Heimcomputer]] populär. Diese konnten neben nützlichen Aufgaben auch Spiele ausführen. Die [[Hardware]] bestand aus einem 8-Bit-Prozessor mit bis zu 64 [[Kibibyte|KiB]] RAM, einer Tastatur und einem Monitor- bzw. HF-Ausgang. Einer der populärsten dieser Computer war der [[Commodore International|Commodore]] [[Commodore 64|64]] (kurz „C64“) mit dem Mikroprozessor [[MOS Technology 6510|6510]] (einer Variante des [[MOS Technologies 6502|6502]]). Dieser Computer verfügte über einen in einem eigenen 8 KiB-[[Festwertspeicher|ROM]]-Baustein befindlichen Systemkern namens [[Kernal]] mitsamt einem [[BIOS]] (''Basic Input/Output System''), das die Geräte Bildschirm, Tastatur, serielle IEC-Schnittstelle für Diskettenlaufwerke bzw. Drucker, Kassetteninterface initialisierte und über ein Kanalkonzept teilweise abstrahierte. Über ein separates 8 KiB-ROM-[[BASIC]], das auf die Funktionen des BIOS aufsetzte, konnte das System bedient und programmiert werden. Das Betriebssystem dieses Computers kann auf der Ebene des BASIC-Interpreters als gute Hardwareabstraktion angesehen werden. Natürlich sind weder Kernel, Speicher- oder sonstiger Hardwareschutz vorhanden. Viele Programme, vor allem auch Spiele, setzten sich über das BIOS hinweg und griffen direkt auf entsprechende Hardware zu.
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| {{C64 Schichten}}
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| '''Abstraktionsschichten im Betriebssystem des Heimcomputers C64'''
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| ==== Die grafische Benutzeroberfläche (GUI) von Apple ====
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| [[Datei:EOS LX.png|mini|Beispiel für eine grafische Benutzeroberfläche]]
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| {{Hauptartikel|Grafische Benutzeroberfläche|Desktop-Umgebung}}
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| Xerox entwickelte im Palo Alto Research Center ([[Xerox PARC|PARC]]) das [[Smalltalk (Programmiersprache)|Smalltalk]]-Entwicklungssystem (Xerox entwickelte mit [[Xerox Alto|ALTO]] (1973) und [[Xerox Star|Star]] (1981) erste Rechner mit grafischer Benutzeroberfläche). Das Unternehmen [[Apple]] bot Xerox an, die Technologie zu kaufen; da PARC aber vor allem ein Forschungszentrum war, bestand kein Interesse an Verkauf und Vermarktung. Nachdem Apple-Chef Steve Jobs Xerox Aktienanteile von Apple anbot, wurde ihm erlaubt, einigen Apple-Entwicklern die Xerox-Demos zu zeigen. Danach war den Apple-Entwicklern auf jeden Fall klar, dass der grafischen Benutzeroberfläche die Zukunft gehörte, und Apple begann, eine eigene grafische Benutzeroberfläche zu entwickeln.
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| Viele Merkmale und Prinzipien jeder modernen grafischen Benutzeroberfläche für Computer, wie wir sie heute kennen, sind originale Apple-Entwicklungen ([[Pull-down-Menü]]s, die [[Schreibtischmetapher]], [[Drag and Drop]], Doppelklicken). Die Behauptung, Apple habe seine GUI von Xerox illegal kopiert, ist ein ständiger Streitpunkt; es existieren jedoch gravierende Unterschiede zwischen einem Alto von Xerox und der [[Apple Lisa|Lisa]]/dem [[Macintosh]].
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| ==== Der Mac-OS-Nachfolger ====
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| [[Datei:Apple1-Mainboard.jpg|mini|Apple-I-Computer]]
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| Mitte der 1990er Jahre steckte das Unternehmen Apple in einer tiefen Krise; es schien kurz vor dem Ruin. Ein dringliches Problem war dabei, dass Apples Betriebssystem [[Mac OS (Classic)|Mac OS]] als veraltet galt, weshalb sich Apple nach Alternativen umzusehen begann. Nach dem Scheitern des wichtigsten Projektes für ein modernes Betriebssystem mit dem Codenamen [[Copland (Betriebssystem)|Copland]] sah sich Apple gezwungen, Ausschau nach einem für die eigenen Zwecke verwendbaren Nachfolger zu halten. Zuerst wurde vermutet, dass Apple das Unternehmen [[Be Incorporated|Be]], mit ihrem auch auf Macs lauffähigen Betriebssystem [[BeOS]], übernehmen würde. Die Übernahmeverhandlungen scheiterten jedoch im November 1996, da der frühere Apple-Manager und Chef von Be [[Jean-Louis Gassée]] im Falle einer Übernahme 300 Millionen US-Dollar und einen Sitz im Vorstand verlangte. Da [[Gil Amelio]] versprochen hatte, bis zur [[Macworld Expo]] im Januar 1997 die zukünftige Strategie zu [[Mac OS (Apple)|Mac OS]] zu verkünden, musste schnell eine Alternative gefunden werden. Überraschend übernahm Apple dann noch im Dezember 1996 für 400 Mio. US-Dollar das Unternehmen [[NeXT]] des geschassten Apple-Gründers Steve Jobs mitsamt dem Betriebssystem NeXTStep bzw. [[OPENSTEP]], das Apples Grundlage für die nachfolgende neue Betriebssystem-Generation werden sollte. Unter dem Codenamen [[Rhapsody (Betriebssystem)|Rhapsody]] wurde es weiterentwickelt zu einem UNIX für Heim- und Bürocomputer mit dem Namen „Mac OS X“; von Version 10.8 (2012) bis 10.11 hieß es einfach „OS X“, seit Version 10.12 (2016) „macOS“. Ab Version 10.5 ist es konform mit der [[Single UNIX Specification]].
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| Das Betriebssystem OPENSTEP war die erste Implementierung der [[OpenStep]]-Spezifikationen, die zusammen mit [[Sun Microsystems|Sun]] entwickelt wurden. Deren Entwicklung hatte Einfluss auf [[Java-Technologie|Java]] und somit letztlich auf [[Android (Betriebssystem)|Android]].
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| ==== Disk Operating System (DOS) ====
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| {{Hauptartikel|Disk Operating System}}
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| Seinen Ursprung hat das „Disketten-Betriebssystem“ auf [[Großrechner]]n ({{enS|Mainframes}}) wie dem [[System/360]] von IBM aus den 1960er Jahren. Der Ansatz wurde in den 1970ern mit [[CP/M]] von [[Digital Research]] auf den damals aufkommenden [[Personal Computer]]n übernommen, das sich seinerseits u. a. an [[TOPS-10]], einer Weiterentwicklung von DOS auf Großrechnern, orientierte. Ähnliche Systeme gab es daraufhin auch für den Commodore [[PET 2001|PET]] ([[Commodore DOS]]), den [[Apple II]] ([[Apple DOS]]) und den Atari ([[Atari DOS]]). Die Portierung von CP/M auf den [[Motorola 68000]], genannt CP/M-68k, selbst kein großer kommerzieller Erfolg, wurde zur Grundlage für [[TOS (Betriebssystem)|TOS]], dem Betriebssystem des [[Atari ST]]. [[86-DOS]] erschien 1980 als Nachbildung von CP/M für den [[Intel 8086]], wurde von Microsoft gekauft und für den [[IBM Personal Computer|IBM PC]]s als [[PC DOS]] eingesetzt. Es setzt auf das [[BIOS (IBM PC)|PC-BIOS]] des IBM PC auf und stellt Dateisystemoperationen zur Verfügung. Microsoft vertrieb ein fast identisches System auch als [[MS-DOS]] für [[IBM-PC-kompatibler Computer|IBM-kompatible PCs]] und [[x86-Architektur|x86]]-PCs.
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| Die ersten IBM PCs waren ganz ähnlich wie der C64 aufgebaut. Auch sie verfügten über ein eingebautes BIOS zur Initialisierung und Abstraktion der Hardware. Sogar ein [[IBM Cassette BASIC|BASIC]]-Interpreter im ROM war vorhanden. Da der IBM PC im Grundsatz ein offenes Design verwendet, wurde anfangs von der Konkurrenz versucht, ohne BIOS und BASIC dazu kompatible [[IBM-PC-kompatibler Computer#DOS-PCs|DOS-PCs]] zu bauen. Es wurde jedoch schnell klar, dass das BIOS ein unverzichtbarer Teil des IBM PC war, ohne den auch keine vollständige Kompatibilität möglich war. Nachdem das BIOS durch [[Reverse Engineering]] nachprogrammiert worden war, wurde auch in IBM-PC-kompatiblen Computern ein [[IBM-PC-kompatibler Computer#BIOS|BIOS]] eingesetzt, allerdings wurde auf das ROM-BASIC verzichtet.
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| Die auf anderen PCs und Heimcomputern eingesetzte Varianten von DOS sind nicht zu MS-DOS kompatibel, etwa [[AmigaDOS]].
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| ===== PC-kompatibles DOS =====
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| {{Hauptartikel|PC-kompatibles DOS}}
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| {{Hauptartikel|IBM-PC-kompatibler Computer}}
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| Der PC konnte mit seinem [[Intel 8088|Intel-8088]]-Prozessor (16-Bit-[[Register (Computer)|Register]]) bis zu 1 [[Mebibyte|MiB]] Speicher adressieren, die ersten Modelle waren jedoch nur mit 64 KiB ausgestattet. Diskettenlaufwerke lösten die alten Kassettenrekorder als Speichermedium ab. Sie erlauben vielfaches Schreiben und Lesen einzeln adressierbarer 512-Byte-Blöcke. Die Benutzung wird durch ein ''Disk Operating System (DOS)'' vereinfacht, das ein abstraktes Dateikonzept bereitstellt. Blöcke können zu beliebig großen Clustern ([[Cluster (Datenträger)|Zuordnungseinheit]] – kleinste für das Betriebssystem ansprechbare Einheit) zusammengefasst werden. Dateien (logische Informationseinheiten) belegen einen oder mehrere dieser (verketteten) Cluster. Eine Diskette kann viele Dateien enthalten, die über Namen erreichbar sind.
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| Auf den ersten [[Personal Computer|PCs]] war kein Speicherschutz realisiert, die Programme konnten daher an DOS vorbei direkt auf das [[BIOS (IBM PC)|PC-BIOS]] und, am BIOS vorbei, auch direkt auf die Hardware zugreifen, z. B. auf die [[Grafikkarte]]. Erst spätere PCs wurden mit dem [[Intel 80286|Intel-80286]]-Prozessor ausgestattet, der Speicherschutz ermöglichte. MS-DOS stellte auch keine für alle Zwecke ausreichende Abstraktion zur Verfügung. Es ließ sich nur ein Programm gleichzeitig starten, die Speicherverwaltung war eher rudimentär. Ein Teil der Hardware wurde nicht unterstützt und musste von Programmen direkt angesprochen werden, was dazu führte, dass beispielsweise für jedes Spiel die [[Soundkarte]] neu konfiguriert werden musste. Die Performance einiger Routinen, speziell zur Textausgabe, war verbesserungswürdig. Viele Programme setzten sich daher über das Betriebssystem hinweg und schrieben z. B. direkt in den [[Bildschirmspeicher]]. MS-DOS wurde mit einem Satz von Programmen (sogenannten Werkzeugen) und dem Kommandointerpreter <span style="font-family: monospace, monospace;">[[COMMAND.COM]]</span> ausgeliefert.
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| {{MSDOS Schichten}}
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| '''Abstraktionsschichten eines PC unter DOS'''
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| ==== Windows ====
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| {{Hauptartikel|Microsoft Windows}}
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| 1983 begann das Unternehmen [[Microsoft]] mit der Entwicklung einer grafischen Betriebssystem-Erweiterung („Grafik-Aufsatz“) für [[MS-DOS]] namens Windows. Das MS-DOS und BIOS-Design der PCs erlaubten, da immer nur ein Programm exklusiv laufen konnte, keine Weiterentwicklung in Richtung moderner Serverbetriebssysteme. Microsoft begann Anfang der 1990er Jahre, ein solches Betriebssystem zu entwickeln, das zunächst als Weiterentwicklung von [[OS/2]] geplant war (an dessen Entwicklung Microsoft zwischen 1987 und 1991 beteiligt war): [[Microsoft Windows NT|Windows NT]] 3.1 (Juli 1993). Für den Consumer-Markt brachte Microsoft am 15. August 1995 [[Microsoft Windows 95|Windows 95]] heraus; es setzt auf MS-DOS auf. Dieser „Consumer-Zweig“, zusammengefasst [[Windows 9x]], wurde mit der Veröffentlichung von [[Microsoft Windows Millennium Edition|Windows Me]] (August/September 2000) abgeschlossen.
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| '''Aufbau von Windows NT:''' Über die Hardware wurde eine Abstraktionsschicht, der ''[[Hardware Abstraction Layer]] (HAL)'' gelegt, auf den der Kernel aufsetzte. Verschiedene Gerätetreiber waren als Kernelmodule ausgeführt und liefen wie der Kernel im privilegierten ''Kernel Mode''. Sie stellten Möglichkeiten der E/A-Verwaltung, Dateisystem, Netzwerk, Sicherheitsmechanismen, virtuellen Speicher usw. zur Verfügung. [[Windows-Systemdienst|Systemdienste]] ''(System Services)'' ergänzten das Konzept; wie ihre [[Unix]]-Pendants, die [[daemon]]s, waren sie in Form von Prozessen im ''User-Mode'' ausgeführt.
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| {{Windows NT Schichten}}
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| '''Abstraktionsschichten unter Windows NT (etwas vereinfacht)'''
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| Über sogenannte ''Personalities'' wurden dann die Schnittstellen bestehender Systeme nachgebildet, zunächst für Microsofts eigenes, neues [[Windows Application Programming Interface#Win32|Win32]]-System, aber auch für OS/2 (ohne Grafik) und [[POSIX]].1, also einer Norm, die eigentlich Unix-Systeme vereinheitlichen sollte. Personalities liefen wie Anwenderprogramme im unprivilegierten ''User-Mode''. Das DOS-Subsystem war in Form von Prozessen implementiert, die jeweils einen kompletten PC mit MS-DOS als virtuelle Maschine darstellten; darauf konnte mit einer besonderen Version von Windows 3.1, dem ''Windows-on-Windows'', auch [[Windows Application Programming Interface#Win16|Win16]]-Programme ausgeführt werden. ''Windows-on-Windows'' blendete dazu die Fenster der Win16-Programme in das Win32-Subsystem ein, das die Grafikausgabe verwaltete. Das System erlaubte daher die Ausführung von Programmen sowohl für MS-DOS wie für die älteren Windows-Betriebssysteme, allerdings unter vollkommener Kontrolle des Betriebssystems. Dies galt aber nur für die Implementierung für Intel-80386-Prozessoren und deren Nachfolger.
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| Programme, die direkt auf die Hardware zugreifen, blieben aber außen vor. Insbesondere viele Spiele konnten daher nicht unter Windows NT ausgeführt werden, zumindest bis zur Vorstellung von [[WinG]], das später in [[DirectX]] umbenannt wurde. Ohne die Möglichkeit eines direkten Zugriffs auf die Grafikhardware bzw. -treiber war die Programmierung von leistungsfähigen Actionspielen zunächst auf die älteren Windows-Versionen beschränkt.
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| Windows NT erschien in den Versionen 3.1, 3.5, 3.51 und 4.0. [[Microsoft Windows 2000|Windows 2000]] stellte eine Weiterentwicklung von Windows NT dar. Auch [[Microsoft Windows XP|Windows XP]], [[Microsoft Windows Server 2003|Windows Server 2003]], [[Microsoft Windows Vista|Windows Vista]], [[Microsoft Windows Server 2008|Windows Server 2008]], [[Microsoft Windows 7|Windows 7]], [[Microsoft Windows Server 2012|Windows Server 2012]], [[Microsoft Windows 8|Windows 8]]/8.1 und [[Microsoft Windows 10|Windows 10]] bauen auf der Struktur von Windows NT auf.
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| ==== Linux (GNU/Linux) ====
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| [[Datei:Linus Torvalds.jpeg|mini|hochkant|Linus Torvalds, Entwickler von Linux]]
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| {{Hauptartikel|Linux}}
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| 1991 begann [[Linus Torvalds]] in [[Helsinki]]/[[Finnland]] mit der Entwicklung des [[Linux (Kernel)|Linux-Kernels]], den er bald danach der Öffentlichkeit zur Verfügung stellte.
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| Es läuft als portables Betriebssystem auf verschiedenen Rechnerarchitekturen, wurde aber zunächst für PCs mit [[Intel 80386|Intel-80386]]-Prozessor entwickelt. Das in diesen Rechnern verwendete [[BIOS]] dient nur noch zum Initialisieren der Hardware und zum Starten des [[Bootloader]]s, da die Routinen des [[BIOS (IBM PC)|PC-BIOS]] für Multitaskingsysteme wie Linux ungeeignet sind. Dies kommt zustande, da insbesondere der Prozessor durch Warten belastet wird anstatt durch eine – in der Hardware durchaus vorhandene – geschickte Unterbrechungsverwaltung ''(interrupt handling)'' auf Ereignisse ''(events)'' zu reagieren. Linux verwendet daher nach dem Starten des Systems eigene Gerätetreiber.
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| Es verteilt die Prozessorzeit auf verschiedene Programme (Prozesse). Jeder dieser Prozesse erhält einen eigenen, geschützten Speicherbereich und kann nur über Systemaufrufe auf die Gerätetreiber und das Betriebssystem zugreifen.
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| Die Prozesse laufen im Benutzermodus ''(user mode)'', während der Kernel im Kernel-Modus ''(kernel mode)'' arbeitet. Die Privilegien im Benutzermodus sind sehr eingeschränkt. Ein direkter Zugriff wird nur sehr selten und unter genau kontrollierten Bedingungen gestattet. Dies hat den Vorteil, dass kein Programm z. B. durch einen [[Programmfehler|Fehler]] das System zum Absturz bringen kann.
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| Linux stellt wie sein Vorbild [[Unix]] eine vollständige Abstraktion und Virtualisierung für nahezu alle Betriebsmittel bereit (z. B. [[virtueller Speicher]], Illusion eines eigenen Prozessors).
| | ; Begriff Betriebssystem |
| | Für [[Andrew S. Tanenbaum]] beschränkt sich der Begriff Betriebssystem im Wesentlichen auf den [[Kernel (Betriebssystem)|Kernel]] |
| | : „Editoren, Compiler, [[Assembler (Informatik)|Assembler]], [[Linker (Computerprogramm)|Binder]] und [[Kommandointerpreter]] sind definitiv nicht Teil des Betriebssystems, auch wenn sie bedeutsam und nützlich sind.“ |
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| <div style="text-align:center">
| | Viele Lehrbücher folgen dieser engeren Sichtweise |
| {{Linux Schichten}}
| | * Andere Autoren zählen unter anderem auch eine Kommandosprache zum Betriebssystem: „Außer die Hardware zu verwalten […], bieten moderne Betriebssysteme zahlreiche Dienste an, etwa zur Verständigung der Prozesse untereinander, Datei- und Verzeichnissysteme, Datenübertragung über Netzwerke und eine Befehlssprache.“ |
| | Eine noch weitere Fassung des Begriffes, die beispielsweise auch Editoren und Compiler umfasst, geht zum Teil auf ältere Werke des deutschen Sprachraums zurück, lässt sich aber auch in aktueller Literatur noch finden |
| | * So zählen die Autoren des Informatik-Dudens auch Übersetzungsprogramme und [[Dienstprogramm]]e zu den wesentlichen Komponenten eines Betriebssystems |
| | * In jüngerer Zeit kann der [[GNU/Linux-Namensstreit]] als Beispiel für die Abgrenzungsprobleme angesehen werden |
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| '''Fast vollständige Abstraktion unter Linux'''
| | Der Begriff des Betriebssystems ist in Artikel 3 der Richtlinie (EU) 2019/882 [[Legaldefinition|legal definiert]] |
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| == Verbreitung ==
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| {{Veraltet|seit=2018|dieses Abschnitts}}
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| Das Unternehmen StatCounter analysiert die Verbreitung von Endanwender-Betriebssystemen anhand von Zugriffsstatistiken diverser Websites.
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| Viele Jahre<!-- Seit wann? --> lang lag [[Microsoft Windows|Windows]] an der Spitze, bis es laut StatCounter 2017 von [[Android (Betriebssystem)|Android]] überholt wurde.
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| Die laut StatCounter am weitesten verbreiteten Endanwender-Betriebssysteme sind:
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| {| rules="rows" style="white-space:nowrap; border-color:#EAECF0;"
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| ! !! !! 2017 !!
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| !2018
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| |-
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| | 1. || [[Android (Betriebssystem)|Android]]
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| |style="text-align:right"| 31,76 %
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| || [[Datei:Pfeil rechts oben.svg|11px|verweis=]]
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| |38,97 %
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| |-
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| | 2. || [[Microsoft Windows|Windows]]
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| |style="text-align:right"| 43,82 %
| |
| || [[Datei:Pfeil rechts unten.svg|11px|verweis=]]
| |
| |37,07 %
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| |-
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| | 3. || [[iOS (Betriebssystem)|iOS]]
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| |style="text-align:right"| 11,71 %
| |
| || [[Datei:Pfeil rechts oben.svg|11px|verweis=]]
| |
| |13,18 %
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| |-
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| | 4. || [[macOS]]
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| |style="text-align:right"| 5,09 %
| |
| || [[Datei:Pfeil rechts oben.svg|11px|verweis=]]
| |
| |5,24 %
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| |-
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| | 5. || [[Linux]]
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| |style="text-align:right"| 0,94 %
| |
| || [[Datei:Pfeil rechts unten.svg|11px|verweis=]]
| |
| |0,76 %
| |
| |-
| |
| | ||''nicht identifizierte B.''
| |
| |style="text-align:right"| 3,64 %
| |
| || [[Datei:Pfeil rechts unten.svg|11px|verweis=]]
| |
| |2,72 %
| |
| |-
| |
| | ||''andere Betriebssysteme''
| |
| |style="text-align:right"| 3,03 %
| |
| || [[Datei:Pfeil rechts unten.svg|11px|verweis=]]
| |
| |2,06 %
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| |}
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| | Ungeachtet dessen, wie weit oder wie eng man den Begriff „Betriebssystem“ fasst, enthalten die Installationsmedien für Betriebssysteme für gewöhnlich zusätzliche Dienst- und Anwendungsprogramme |
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| <noinclude> | | <noinclude> |
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| ==== Links ==== | | ==== Links ==== |
| ===== Weblinks ===== | | ===== Weblinks ===== |
| # Commonscat|Operating systems|Betriebssystem | | # https://de.wikipedia.org/wiki/Betriebssystem |
| # Wiktionary
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| # dmoz|World/Deutsch/Computer/Software/Betriebssysteme/|Betriebssysteme
| |
| # [http://www.operating-system.org/betriebssystem/_german/os-uebersicht.htm Informationen zu allen Betriebssystemen] | | # [http://www.operating-system.org/betriebssystem/_german/os-uebersicht.htm Informationen zu allen Betriebssystemen] |
| # [http://lowlevel.eu/ Lowlevel – Wiki und Forum zur Betriebssystementwicklung (Online)] | | # [http://lowlevel.eu/ Lowlevel – Wiki und Forum zur Betriebssystementwicklung (Online)] |
