Betriebssystem

Betriebssystem - Softwaresystem zur Verwaltung und Bereitstellung von Systemressourcen eines Computers

Beschreibung

Ein Betriebssystem, auch OS (Operating System) genannt, ist eine Zusammenstellung von Computerprogrammen, die die Systemressourcen eines Computers wie Arbeitsspeicher, Festplatten, Ein- und Ausgabegeräte verwaltet und diese Anwendungsprogrammen zur Verfügung stellt

Das Betriebssystem bildet dadurch die Schnittstelle zwischen den Hardware-Komponenten und der Anwendungssoftware des Benutzers

Betriebssysteme bestehen in der Regel aus einem 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 Gerätetreibern
Betriebssysteme finden sich in fast allen Arten von Computern: Als Echtzeitbetriebssysteme auf Prozessrechnern und eingebetteten Systemen, auf Personal Computern, Tabletcomputern, Smartphones und auf größeren Mehrprozessorsystemen wie z. B. Servern und Großrechnern

Begriff „Betriebssystem“

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 Spielecomputer, Mobiltelefone, Navigationssysteme, Maschinen der Maschinenbaubranchen 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 Zugriffsbeschränkungen

Gewichtung

Die Gewichtung zwischen diesen Aufgaben wandelte sich im Laufe der Zeit, insbesondere wird Schutzfunktionen wie dem Speicherschutz oder begrenzten 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 Systemabstürze und macht das System auch stabiler gegen Angriffe von außen, etwa durch Computerviren

Option	Beschreibung
Speicherverwaltung	Verwaltung der Systemressource Hauptspeicher Protokollierung der Speichernutzung Reservierung und Freigabe von Speicher
(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)
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 \|\|
Rechteverwaltung	Voneinander unabhängige Benutzer/Programme dürfen sich gegenseitig nicht stören
Abstraktion	Verbergen der Komplexität der Maschine vor dem Anwender Abstraktion des Maschinenbegriffes (nach Coy): Reale Maschine = Zentraleinheit + Geräte (Hardware) Abstrakte Maschine = Reale Maschine + Betriebssystem Benutzermaschine = Abstrakte Maschine + Anwendungsprogramm

Definitionen und Abgrenzung

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 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 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 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.“

Das Betriebssystem ordnet und kontrolliert die Allokation der Prozessoren, Speicher und Ein-/Ausgabegeräte und überwacht, welches Programm gerade welches Betriebsmittel nutzt

Liegen beispielsweise mehrere Aufträge für einen 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

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 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

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:

Zitat DIN 44300: 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

Begriff Betriebssystem

Für Andrew S. Tanenbaum beschränkt sich der Begriff Betriebssystem im Wesentlichen auf den Kernel

„Editoren, Compiler, Assembler, Binder und Kommandointerpreter sind definitiv nicht Teil des Betriebssystems, auch wenn sie bedeutsam und nützlich sind.“

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.“

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 Dienstprogramme zu den wesentlichen Komponenten eines Betriebssystems
In jüngerer Zeit kann der GNU/Linux-Namensstreit als Beispiel für die Abgrenzungsprobleme angesehen werden

Der Begriff des Betriebssystems ist in Artikel 3 der Richtlinie (EU) 2019/882 legal definiert

Ungeachtet dessen, wie weit oder wie eng man den Begriff „Betriebssystem“ fasst, enthalten die Installationsmedien für Betriebssysteme für gewöhnlich zusätzliche Dienst- und Anwendungsprogramme

Anhang

Siehe auch

Links

Weblinks