Einführung in Betriebssysteme

Zu Beginn einer Einführung eines bestimmten Themengebietes sollte eigentlich eine Definition des Themenbereichs stehen, zumindest jedoch eine relativ genaue Beschreibung worum es bei dem Themengebieten geht. Dies ist bei Betriebssystemen leider nicht so einfach möglich. Es gibt keine genaue Abgrenzung dessen, was eine Betriebssystem ist. Vielmehr kann man beschreiben welche Aufgaben einzelne Betriebssysteme erfüllen. Gründe dafür lassen sich relativ einfach an der historischen Entwicklung von Betriebssystemen ablesen. Wir werden im Folgenden diese Entwicklung beleuchten. Zunächst wollen wir jedoch versuchen einmal zu beschreiben, was ein gängiges Betriebssystem heute im Allgemeinen leistet.

Das Betriebssystem ist die Vergabe- und Verwaltungsstelle aller Betriebsmittel (CPU, Speicher, Peripheriegeräte, ... ). Grob kann die Aufgaben eines Betriebssystems in zwei Bereich unterteilen. Zum einen steuert ein Betriebssystem den Ablauf der Arbeit des Rechners. Zentrale Aufgabe ist dabei die Verwaltung von Prozessen (Ein Prozess ist vereinfacht gesagt der Code und der Variablenzustand eines laufenden Programms), Hauptspeicher, Dateien, I/O, Kommunikation und Rechenzeit. Die zweite Funktion des Betriebssystems ist die Bereitstellung abstrakter Funktionen, die dem Programmierer eine möglichst hardwareunabhängige Sicht auf Peripheriegeräte ermöglichen sollen. Es werden Funktionen wie read, write, ... zur Verfügung gestellt.

Das Betriebssystem liegt zwischen der Hardware und der Anwendersoftware. Abbildung stellt den Aufbau eines Rechnersystems mit Betriebssystem und Anwendersoftware dar.

Figure: Schichten eines Rechnersystems

Die Mikroprogramme stellen dabei die Zusammenfassung einzelner in der Hardware implementierter Funktionen dar. Die Mikroprogramme werden bei der Implementierung der Maschinensprache (Assembler) benutzt. Das Betriebssystem nimmt nun eine weitere Abstraktion vor. So ist es Programmierern möglich auf einzelne Betriebssystemfunktionen zuzugreifen, ohne die genauen Details der Hardware zu kennen.

Neben dem Betriebssystem gehören auch noch Übersetzer von Programmiersprachen, Editoren und Shells zu den Systemprogrammen. Übersetzer wandeln Programme einer bestimmten Programmiersprache in Maschinensprache um. Editoren sind zum Schreiben von Programmen in der jeweiligen Programmiersprache bestimmt. Shells schließlich sind eine Anwenderschnittstelle zum Betriebssystem. Über die Shell können einzelne Prozesse gestartet werden und Parameter des Betriebssystems verändert werden.

Bevor wir nun auf die Details von Betriebssystemen eingehen, soll erst einmal die historische Entwicklung von Betriebssystemen in Stichworten betrachtet werden.