Grundlagen der Betriebssysteme: Entwicklung und Funktionen

Was ist ein Betriebssystem?

Das Betriebssystem ist die grundlegende Software eines Computers. Es verwaltet alle Hardware-Ressourcen des EDV-Systems und bildet die Basis für die Erstellung und Implementierung von Anwendungssoftware. Das System besteht aus einem Satz von Programmen, Diensten und Funktionen, die den Betrieb der Hardware koordinieren.

Funktionsweise und Benutzerverwaltung

Dank des Betriebssystems wird die Hardware erkannt und das EDV-System beginnt zu arbeiten. Es ermöglicht Benutzern die Ausführung spezifischer Funktionen. Dabei können Ressourcen sowohl einem einzelnen Benutzer als auch mehreren Benutzern gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden.

Die Entwicklung der Computergenerationen

1. Generation (Vakuumröhren)

Diese Maschinen nutzten Vakuumröhren und Maschinensprache (0 und 1). Sie waren sehr groß, verbrauchten viel Strom und waren langsam. Die Dateneingabe erfolgte manuell über Lochkarten.

2. Generation (Transistoren)

Durch den Einsatz von Transistoren wurden Computer kleiner, schneller und effizienter. Es entstand die Stapelverarbeitung und erste Multi-User-Betriebssysteme.

3. Generation (Integrierte Schaltungen)

Zwischen 1965 und 1980 wurden integrierte Schaltungen eingeführt. Ein Meilenstein war der IBM 360, der erstmals mehrere Prozesse gleichzeitig ausführen konnte.

4. Generation (PCs und moderne Systeme)

Seit 1980 prägen PCs, Mikrochips und Massenspeicher die Entwicklung. Es entstanden benutzerfreundliche grafische Oberflächen sowie Netzwerke und das Internet.

Prozessmanagement und Zustände

Ein Prozess kann sich in verschiedenen Zuständen befinden:

• Ausführen: Der Prozessor führt Anweisungen aus.
• Bereit: Der Prozess wartet darauf, dass ihm CPU-Zeit zugewiesen wird.
• Gesperrt: Der Prozess wartet auf Ressourcen oder den Abschluss von Ereignissen.

Hierarchie und Dienste des Betriebssystems

Das Betriebssystem koordiniert Programme auf verschiedenen Ebenen:

• Anwendungsebene
• Betriebssystemebene
• Hardwareebene

Zu den zentralen Diensten gehören die Dateiverwaltung, die Steuerung von Ein-/Ausgabegeräten, die Fehlerbehebung sowie die Sicherheit und Protokollierung.

Schichtenmodell moderner Betriebssysteme

1. Nucleus: Steuert die CPU und grundlegende Hardware-Kommunikation.
2. Executive: Verwaltet Speicher (Paging, Segmentierung).
3. Supervisor: Koordiniert Ein-/Ausgabe und Kommunikation zwischen System und Benutzer.
4. User-Level: Steuert die Prozesse auf Benutzerebene.

Speicherverwaltung und Schnittstellen

Der Speicher-Manager protokolliert belegte und freie Speicherbereiche. Bei der Interaktion unterscheidet man zwischen:

• Text-Schnittstellen (CLI): Befehlseingabe über Tastatur (z. B. DOS, UNIX).
• Grafische Schnittstellen (GUI): Kommunikation über Fenster, Maus und grafische Elemente.

Prozessleitsystem (CDB)

Jeder Prozess wird durch einen Datensatz (CDB) verwaltet, der folgende Informationen enthält:

• Aktueller Status: (Ausgeführt, beendet oder blockiert)
• Prozess-ID (PID): Eindeutige Kennung
• Priorität: Steuerung der Ausführungsreihenfolge
• Speicherort: Zuweisung im Arbeitsspeicher
• Ressourcen: Benötigte Hard- und Software-Komponenten