Grundlagen und Geschichte der Betriebssysteme

Das Betriebssystem

Ein Betriebssystem ist ein Programm oder ein Satz von Computerprogrammen, die entwickelt wurden, um eine effiziente Verwaltung der Ressourcen zu ermöglichen. Es verwaltet die Hardware der Maschine von den grundlegenden Ebenen bis hin zur Benutzerinteraktion.

Grundfunktionen

Das Betriebssystem ermöglicht und vereinfacht das Management des PCs und führt eine Reihe von wesentlichen Grundfunktionen aus, die jeweils durch eine interne Komponente umgesetzt werden:

1. Bereitstellung von Komfort im Umgang mit den Ressourcen des Computers.
2. Verwaltung der Hardware-Dienste zur Ausführung von Prozessen.
3. Bereitstellung der Benutzeroberfläche zur Ausführung von Anweisungen (Befehlen).
4. Ermöglichung von evolutionären Änderungen: Aufgrund der Entwicklung des Betriebssystems selbst können Anpassungen vorgenommen werden, ohne die bereits bestehenden Dienste zu beeinträchtigen.

5. Grundlegende Funktionen und Ressourcenverwaltung

• Bereitstellung der Benutzeroberfläche: Dieser Kontakt erlaubt es, Programme zu laden, auf Dateien zuzugreifen und andere Aufgaben auszuführen. Es gibt drei Arten von Schnittstellen: Befehlszeilen, Menüs und grafische Oberflächen.
• Ressourcenverwaltung (Administration): Verwaltung der Hardware, Netzwerke und Informationssysteme, einschließlich CPU, Arbeitsspeicher (RAM), Sekundärspeicher und Ein-/Ausgabegeräte (E/A).
• Dateiverwaltung: Programme zur Dateiverwaltung steuern das Erstellen, Löschen und den Zugriff auf Dateien. Dies beinhaltet auch Datenprogramme und die Verfolgung des physischen Speicherorts der Dateien auf Magnetplatten.
• Aufgabenverwaltung: Verwaltung der Computeraufgaben der Endanwender. Sie kontrolliert, welche Programme Zugriff auf die CPU haben und für wie lange. Sie kann CPU-Zeit für bestimmte Aufgaben verteilen, unterbrechen und die CPU jederzeit für Aufgaben mit höherer Priorität freigeben.
• Unterstützung und Dienstprogramme: Diese hängen von der jeweiligen Arbeit ab. Dazu gehören: Aktualisierungen, Sicherheitsverbesserungen, Einbindung neuer Dienstprogramme, Treiber für neue Peripheriegeräte und Software-Fehlerbehebungen (Bug-Fixes).

Historische Perspektive

Die erste Generation (1945–1950) bestand aus großen Maschinen, die von einer Master-Konsole aus bedient wurden. Während des folgenden Jahrzehnts (1950–1960) gab es Fortschritte in der Hardware: Kartenleser, Drucker, Magnetbänder usw. Dies führte wiederum zu Fortschritten in der Software: Compiler, Assembler, Loader und Gerätetreiber.

Exploitationsprobleme und initiale Lösungen

Das Hauptproblem war die geringe Auslastung. Die erste Lösung bestand darin, professionelle Operatoren einzusetzen, wodurch Wartezeiten durch Reservierungssysteme minimiert wurden, was Zeit sparte und die Geschwindigkeit erhöhte.

Spooler

Magnetfestplatten boten neue Lösungen für Performance-Probleme. Magnetbänder für den Datendump wurden durch schnellere Platten ersetzt. Aufgrund der Überlappung von Rechenzeit und Ein-/Ausgabezeit anderer Arbeiten wurden Tabellen auf der Festplatte für verschiedene Aufgaben erstellt. Dies wird als Spooling (Simultaneous Peripheral Operations Online) bezeichnet.

Multiprogramm-Betriebssysteme

Hardware mit Speicherschutz bietet neue Lösungen für das Problem der Effizienzsteigerung. Es ermöglicht die Überlappung von Berechnungen einer Arbeit mit den E/A-Vorgängen anderer Arbeiten. Mehrere Programme können gleichzeitig im Speicher gehalten werden. Die CPU-Auslastung wird den verschiedenen Programmen im Speicher zugeordnet.

Charakteristika eines Betriebssystems

Ein Betriebssystem definiert die Benutzeroberfläche, ermöglicht den Hardware-Austausch zwischen Nutzern sowie den Datenaustausch, plant die Ressourcenverteilung zwischen Anwendern, stellt E/A-Funktionen bereit und ermöglicht die Erholung nach Fehlern.

Schlüsselressourcen

Prozessoren, Speicher, Ein-/Ausgabegeräte und Daten.

Das Betriebssystem als Schnittstelle

Es dient als Schnittstelle zwischen Computerprogrammen, Anwendungsbetreibern, Systemen, Administratoren, Hardware und Nutzern.

Generation 1940

Die ersten digitalen Computer hatten kein eigentliches Betriebssystem. Es waren primitive Systeme, in denen Programme manuell bearbeitet wurden. Alle Anweisungen wurden von Hand codiert, mit vollem Zugriff auf die Maschinensprache.

Erste Generation 1950

Hier wurde das erste Betriebssystem implementiert, das eine Aufgabe nach der anderen bearbeitete. Der Übergang zwischen den Jobs wurde flüssiger, was den Beginn der Batch-Verarbeitung markierte.