Das Betriebssystem

1.1 Was ist ein Betriebssystem?
Ein Betriebssystem ist die Gesamtheit der Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften der Rechenanlage die Grundlage der möglichen Betriebsarten bildet und insbesondere die Ausführung von Programmen sowie die Vergabe von Betriebsmitteln steuert und überwacht. Betriebssysteme sind auf die Hardware abgestimmt und stellen dem Benutzer eine Schnittstelle in Form einer mehr oder weniger aufwendigen Programmier – bzw. Kommando – Sprache zur Verfügung, derer sich der Anwender zu bedienen hat, um Dienst des Betriebssystems anzufordern. Man unterscheidet zwei wesentliche Arten von Schnittstellen:

• Die Kommando – Orientierte Shell (Bsp.: MS-DOS): Anweisungen oder Anweisungsfolgen werden zeilenorientiert dem System durch den Benutzer übergeben.
• Die graphisch – orientierte, visuelle Shell: Vom System angezeigte und durch den Benutzer auszuwählende Anweisung ermöglicht die Inanspruchnahme von Diensten des Betriebssystems.

Es gibt zwei grundsätzliche Arten von Betriebssystemen:

• Einzelbenutzerbetriebssystem: Vertreter: MS-DOS
• Mehrbenutzerbetriebsystem: Vertreter: UNIX

Beim Einzelnutzungsbetrieb wird der Dialog zwischen einem Benutzer und dem Computer ausgeführt. Beim Mehrbenutzersystem wird eine Anzahl von Benutzern quasi gleichzeitig im interaktiven Betrieb durch den Computer bedient, wobei jeder Benutzer über ein Terminal (Ein/Ausgabestation) mit dem System verbunden ist. Die Installation eines Betriebssystems ist für die Arbeit mit dem Computer unerlässlich.

1.2 Wozu genau wird ein Betriebssystem benötigt?
Das Betriebssystem ist die Schnittstelle, die die Verbindung zwischen Anwender und Computer herstellt. Es hat die Aufgabe dafür zu sorgen, dass die einzusetzende Software die Hardware des Rechners benutzen kann. Um dies zu ermöglichen, ist das Betriebssystem in zwei Komponenten aufgeteilt:

• Hardware – abhängige Komponente

Diese Komponente ist zuständig für die angeschlossene Peripherie und enthält Hardware – abhängige Befehle, die die Ein- und Ausgabe ermöglichen.

• Hardware – unabhängige Komponente

Hierbei handelt es sich um Befehle, die zuerst in die Hardware – unabhängige eingegeben und interpretiert werden und dann von der Hardware – abhängigen Komponente des Betriebssystems ausgeführt werden.
Des Weiteren verfügt das Betriebssystem noch über eine Vielzahl von anderen Aufgaben: Starten des Mikrocomputers:
Das Betriebssystem überprüft, welche Peripheriegeräte angeschlossen sind und zeigt Fehler an, die sich durch falsch oder nicht angeschlossene Ein – und Ausgabegeräte ergeben.
Verwaltung von Geräten: Diese Aufgabe beinhaltet z.B.: das Speichern von Daten auf Diskette und die Meldung von Fehlfunktionen der Ausgabegeräte.
Ausführung der Kommandodateien: Bei einer Kommandodatei oder auch Befehlsdatei genannt, handelt es sich um eine Datei die aus einer Reihe von Befehlen besteht. Anstatt diese Reihe von Befehlen bei Bedarf mehrfach einzugeben, braucht man nur noch die Kommandodatei aufzurufen und das Betriebssystem arbeitet dann Befehl für Befehl aus dieser Datei ab. Tools:
Tools des Betriebssystems sind Formattierprogramme für Disketten, Kopierprogramme für Diskette, Virenprogramme, …

Aufbau von einem Betriebssystem:
Zur logischen Strukturierung wird das Betriebssystem normalerweise in mehrere Schichten oder Schalen eingeteilt. Die unterste Schale beinhaltet alle hardwareabhängigen Teile des Betriebssystems, insbesondere auch die Verarbeitung von Interruptus. Auf diese Weise ist es möglich, das BS leicht an unterschiedliche Rechnerausstattungen anzupassen. Die nächste Schicht enthält die grundlegenden Ein-/Ausgabe-Dienste für Plattenspeicher und Peripheriegeräte. Die darauf folgende Schicht behandelt Kommunikations- und Netzwerkdienste, Dateien und Dateisysteme. Weitere Schichten können je nach Anforderung folgen. Ein Betriebssystem besitzt also drei oder mehr logische Schichten.

Jede Schicht bildet eine abstrakte (virtuelle) Maschine, die mit ihren benachbarten Schichten über wohldefinierte Schnittstellen kommuniziert. Sie kann Funktionen der nächstniedrigeren Schicht aufrufen und ihrerseits Funktionen für die nächsthöhere Schicht zur Verfügung stellen. Die Gesamtheit der von einer Schicht angebotenen Funktionen wird auch als „Dienste“ dieser Schicht bezeichnet. Die Gesamtheit der Vorschriften, die bei der Nutzung der Dienste einzuhalten sind, wird als „Protokoll“ bezeichnet.

2.1 MS – DOS:
MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) ist aus heutiger Sicht veraltet; berücksichtigt man aber die Hardwaregegebenheiten der ersten PCs, war es damals durchaus sinnvoll konzipiert. Die wichtigsten Eigenschaften in Stichpunkten:

• für 16-Bit-Prozessoren (8086 und höher) 
• für Speicherbereich bis 1 MByte (real mode)
• kommandozeilenorientiert
• Singleuser – Singletasking – Betriebssystem
• hierarchisches Dateisystem
• spezielle Hardware über Treiber einbindbar
• Systemaufrufe nicht reentrant
• Geräte nur rudimentär ins Dateisystem eingebunden
• sehr einfache Kommandosprache

MS-DOS besteht aus mehreren Teilen (= Module), die in einem reservierten Bereich auf der Festplatte oder Diskette liegen und von Rechner beim Systemstart in den Hauptspeicher geladen und aktiviert werden.

• IO.SYS (IBMBIO.SYS)

Dieser Teil wird auch BIOS (Basic Input/Output-System) genannt. Er enthält alle Teile von DOS, die sich mit den physikalischen Geräten befassen. Jedes Mal, wenn DOS auf Tastatur, Drucker, Platte oder Bildschirm zugreift wird dieses Modul aktiv. Neben den Geräteroutinen enthält IO.SYS auch die Routinen zur Initialisierung von DOS.

• MSDOS.SYS (IBMDOS.SYS)

Dieses Modul enthält die geräteunabhängigen Systemroutinen und die Platten- und Dateiverwaltung. Auf diese Routinen greifen auch die Anwenderprogramme zu. MSDOS.SYS arbeitet eng mit IO.SYS zusammen. Bei jedem Gerätezugriff werden die Routinen von IO.SYS aufgerufen. Beim Start dieses Teils von MS-DOS wird auch die Datei CONFIG.SYS ausgewertet und dort verzeichnete Gerätetreiber geladen.

DOS – basierte Applikationen durchbrechen oft die o. g. Schalenstruktur (teilweise, weil das BS die gewünschten Dienste nicht zu leisten imstande ist). Vielfach wird direkt auf die Hardware des PC (bis hinunter zur Registerebene) zugegriffen. Daher kommt es manchmal auch zu Inkompatibilitäten. Andererseits kann man eben unter DOS wirklich „alles“ mit der Hardware machen, z. B. das Einbinden von Interrupt – Serviceroutinen in eigene Programme oder Gerätetreiber.

2.2 Windows:
Es gibt sehr viele Windowsversionen, weil das Betriebssystem immer weiter entwickelt wird. Hier mal eine chronologische Übersicht: Windows ist eine graphische Benutzeroberfläche für Personalcomputer. Mit Ausnahme der neueren Versionen wie „Windows NT/2000/XP“ ist für die Installation des Betriebssystems MS – Dos, die Vorraussetzung für den Einsatz dieser populären Benutzeroberfläche. Bei Windows95 wird noch ein 16bit Dateisystem verwendet. Windows98 brachte ein 32bit Dateisystem, und damit noch mehr Performance, mit. Außerdem verschmolz der Internet Explorer mit der Oberfläche. Damit sind dann auch interaktive Inhalte auf dem Desktop möglich.

2.3 Mac OS:
Das Mac OS (Macintosh Operating System) war immer schon einfacher zu bedienen als Windows, aber seine technische Weiterentwicklung war eingeschränkt so dass Windows zumindest in diesem Bereich bald die Oberhand gewann. Windows NT und Windows ab Version 95 beherrschten preemptives Multitasking, das heisst mehrere Programme benutzten den Prozessor zur gleichen Zeit. Windows NT konnte zudem auch mehrere Prozessoren benutzen. Gewaltige Vorteile gegenüber dem alten MacOS das nur ein kooperatives Multitasking kannte in dem die Prozesse immer stückweise nebeneinander abgearbeitet wurden (mit Ruckelbewegungen und Unterbrechungen) und das ohne Multiprocessing auskommen musste. Für Office-Anwendungen war das zwar nicht von Belang (Briefeschreiben und gleichzeitig ausdrucken oder surfen ging auch mit kooperativem Multitasking sehr gut) wohl aber bei Servern und Grosssystemen und war deshalb ein guter Grund für Grossfirmen alles auf Windows aufzubauen. Mac OS X, das neue System von Apple, räumt mit diesen Nachteilen auf. Es baut auf einem Unix-Kern auf. Unix ist das leistungsfähigste Computersystem und beherrscht Multitasking und Multiprocessing seit seiner Entstehung, im Gegensatz zu Windows NT und 95 die diese Fähigkeiten erst im Nachhinein aufgeflickt bekamen und bei denen es deshalb nicht immer ganz reibungslos läuft. Der grosse Nachteil von Unix ist aber seine Kompliziertheit. Ernsthaft einsetzen kann man es nur mit Hilfe von Spezialisten. Das Non-Plus-Ultra wäre also ein Computer der so einfach zu bedienen ist wie ein Macintosh und so leistungsfähig wie Unix. Und genau das bietet Mac OSX.

2.4 Linux:
Linux ist ein frei verfügbares Multitasking- und Multiuser-Betriebssystem auf UNIX-Basis für Systeme mit Intel-Prozessoren. Erfunden wurde Linux von Linus Torvalds und weiterentwickelt von einer Vielzahl von Entwicklern in aller Welt. Linux wurde von Anfang an unter die GPL, der General Public License gestellt. Es kann frei und kostenlos verteilt, eingesetzt und erweitert werden. Entwickler haben so Einblick in sämtliche Quellcodes und können dadurch sehr einfach neue Funktionen integrieren bzw. Programmierfehler schnell finden und eliminieren. Treiber für neue Adapter (SCSI Controller, Grafikkarten etc.) können dadurch sehr schnell integriert werden. Inzwischen hat Linux mit vergleichbaren UNIX-Implementierungen gleichgezogen – oft ist es sogar robuster und stabiler als kommerzielle Produkte. Linux kann auf zwei verschiedene Arten bezogen werden: Alle benötigten Teile können kostenlos aus dem Internet geladen werden. Einfacher ist der Einsatz einer so genannten Distribution, diese werden von verschiedenen Firmen angeboten und enthalten neben einer Vielzahl von Anwendungen ein Installationsprogramm, welches die Installation von Linux wesentlich vereinfacht. Zu empfehlen sind die Distributionen von RedHat und S.u.S.E. Linux wird mittlerweile von mehreren Millionen Anwendern weltweit erfolgreich eingesetzt. Die Benutzergruppen reichen von privaten Anwendern über Schulungsfirmen, Universitäten, Forschungszentren bis hin zu kommerziellen Anwendern und Firmen, die in Linux eine echte Alternative zu anderen Betriebssystemen sehen.

Quellen: