Der Macher an Bord Was ist ein Betriebssystem?

Ein Betriebssystem (englisch: Operating System) ist eine Software, die den Betrieb eines Computers steuert. Es ist im Prinzip eine Vermittlungsinstanz zwischen der vorhandenen Hardware, Software und dem User.

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Für die Nutzung von Anwendersoftware in Verbindung mit Hardware-Ressourcen benötigt ein Computer ein lauffähiges Betriebssystem. Es ist in fast allen Arten von intelligenten Geräten im Einsatz, in denen Anwendungsprogramme betrieben werden, das heißt: nicht nur auf Personal Computern (PCs), Tablets und Smartphones, sondern auch als Echtzeitbetriebssysteme auf Prozessrechnern und Steuerungssystemen (eingebettete Systeme, embedded systems) sowie auf größeren Mehrprozessorsystemen wie Server und Großrechner in Rechenzentren.

Teile und Arten eines Betriebssystems

Jedes Betriebssystem umfasst drei grundlegende Bestandteile: den Kernel, den Befehlsübersetzer und das Dateisystem. Der Kernel (Systemkern) übernimmt die basalen Funktionen wie Verwaltung des Speichers sowie die Prozesse des Systems. Der User kommuniziert per Befehlsübersetzer mit dem Betriebssystem und das Dateisystem organisiert die Struktur der im System befindlichen Dateien.

Betriebssysteme werden in vier Kategorien eingeteilt. Nach der Betriebsart - Netzwerk- oder Dialog-Betriebssystem -, Anzahl der gleichzeitig laufenden Programmen - Single- oder Multitasking -, Anzahl der User - Einzel- oder Mehrbenutzer - sowie Anzahl der Prozessoren - Einprozessor- oder Mehrprozessor.

Aufgaben eines Betriebssystems

Das Betriebssystem ist quasi zugleich die Benutzeroberfläche eines Computers. Verschiedene Schnittstellen ermöglichen es, dass Hard- und Software miteinander arbeiten können. Die Aufgaben eines Betriebssystems umfassen die Verwaltung der Prozesse und Speicher, die Geräte- und Dateiverwaltung und die so genannte Abstraktion.

Die Prozessverwaltung des Betriebssystems beinhaltet die Überwachung der Speicherzugriffe und steuert das Beenden von Prozessen, wenn eine Schutzverletzung vorliegt. Das Betriebssystem erzeugt neue Prozesse und reserviert den dafür erforderlichen Speicher. Darüber hinaus regelt es die Kommunikation und Synchronisation der Prozesse untereinander. Diesen Vorgang nennt man auch Interprozesskommunikation.

Die Speicherverwaltung des Betriebssystems verwaltet den Hauptspeicher, protokolliert die Speichernutzung und reserviert Speicherplätze und gibt sie frei.

Bei der Geräte- und Dateiverwaltung des Betriebssystems geht es um die optimale Zuweisung von Ein- und Ausgabegeräten sowie Vermittlungsinstanzen, zum Beispiel Datenkanäle und Steuereinheiten, sowie um die Verhinderung von Konflikten. Weitere Aufgaben der Geräte- und Dateiverwaltung ist die Auslösung und Überwachung der Ausführung und Terminierung von Ein- und Ausgabevorgängen. Hinzu kommt noch die Datei- und Rechteverwaltung. Letzteres regelt die ungestörte Ausführung von unabhängigen Usern und Programmen.

Eine weitere wichtige Aufgabe des Betriebssystems nennt sich Abstraktion. Darunter versteht man allgemein das Verbergen der komplexen Vorgänge im Inneren des Rechners vor dem User.

Mit der Zeit änderte sich die Gewichtung der einzelnen Aufgaben innerhalb eines Betriebssystems. Vor allem wird der Schutzfunktion wie zum Beispiel dem Speicherschutz oder den eingeschränkten Benutzerrechten mittlerweile eine höhere Priorität eingeräumt als vergleichsweise noch vor 20 Jahren.

Server-Betriebssysteme

Bei den Server-Betriebssystemen stehen vor allem drei Betriebssysteme im Fokus: „Microsoft Windows“, Unix und Linux. Allerdings lässt sich kaum pauschal beantworten, ob sich das eine oder andere besser für ein Netzwerk oder Rechenzentrum eignet. Zu den wichtigsten Vorteilen für Windows im Server-Betrieb sprechen eine native Bedienbarkeit sowie Anwendungen, die eine Windows-Umgebung erfordern oder sich nur schwer emulieren lassen. Zudem sind viele Komponenten bereits im System integriert und die meisten der üblichen Anforderungen an Software werden von Microsoft oder weiteren Anbietern durch Standards abgedeckt.

Andererseits finden sich viele Vorteile bei einem Linux-basierten System. Dazu gehören allen voran die Quelloffenheit und daher eine jederzeitige Anpassbar- und Änderbarkeit sowie ein unschlagbarer Preis: Linux ist gratis! Zudem bietet Linux eine sehr große Open Source Community mit vielen Neuerungen und sehr schnellen Sicherheits-Updates.

Es finden sich zu fast allen Anwendungen im Server-Bereich professionelle und kostenlose Open-Source-Softwarelösungen. Sehr viele Linux-Anwendungen sind effizienter, schlanker und schneller als die des Wettbewerbs. Jedoch erfordert Linux deutlich mehr Know-how. Denn Linux ist im Vergleich anders aufgebaut und daher viel schwerer nativ einsetzbar.

Tu nix mit Unix

Das war früher: „Tu nix mit Unix“ hieß es früher einmal. Die erste Portierung von SAP-Software war seinerseits eine Sensation. Die „System R/3“-Entwicklung startet 1988. Die erste R/3-Anwendung, die nur unter Unix lief, wird 1989 auf der CeBIT gezeigt. Client-Server und damit Unix (und SAP) starteten den Höhenflug. Und jetzt?

Nach wie vor spielen Unix-Betriebssysteme in Rechenzentren eine große Rolle. Sie zeichnen sich im Wesentlichen durch technische Stabilität und Zuverlässigkeit aus. Hier haben sich Unix beziehungsweise die Unix-Derivate wie AIX, HP-UX haben sich bewährt - und noch immer halten Kunden am ehemaligen Sun-Betriebssystem Solaris fest. Unix-Betriebssystem gelten verglichen mit Microsoft Windows bei weitem nicht so anfällig und angreifbar.

Mittlerweile bereichern auch Open-Source-Systeme für Datacenter wie jene von Mesosphere das Marktgeschehen. Die DC/OS (Data Center Operating Systems) sind quelloffene Plattformen zur Entwicklung, zum Betrieb und zum Skalieren von Enterprise-Anwendungen. Zudem sollen sie den Betrieb von Containern und verteilten Anwendungen deutlich erleichtern.

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