Betriebssystem
Betriebssystem (OS), Programm, das die Ressourcen eines Computers verwaltet, insbesondere die Aufteilung dieser Ressourcen auf andere Programme. Zu den typischen Ressourcen gehören die Zentraleinheit (CPU), der Arbeitsspeicher, der Dateispeicher, die Ein-/Ausgabegeräte und die Netzwerkverbindungen. Zu den Verwaltungsaufgaben gehört die Planung der Ressourcennutzung, um Konflikte und Interferenzen zwischen Programmen zu vermeiden. Im Gegensatz zu den meisten Programmen, die nach Abschluss einer Aufgabe beendet werden, läuft ein Betriebssystem auf unbestimmte Zeit und wird erst beendet, wenn der Computer ausgeschaltet wird.
Moderne Multiprozessing-Betriebssysteme ermöglichen es, dass viele Prozesse aktiv sind, wobei jeder Prozess ein „Thread“ der Berechnung ist, der zur Ausführung eines Programms verwendet wird. Eine Form des Multiprocessing ist das so genannte Time-Sharing, bei dem sich viele Benutzer den Computerzugang teilen, indem sie schnell zwischen ihnen wechseln. Die meisten Systeme verwenden daher virtuellen Speicher, bei dem der von einem Programm verwendete Speicher oder „Adressraum“ in einem sekundären Speicher (z. B. auf einer magnetischen Festplatte) untergebracht werden kann, wenn er nicht unmittelbar gebraucht wird, und bei Bedarf wieder in den schnelleren Hauptspeicher des Computers ausgelagert wird. Dieser virtuelle Speicher vergrößert den Adressraum, der einem Programm zur Verfügung steht, und verhindert, dass sich Programme gegenseitig stören. Er erfordert jedoch eine sorgfältige Kontrolle durch das Betriebssystem und eine Reihe von Zuordnungstabellen, um den Überblick über die Speichernutzung zu behalten. Die vielleicht heikelste und kritischste Aufgabe für ein modernes Betriebssystem ist die Zuteilung der CPU; jeder Prozess darf die CPU für eine begrenzte Zeit nutzen, die ein Bruchteil einer Sekunde sein kann, und muss dann die Kontrolle abgeben und bis zu seiner nächsten Runde ausgesetzt werden. Das Umschalten zwischen Prozessen muss selbst die CPU nutzen, wobei alle Daten der Prozesse geschützt werden müssen.
Die ersten digitalen Computer hatten keine Betriebssysteme. Sie ließen jeweils ein Programm laufen, das die Kontrolle über alle Systemressourcen hatte, und ein menschlicher Bediener sorgte für die Bereitstellung der benötigten Spezialressourcen. Die ersten Betriebssysteme wurden in der Mitte der 1950er Jahre entwickelt. Dabei handelte es sich um kleine „Supervisor-Programme“, die grundlegende E/A-Operationen (z. B. die Steuerung von Lochkartenlesern und Druckern) ermöglichten und die CPU-Nutzung für die Abrechnung aufzeichneten. Supervisor-Programme boten auch Multiprogramming-Fähigkeiten, damit mehrere Programme gleichzeitig laufen konnten. Dies war besonders wichtig, damit diese frühen Multimillionen-Dollar-Maschinen während langsamer E/A-Operationen nicht im Leerlauf waren.
Mit dem Aufkommen des Time-Sharing, das ein System zur Verwaltung mehrerer Benutzer erforderte, die sich CPU-Zeit und Terminals teilten, erhielten die Computer in den 1960er Jahren leistungsfähigere Betriebssysteme. Zwei frühe Time-Sharing-Systeme waren CTSS (Compatible Time Sharing System), entwickelt am Massachusetts Institute of Technology, und das Dartmouth College Basic System, entwickelt am Dartmouth College. Zu den anderen multiprogrammierten Systemen gehörten Atlas an der Universität von Manchester, England, und das OS/360 von IBM, das wahrscheinlich komplexeste Softwarepaket der 1960er Jahre. Nach 1972 wurde das Multics-System für den GE 645-Computer der General Electric Co. (und später für die Computer von Honeywell Inc.) zum anspruchsvollsten System mit den meisten der Multiprogrammier- und Time-Sharing-Funktionen, die später zum Standard wurden.
Die Minicomputer der 1970er Jahre hatten einen begrenzten Speicher und benötigten kleinere Betriebssysteme. Das wichtigste Betriebssystem dieser Zeit war UNIX, das von AT&T für große Minicomputer als einfachere Alternative zu Multics entwickelt wurde. In den 1980er Jahren fand es weite Verbreitung, zum einen, weil es für Universitäten kostenlos war, und zum anderen, weil es mit einer Reihe von Werkzeugen ausgestattet war, die in den Händen erfahrener Programmierer leistungsstark waren. In jüngerer Zeit hat sich Linux, eine Open-Source-Version von UNIX, die zum Teil von einer Gruppe um den finnischen Informatikstudenten Linus Torvalds und zum Teil von einer Gruppe um den amerikanischen Computerprogrammierer Richard Stallman entwickelt wurde, sowohl auf Personalcomputern als auch auf größeren Computern durchgesetzt.
Neben solchen Allzwecksystemen laufen auch Spezialbetriebssysteme auf kleinen Computern, die Fließbänder, Flugzeuge und sogar Haushaltsgeräte steuern. Es handelt sich dabei um Echtzeitsysteme, die schnell auf Sensoren reagieren und deren Eingaben zur Steuerung von Maschinen verwenden. Betriebssysteme wurden auch für mobile Geräte wie Smartphones und Tablets entwickelt. iOS von Apple Inc., das auf iPhones und iPads läuft, und Android von Google Inc. sind zwei bekannte mobile Betriebssysteme.
Mit freundlicher Genehmigung von Apple
Aus Sicht eines Nutzers oder eines Anwendungsprogramms stellt ein Betriebssystem Dienste bereit. Einige davon sind einfache Benutzerkommandos wie „dir“ – die Dateien auf einer Festplatte anzeigen -, während andere „Systemaufrufe“ auf niedriger Ebene sind, die ein Grafikprogramm verwenden könnte, um ein Bild anzuzeigen. In beiden Fällen bietet das Betriebssystem einen angemessenen Zugriff auf seine Objekte, im einen Fall die Tabellen mit den Speicherorten auf der Festplatte und im anderen Fall die Routinen zur Übertragung von Daten auf den Bildschirm. Einige seiner Routinen, die die CPU und den Speicher verwalten, sind im Allgemeinen nur für andere Teile des Betriebssystems zugänglich.
Moderne Betriebssysteme für Personalcomputer bieten in der Regel eine grafische Benutzeroberfläche (GUI). Die grafische Benutzeroberfläche kann ein fester Bestandteil des Systems sein, wie bei den älteren Versionen von Apples Mac OS und dem Windows-Betriebssystem der Microsoft Corporation; bei anderen ist sie eine Reihe von Programmen, die von einem zugrunde liegenden System abhängen, wie beim X Window System für UNIX und Apples Mac OS X.