Betriebsystem

Was ist ein Betriebssystem?

• Ein Betriebssystem liegt logisch gesehen zwischen Anwendungsprogramm und Hardware.
• Es nimmt die Anforderungen der Anwendungsprogramme entgegen und leitet diese kontrolliert an die Hardware weiter.
• Kein Anwendungsprogramm sollte direkt auf die Hardware zugreifen können.
• Den zentralen Zugang schafft einzig das Betriebssystem.
• Somit kann das Betriebssystem unsinnige Anforderungen oder Bedienungsfehler abblocken.

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Aufgaben eines Betriebssystems

• Verbergen der Komplexität der Maschine vor dem Anwender (Abstraktion)
• Bereitstellen einer Benutzerschnittstelle ("Kommandointerpreter", "Shell")
• Bereitstellen einer normierten Programmierschnittstelle (API)
• Verwaltung der Ressourcen der Maschine::
  • Hauptspeicher
  • Prozessor(en)
  • Hintergrundspeicher (Platte, Band, etc.)
  • Geräte (Terminal, Drucker, Plotter, etc.)
  • Rechenzeit
  • Koordination von Prozessen

Aufbau eines Betriebssystems

• Ein Rechensystem besteht aus Hardware, Systemprogrammen und Anwendungs programmen.
• Unter einem Betriebssystem wird meist die Summe aus Betriebssystemkern (Kernel) und den wichtigsten Systemprogrammen verstanden.
• Einminimaler LINUX-Kernel besitzt ungefähr eine Größe von 400 - 800 kByte.
• Weitere wichtige Systemkomponenten benötigen zusätzlich 10 - 100 Mbyte Plattenplatz.
• Ein Betriebssystem stellt den Rechner als erweiterte Maschine (virtuelle Maschine) über definierte Software-Schnittstellen zur Verfügung.
• Das Betriebssystem dient als Betriebsmittelverwalter, der Anforderungen befriedigt, protokolliert, abrechnet und vermittelt.

Aufgaben des Betriebssystemkerns

Prozessverwaltung (dispatching and scheduling)

• Mehrere Benutzer können mit mehreren Aktionen gleichzeitig im System arbeiten, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.
• Damit dies möglich ist, müssen die Aktionen organisiert, koordiniert und verwaltet werden.
• Die zu verwaltende Einheit nennt man Prozess.

Speicherverwaltung (memory management)

• Zuteilen von Speicherbereichen an laufende Prozesse, Schutz der Speicherbereiche vor unbefugten Zugriffen, bei Speicherengpässen
• Auslagern von ganzen (swapping) oder von Teilen (paging) von Prozessen auf die Platte (swap file).

Dateiverwaltung (file handling)

• Zuteilung von Plattenplatz für Programme, Benutzer und Systemdienste, Schreiben, Lesen und Strukturieren der Daten auf den Massenspeichern
• Durch Bereitstellung einer entsprechenden Schnittstelle (VFS, virtual file system) kann der Kern Dateisysteme unterschiedlichster Art (EXT2, FAT, NFS, HPFS, NTFS, ...) ansprechen.

Geräteverwaltung (resource management)

• Der Kern ermöglicht und kontrolliert den Zugriff auf die Hardware.
• Er steuert die Ein- und Ausgabetätigkeiten der Anwender.
• An den Kern gebunden sind die entsprechenden Gerätetreiber (device driver), die damit eine Kommunikation zwischen Kern und Hardware ermöglichen.

SHELL

• Wenn man mit Linux arbeiten will, kann man nicht direkt mit dem Betriebssystem kommunizieren.
• Man braucht dazu ein Hilfsprogramm, welches die Kommandoeingaben ordnungsgemäß an das Betriebssystem weiterleitet.
• Dieses Hilfsprogramm hat den Namen Shell.