BETRIEBSSYSTEME

BETRIEBSSYSTEME

Unter dem Betriebssystem versteht man die Software, die zahlreiche Operationen der Hardware regelt. Wenn man sich ein Schichtmodell vorstellt, dann bildet die Hardware die unterste Schicht und die Nutzprogramme des Anwenders die oberste Schicht. Die Software dazwischen ist das Betriebssystem. Dieses ist meist in weitere Schichten unterteilt, wobei die Schichtung je nach Einsatzschwerpunkt, Rechnerart und Funktionsvielfalt unterschiedlich aussieht.

Die eigentlichen Leistungen werden im sogenannten Betriebssystemkern zusammengefasst.  Dieser Kern (Kernel) beinhaltet die Speicherverwaltung, die Prozessverwaltung und die Gerätetreiber.

Das Betriebssystem umfasst:

Steuerprogramme:

Steuerung der Eingabe von Zeichen über die Tastatur, Steuerung der Ausgabe von Zeichen auf dem Monitor,..

Programme zur Verwaltung  des verfügbaren Speicherplatzes

Dienstprogramme

Treiber:

mit eingebauten und von Hardwareherstellern gelieferten Treibern greift das Betriebssystem auf dafür geschaffene Schnittstellen der Hardware zu und veranlasst die Hardware zu den gewünschten Aktionen.

Ein Programm enthält eine Reihe von Anweisungen, die den Computer veranlassen, bestimmte Aufgaben auszuführen.

Das Betriebssystem ist verantwortlich für:

Formatieren und Kopieren von Disketten

Einstellen von Datum und Uhrzeit am Computer

Laden, Ausführen und Speichern von Programmen

Festsetzung, welche Peripheriegeräte welche Aufgaben ausführen

Verwaltung von Speichern jeglicher Art

Beim Betriebssystem unterscheidet man 4 Programmtypen:

1. Single-user-Systeme die nur einen Benutzer an einem Rechner unterstützen z.B: MS-DOS (16-bit-Rechner)

Single-user-Systeme haben den Vorteil, dass sie als multi-tasking- bzw. multiprogramming-Systeme ausgelegt sein können. Beim Einprogrammbetrieb werden einzelne Benutzeraufträge von der Zentraleinheit nacheinander bearbeitet. Es befindet sich jeweils nur 1 Programm im Arbeitsspeicher, das für seinen gesamten Ablauf alle vorhandenen Betriebsmittel (Prozessoren, Speicher, etc.) zugeteilt erhält.

Der Nachteil vom single-programming liegt darin, dass die Programme rein sequentiell abgearbeitet werden, sodass die Hardwarekomponenten, insbesondere die peripheren Geräte, nicht vollkommen gleichmäßig genutzt werden.

2. Multi-user-Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Programme von mehreren Benutzern gleichzeitig abgearbeitet werden können. Sie sind in der Regel durch (passive) Terminals mit dem multi-user fähigen Computer verbunden

Multi-programming vermeidet den Nachteil von single-programming, indem mehrere Programme quasi gleichzeitig abgearbeitet werden.

3. Bei Real-time-Systemen werden die Jobs zur Abarbeitung unmittelbar nach ihrem Auftreten erledigt werden. Der Echtzeitbetrieb ist typisch für Prozessrechner, die zur automatischen Überwachung, Steuerung, Regelung von physikalischen Prozessen (z.B.: Überhitzung, Auswertung von Messdaten. ) verwendet werden.

4. Multi-processing-Systeme überwachen die Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessoren, teilen ihnen den gemeinsamen Bus bzw. die Peripherie zu und steuern die Abarbeitung der einzelnen Programmteile. Mit diesem System erfolgt ein permanenter INFO-Austausch zwischen dem Computersystem und einem physikalisch-technischen Prozeß (z. B.: Fertigungsanlage).

Verschiedene Betriebssysteme:

UNIX

Linux

Mac OS

MS DOS

WINDOWS   (verschiedene Versionen für den privaten und professionellen Bereich)

OS/2

Be‑OS

Echtzeit Betriebssysteme

RT LINUX

QNX

OS/9

UNIX

Ende der 60er Jahre entwickelt

32 Bit System

leistungsstarkes und vielseitiges Betriebssystem für praktisch alle zur Zeit am Markt befindlichen Computer. Man kann es auf Personal Computer genauso einsetzen wie auf Mainframes oder Supercomputer.

Multi-tasking

Multiuser

genügt den unterschiedlichen Anforderungen. Man kann es dazu verwenden, Applikationen zu starten oder eigene Anwendungen unter Zuhilfenahme der zahlreichen Software Entwicklungstools zu schreiben.

bietet standardmäßig mächtige Subsysteme, wie Electronic Mail, eine graphische Benutzeroberfläche und TCP/IP Netzwerkzugang.

Die Systemaufrufe sehen aus wie Unterprogramm-Aufrufe in der Programmiersprache C (sind sie ja auch im wesentlichen).

Flexibel - kleine Tools sind schnell erstellt

Ein System von Programmierern für Programmierer

Nachteil

Kryptische Befehlsnamen (ls, pwd, awk, grep,..)

Kompliziert durch viele hundert Dienstprogramme

In der ersten kommerziell erhältlichen UNIX- Version (System 7, s.u.) enthielt der Betriebssystemkern ca. 9000 Zeilen C-Code und 1000 Assembler-Zeilen.  Der Assembler-Code erforderte damals Umprogrammierung zur Anpassung an jede neue Rechner-Architektur und verschlechterte die Portabilität. Der Kern machte etwa 5- 10% des gesamten Betriebssystems aus. Die Dienstprogramme waren also bereits sehr umfangreich.

Die Trennung von Kern und Dienstprogrammen bedeutete damals eine Revolution der Betriebssysteme.

LINUX

32 Bit System

Multitasking

Multiuser­

problemlos für den Einsatz im Netzwerken

Variante von UNIX

enorm stabil

Open Source - Kernel ist frei zugängig

Kostenlos über das Internet zu beziehen

Nachteil:

geringere Auswahl an Software für Privatanwender

Mac OS:

Die Systemversion 10 (X) basiert auf UNIX; der Mac wurde dadurch stabiler und schneller

Multitasking

zum größten Teil Open-Source

Lässt sich sehr leicht administrieren und reparieren

Programmabsturz betrifft lediglich dieses eine Programm, der Rest des Systems kann uneingeschränkt weiter benutzt werden

Neue Benutzeroberfläche "Aqua"; extrem einfache und schlüssig zu bedienende Oberfläche

Plug & play

Nachteil

Vertrieb erfolgt nur über Apple Händler

MS DOS:

Seit 1981; aktuelle Version 8.0, Bestandteil von Windows ME

für 16 Bit Prozessoren

Singletasking

Singleuser

sehr einfache Kommandosprache

kann vielfach auf die Hardware des PC zugreifen

WINDOWS:

Windows 95/98 ist kein echtes 32 Bit System, da es auf DOS basiert

Windows XP ist ein 64 Bit System

grafischer Oberfläche - einfache Bedienung

ausgereifte und anwenderfreundliche Benutzeroberfläche für eine einfache Navigation

dynamische Cacheverwaltung (weniger Plattenzugriffe)

Plug & Play

Unterstützung für neue Hardware-Technologien

Online-Hilfe

einfachere Geräteverwaltung und eine bessere Energienutzung auf neuen Notebook-Computern

umfangreiche Funktionen und Verknüpfungen mit anderer Software

zahlreiche Assistenten bieten Hilfe (erleichtern Konfiguration der Hardware,)

Plattform für den Internet Explorer

Nachteile

die Dateigröße ist auf 4 GByte beschränkt

öfters Systemabstürze - je nach Version

aufgrund umfangreicher Funktionen sind  ständig Detailverbesserungen notwendig. Updates bestehen aus Fehlerkorrekturen und Verbesserungen

Produktaktivierung bei Windows XP, Microsoft bestimmt wann es laufen darf, Hardwaredaten werden automatisch an Microsoft gesendet und in riesigen Datenbanken gespeichert. Es besteht der Verdacht, dass noch weitere Daten an Microsoft gesendet werden. Befürchtet wird ein Datenabgleich - eine Verbindung zwischen einer Person und ihren Kauf- und Nutzungsgewohnheiten. Das ist E-Commerce-Marketing.

OS/2:

Preemptives Multitasking

32 Bit Operationen

grafische Benutzeroberfläche (WPS)

Plug & Play

Netzwerkintegration

Lange Dateinamen, effizientes Dateisystem (HPFS)

Dos und Windows laufen unter OS/2

Applikationsabstürze beeinflussen andere Applikationen nicht (siehe Mac)

Nachteil:

Treiber für "exotische" Hardware fehlen

BE-OS:

Media-orientiertes Betriebssystem, seit 1991

64-Bit-Betriebssystem (extrem schnell auch bei komplexeren Aufgaben. U.a. können Dateien maximal 16,8 Mio. TeraByte groß werden (1 TeraByte=1024 GByte). Außerst leistungsfähiges System; für Hochleistungs-Prozessoren entworfen und für digitale Medien und deren Applikationen optimiert (Audio, Video, Grafik)

Multiprozessor-Unterstützung: zwei und mehr Prozessoren werden vom Betriebssystem unterstützt; beschleunigt  die Ausführung und die Effizienz von Programmen

Pervasives Multithreading im gesamten System

Preemptives Multitasking

bootet in 15 Se­kunden und unterstützt auch alte Anwendungen: Textverarbei­tung, Tabellenkalkulation, E‑Mail und Browser

läuft auf allen Rech­nern parallel zum bereits in­stallierten Betriebssystem

Datenbankähnliches Dateisystem (eine GByte große Festplatte ist in wenigen Sekunden durchsucht)

Internetkompatibilität (z.B. werden Dateitypen im internetüblichen MIME-Format definiert - im Gegensatz zu den Dateiendungen unter Windows)

Umfangreiches Messaging-System: Programme können untereinander und mit dem System kommunizieren; dadurch ist z.B. Drag&Drop zwischen Applikationen möglich

ein­fache Installation und  leichte Bedienung

stabi­ler als Windows

Nachteile

Es wird noch nicht jede Hardware unterstützt

Es gibt noch nicht sehr viele große Programme. Treiber fehlen zum Teil

Wenig bekannt

ECHTZEIT BETRIEBSSYSTEME ODER  REAL-TIME-SYSTEMS :

Für zeitkritische Anwendungen mit großer Fehlersicherheit und garantierten Antwortzeiten, z.B:  im Flugzeug zum Ausfahren der Landeklappen, im Atomkraftwerk zum Heben und Senken der Graphitstäbe,..

RT LINUX:           LINUX Version mit Real-time Kernel

QNX

OS/9: alle Programme (Module) haben die gleiche Struktur und sind frei im Speicher verschiebbar,

kann zwischen RAM und ROM unterscheiden. Prioritäten werden dynamisch vergeben (ein Prozess bekommt eine höhere Priorität bei Auftreten eines für ihn bestimmten Interupts - schnelle Reaktion!)

BEGRIFFE

Account: Zugangsberechtigung

Multitasking: gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Programme (als tasks bezeichnet) auf einem Einplatz System z.B. OS/2, UNIX, Windows NT, oder auf Mehrplatzsystemen. Die Rechenzeit der CPU wird dabei in sehr kleine Zeiteinheiten eingeteilt und kann zur Abarbeitung von mehreren Programmen verwendet werden.

Preemptives Multitasking: Das Betriebssystem kann den Prozessor steuern. Es bestimmt, wann welches Programm wieviel Rechenzeit bekommt. Ist die zugewiesene Zeit abgelaufen, wird dem Programm der Zugriff auf den Prozessor entzogen und das nächste Programm bekommt den Zugriff. Hierdurch ist völlig unmöglich, dass die Programme selber bestimmen, wann sie den Zugriff auf den Prozessor abgeben. Ein wesentlicher Vorteil ist der, dass ein abgestürztes Programm den Prozessor nicht blockiert und damit das ganze System wesentlich stabiler läuft und abgestürzte Programme keinen Einfluss mehr auf andere Programme haben.

Multithreading: Bei 32 Bit Anwendungen können verschiedene Aufgaben (threads) innerhalb eines Programms parallel verarbeitet werden. Der Anwender gibt seinen Text ein, unterdessen läuft z.B. die Silbentrennung im Hintergrund. Die threads sind vollkommen unabhängig voneinander. Sie werden gleichzeitig ausgeführt, wodurch die Systemleistung gesteigert wird.

Pervasives Multithreading: ist ein so großer Durchbruch in der Softwareentwicklung wie seinerzeit, Anfang der 80er Jahre, die Einführung der grafischen Benutzeroberfläche. Zur Zeit verfügt kein anderes Betriebssystem über pervasives Multithreading innerhalb des gesamten Systems, wie das beim BeOS der Fall ist, wodurch eine höchst mögliche Leistungsfähigkeit für Media-basierte Applikationen geboten wird. Multitasking innerhalb von Programmen - jedes Programm wird in kleinere Teilprogramme zerlegt, die getrennt voneinder laufen. Jeder Task verbraucht dabei nur die Rechenleistung, die er tatsächlich auch benötigt

Open-Source: das System kann kostenlos eingesetzt, verteilt und erweitert werden. Entwickler haben Einblick in sämtliche Quellcodes und können leicht neue Funktionen, neue Treiber integrieren bzw. Programmierfehler schnell finden und eliminieren.

32-Bit Betriebssystem: 32 Bit bedeutet, dass das Betriebssystem eine 32-stellige Binärzahl als Speicheradresse benutzt. Dadurch besteht die Möglichkeit, mehr Arbeitsspeicher zu nutzen, als bei einem 16- Bit-System. Im 16-Bit-Modus müsste er sich einen Übertrag «merken» und in mehreren Durchgängen multiplizieren.