Beschreibung des Betriebssystems

Damit ein Computer in der Lage ist ein Datenverarbeitungsprogramm (manchmal auch Anwendung oder Softwaregenannt) zum Funktionieren zu bringen, muss die Maschine in der Lage sein eine gewisse Anzahl von vorbereitenden Operationen auszuführen, umso den Austausch zwischen dem Prozessor, dem Speicher, und den physischen Ressourcen (Peripheriegeräte) sicherzustellen.

Das Betriebssystem (geschrieben BS oder OS, Abkürzung des englischen Begriffs Operating System) hat die Aufgabe, die Verbindung zwischen den materiellen Ressourcen, dem Benutzer und den Anwendungen (Textbearbeitungsprogramm, Videospiele,...) sicherzustellen. Wenn ein Programm auf eine materielle Ressource zugreifen möchte, muss es nicht spezifische Informationen an das Peripheriegerät senden, sondern es reicht die Informationen an das Betriebssystem zu senden, welches die Übertragung zudem betroffenen Betriebssystem über seinen Treiber übernimmt. Ohne Treiber, müsste jedes Programm die Kommunikation mit jedem Peripheriegerät-Typen erkennen und einbeziehen!

Das Betriebssystem ermöglicht so die Programme und das Material zu " trennen", insbesondere um die Verwaltung der Ressourcen zu vereinfachen und dem Benutzer eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zu bieten (geschrieben «MMS»), die vereinfacht ist, um es ihm zu ermöglichen, sich von der Komplexität der physischen Maschine zu befreien.

Rolle des Betriebssystems

Die Rollen des Betriebssystems sind verschiedene :

• Verwaltung des Prozessors : das Betriebssystem ist damit beauftragt, die Zuweisung des Prozessors zwischen den verschiedenen Programmen zu verwalten, dank eines Ordnungsalgorithmus. Der Typ des Ordnungsgebers hängt vollständig von dem Betriebssystem ab, je nach anvisierter Zielsetzung.
• Verwaltung des Arbeitsspeichers : das Betriebssystem ist damit beauftragt den Speicherplatz verwalten, der jede Anwendung und, gegebenenfalls, jedem Benutzer zugewiesen ist. Wenn der physische Speicher nicht ausreicht, kann das Betriebssystem eine Speicherzone auf der Festplatteerstellen, dievirtueller Speicher» genannt wird. Der virtuelle Speicher ermöglicht die Funktion von Anwendungen die mehr Speicherkapazität brauchen, als Arbeitsspeicher in dem System zur Verfügung steht. Allerdings ist dieser Speicher sehr viel langsamer.
• Verwaltung der Eingänge / Ausgänge : das Betriebssystem ermöglicht die Kontrolle und die Vereinheitlichung des Zugriff der Programme auf materielle Ressourcen, über die Treiber (ebenfalls Peripheriegerät-Verwalter oder Eingangs/ Ausgangs-Verwalter genannt).
• Verwaltung der Ausführung der Anwendungen : das Betriebssystem ist mit der korrekten Ausführung der Anwendungen beauftragt, indem es ihnen die Ressourcen zuteilt, die für ihre gute Funktionsweise nötig sind. In diesem Zusammenhang kann auch eine Anwendung « getötet» werden, die nicht mehr richtig antwortet.
• Verwaltung der Rechte : dem Betriebssystem unterliegt ebenfalls die Sicherheit, die mit der Ausführung der Programme verbunden ist, da es garantiert, dass die Ressourcen nur von den Programmen und Benutzern verwendet werden, die die entsprechenden Rechte besitzen.
• Verwaltung der Dateien : das Betriebssystem verwaltet die Lese-und Schreiboperationen in dem Dateisystem und die Zugriffsrechte auf Dateien, über die Benutzer und Anwendungen verfügen.
• Verwaltung der Informationen : das Betriebssystem liefert eine gewisse Anzahl an Indikatoren, die es ermöglichen die korrekte Funktionsweise der Maschine zu diagnostizieren.

Komponenten des Betriebssystems

Das Betriebssystem besteht aus einer Reihe von Programmen, mit denen die Interaktionen mit dem Material verwaltet werden. In dieser Softwaregruppe unterscheidet man meist folgende Elemente :

• Den Kern (auf Englisch kernel) der die grundlegenden Funktionen des Betriebssystems darstellt, wie die Verwaltung des Speichers, der Prozesse, der Dateien, der Haupteingänge- Ausgänge, und der Kommunikations-Funktionalitäten.
• DerBefehlsübersetzer (auf Englisch shell, zu übersetzen mit «Muschelschale» im Gegensatz zum Kern) der die Kommunikation mit dem Betriebssystem über eine Befehlssprache ermöglicht, um es so dem Benutzer zu erlauben die Peripheriegeräte zu steuern, ohne dafür die Charakteristika des benutzten Materials, der Verwaltung der physischen Adressen, usw. zu kennen.
• Das Dateisystem (auf Englisch «file system», geschrieben FS ), welches das Speichern der Dateien in einem Dateibaum ermöglicht.

Multitaskingssysteme

Ein Betriebssystem wird als «l;mehrfädig» (auf Englisch multithreaded) bezeichnet, wenn mehrere «Aufgaben» (ebenfalls Prozessegenannt) gleichzeitig ausgeführt werden können.

Die Anwendungen bestehen aus Befehlssequenz, die man «leichtgewichtige Prozesse» (auf Englisch «threads») nennt. Diese leichtgewichtigen Prozesse werden entweder aktiv sein, in Wartestellung gehen, unterbrochen oder zerstört werden, je nach der Priorität die ihnen zugeschrieben wird, oder sie werden sequenziell ausgeführt.

Ein System wird präemptiv genannt, wenn es einen Scheduler (auch Steuerprogrammgenannt) besitzt, welcher, nach Prioritätskriterien, die Maschinenzeit zwischen den verschiedenen Prozessen aufteilt, die danach fragen.

Ein System wird als System mit geteilter Zeit bezeichnet, wenn eine Zeitrate jedem Prozess zugeteilt wird. Dies ist insbesondere der Fall der Multiusersysteme, die es mehreren Benutzern ermöglichen gleichzeitig auf der gleichen Maschine verschiedene oder ähnliche Anwendungen zu benutzen: das System wird dann «transaktionnelles System» benannt. Dafür teilt das System jedem Benutzer eine Zeitspanne zu.

Multiprozessorsysteme

Das Multiprocessing ist eine Technik die darin besteht, mehrere Prozessor parallel funktionieren zu lassen, um so eine höhere Rechenleistung zu erreichen, als man sie mit einem hochwertigen Prozessor erreichen kann oder um die Verfügbarkeit des Systems zu erhöhen (im Falle einer Prozessorpanne).

Man bezeichnet als SMP (Symmetric Multiprocessing oder Symmetric Multiprocessor ) eine Architektur in der alle Prozessoren auf einen geteilten Speicherbereich Zugriff haben.

Ein Multiprozessorsystem muss demnach in der Lage sein, die Verteilung des Speicherraums zwischen mehreren Prozessoren zu verwalten, aber ebenfalls die Arbeitslast zu verteilen.

Eingebaute Systeme

Les Eingebaute Systeme sind Betriebssysteme die dafür gedacht sind, auf kleinen Maschinen zu funktionieren, wie PDA (personal digital assistants oder auf Deutsch Persönlicher digitaler Assistent) oder autonomen elektronischen Geräten (Weltraumsonden, Roboter, Bordcomputer von Fahrzeugen, usw.), die eine begrenzte Autonomie besitzen. So ist ein wesentliches Merkmal der eingebauten Systeme ihre fortgeschrittene Verwaltung der Energie und ihre Kapazität mit begrenzten Ressourcen zu funktionieren.

Die wichtigsten eingebauten Systeme für den « Normalkonsumenten» für PDA sind :

• PalmOS
• Windows CE / Windows Mobile / Window Smartphone

Echtzeitsysteme

Die Echtzeitsysteme (real time systems), hauptsächlich in der Industrie verwendet, sind Systeme deren Ziel es ist, in einer zeitlich begrenzten Umgebung zu funktionieren. Ein Echtzeitsystem muss so zuverlässig funktionieren, nach spezifischen zeitlichen Bedingungen, das heißt es muss in der Lage sein eine korrekte Bearbeitung der erhaltenen Informationen nach genau definierten Zeitintervallen, abzugeben (regelmäßig oder nicht).

Hier einige Beispiele von Echtzeit-Betriebssystemen  :

• OS-9 ;
• RTLinux (RealTime Linux) ;
• QNX ;
• VxWorks.

Die Betriebssystemtypen

Man unterscheidet mehrere Typen von Betriebssystemen, je nachdem ob sie in der Lage sind, simultan Informationen einer Länge von 16 bits, 32 bits, 64 bits oder mehr, zu verwalten.