Ein Betriebssystem (engl. operating system, kurz OS) ist eine Sammlung von Softwarekomponenten, die das Nutzen von Anwenderprogrammen erst möglich macht.

Aufgaben

Ein Betriebssystem

• ermöglicht Benutzerinteraktion und übernimmt die Benutzerverwaltung,
• verwaltet die Ressourcen (also die Hardware) und den Zugriff darauf,
  • Arbeits- und Festplattenspeicher
  • Prozessorzeit (welches Programm zu welchem Zeitpunkt wie lange ausgeführt wird)
  • angeschlossene Geräte
• startet und unterbricht Anwendungsprogramme und
• stellt Dienstprogramme zur Verfügung (z.B. zur Benutzer- oder Dateiverwaltung).

Dies ist auch nötig, denn damit mehrere Programme gleichzeitig verwendet werden können, muss jedes Programm immer wieder an die Reihe kommen und ein Stückchen weiterarbeiten dürfen. Das Betriebssystem sorgt dafür, dass dies fair geschieht.

Zusammenhang Benutzer, Software, Hardware^[1]

Aufgabe: «Betriebssysteme in meiner Umgebung»

Überlege dir, welche Geräte bei dir zu Hause ein Betriebssystem brauchen/haben.

Lösung: «Betriebssysteme in meiner Umgebung»

Hier eine sicher nicht vollständige Liste:

• in Smartwatches und Smartglasses
• in Fernsehern
• in Set-Top-Boxen
• in Mediaplayern und Smartspeakern
• in Spielkonsolen
• in Digitalkameras
• in Access Points und WLAN-Routern
• in Autos
• und natürlich in Smarthome-Geräten (d.h. in mit dem Netzwerk verbundenen Kühlschränken, Heizungen etc.)
• …

Desktop-PCs und Laptops

macOs, Windows und Linux^[2]

Windows

Microsoft Windows gibt es seit 1985 in fast 30 verschiedenen Versionen (z.B. Windows 3.1, Windows 95, Windows 2000, Windows XP). Windows läuft momentan auf drei verschiedenen Prozessor-Architekturen: x86, amd64 und ARM.

macOS

macOS ist ein Betriebssystem von Apple für Desktop- und Notebookcomputer. Es läuft allerdings ausschliesslich auf der Mac-Hardware, die von Apple produziert wird.

Linux

Über das freie Betriebssystem Linux findest du viele weitere Informationen in einem eigenen Kapitel. Linux läuft auf über 20 verschiedenen Prozessor-Architekturen.

Statistik

Die Statistik zeigt wie die Verbreitung der drei oben beschriebenen Betriebssysteme in etwa aussieht:

• Windows (87.7 %)
• macOS (9.61 %)
• Linux (2.06 %)

Unterschiede

Die Unterschiede auf Hardware-Basis sind relativ klein:

• Linux lässt sich auf fast jedem PC und auch auf Mac installieren
• macOS lässt sich auf einem Hackintosh (spezieller PC) installieren
• und Apple-Computer können mittels bootcamp Windows installieren.

Auch sind viele Geräte wie externe Massenspeicher oder Drucker mit allen Betriebssystemen kompatibel – und auch bei der Software gibt es etliche Produkte, die mindestens 2, oder sogar alle 3 Plattformen unterstützen.

Smartphones und Tablets

android vs ios

Android

Android ist ein freies Betriebssystem auf Basis des Linux-Kernels. Entwickelt wird Android von der Open Handset Alliance unter der Leitung von Google. Android läuft auf Smartphones und Tablets etlicher Hersteller und kommt daneben auch auf vielen weiteren Geräten (z.B. Fernsehern) zum Einsatz.

iOS

iOS ist ein Betriebssystem für die iPhone-Smartphones und iPad-Tablets von Apple. Es läuft ausschliesslich auf den Geräten, die von Apple produziert werden. Seit kurzem gibt es fürs iPad eine Variante von iOS, nämlich iPadOS. (Zudem hat Apple das tvOS für appleTV und ein watchOS für die Apple Watch)

Statistik

• Android (76.24 %)
• iOS (22.48 %)
• Windows (0.17 %)

Die mobilen Betriebssysteme sind viel stärker auf die Hardware der jeweiligen Hersteller zugeschnitten. Ein Android auf einem iPhone – oder umgekehrt ein iOS auf einem Android-Gerät, das klappt sicher nicht. Bei Android-Geräten hat man teilweise eine Auswahl; aber die verschiedenen Hersteller bieten auf ihr Gerät zugeschnittene Android-Versionen, die untereinander nicht kompatibel sein können.

Zukunft

Durch die Leistungssteigerung der mobilen Geräte und der Einführung von Stift und Touchscreen bei Desktop-Computern und Notebooks, verschmelzen die Betriebssysteme langsam miteinander. Z.B. bietet Apple mit Mac Catalyst eine Programmiertool, womit man Programme schreiben kann, die dann auf iPadOS und auch macOS funktionieren.

Linux

Linus Torvalds^[3]

Linux bezeichnet eigentlich nur den Kernel, auch wenn der Begriff umgangssprachlich häufig als Bezeichnung für das ganze Betriebssystem verwendet wird. Korrekt ist die Bezeichnung GNU/Linux. Linux steht für den Kernel und GNU für die Betriebssystem-Tools.

Die Bezeichnung GNU steht für Gnu’s Not Unix. Das GNU-Projekt stellt ein vollständig UNIX-ähnliches Betriebssystem als freie Software zur Verfügung – im Gegensatz zum kommerziellen UNIX.

Da sich die Entwicklung eines GNU-Kernels verzögerte, begann der finnische Student Linus Torvalds im Sommer 1991 damit, selbst einen Kernel zu den GNU-Tools zu programmieren. Linux ist freie Software, das heisst der gesamte Quelltext steht im Internet offen zur Verfügung und Linux darf modifiziert, kopiert und weitergegeben werden. Heute wird der Linux-Kernel von einem weltweiten Netzwerk von Programmierern unter der Federführung von Linus weiterentwickelt.

Was ist UNIX?

Unter dem Begriff UNIX versteht man eine Familie von ähnlich aufgebauten Betriebssystemen. Entstanden ist UNIX bereits in den 70er Jahren und war von Anfang an als sehr fortschrittliches Betriebssystem mit folgenden Features ausgestattet:

• hierarchisches Dateisystem
• Multitasking (verschiedene Programme werden gleichzeitig ausgeführt)
• mehrere Benutzer können voneinander getrennt auch gleichzeitig arbeiten
• netzwerkfähig

Was ist der Kernel?

Bei Betriebssystemen unterscheidet man zwischen dem Kern (englisch: Kernel) und den restlichen Betriebssystemprogrammen. Der Kern steuert den Zugriff auf die Hardware und dient den Anwendungen als einheitliche Schnittstelle für den Zugriff darauf, während die Betriebssystemprogramme die Benutzerinteraktion ermöglichen, Verwaltungsaufgaben übernehmen und z.B. auch beim Start dafür sorgen, dass alles Nötige in der richtigen Reihenfolge gestartet wird.

Funktion des Linux-Kernels^[4]

Aufgabe: Linux

Starte und teste ein Linux in deinem Browser indem du die folgenden Schritte ausführst:

1. öffne die Webseite JSLinux
2. starte Buildroot-Linux mit GUI (X Window)
3. öffne die folgenden drei Programme (Rechtsklick auf Desktop für Menu):
   • top
   • terminal
   • Qemacs
4. starte ein Python-Programm:
   • im Fenster xterm: tippe ls (+ return)
   • tippe python bench.py (+ return)
   • was macht das Programm?
5. verändere das Programm:
   • öffne das Programm in Qemacs (Links Datei auswählen)
   • stelle den Wert für n auf 125 (rechts mit return preview-Modus deaktivieren, Zahl ändern)
   • speichere die Datei (Ctrl + x dann Ctrl + s) und führe das Programm nochmal aus (im Terminal)
   • was ändert sich im Fenster top?
6. findest du weitere installierte Programme?

ältere Betriebssysteme

Computer sind heute viel leistungsfähiger als vor 30 Jahren. So kann man heute ältere Betriebssysteme im Browser emulieren und sozusagen online ausprobieren.

Zusatzaufgabe: Zusatzaufgabe «ältere Betriebssysteme»

Teste die untenstehenden Betriebssysteme aus:

• Spiele ein Monkey Island in PC-DOS
• Spiele ein Minesweeper in Windows 3.1 (mit diesem Spiel ist deine Lehrkraft aufgewachsen)
• Zeichne etwas auf dem Classic Macintosh von 1984.

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1. Golftheman via Wikimedia (CC BY-SA 3.0) ↩︎

2. via HiClipart ↩︎

3. unbekannt via Wikimedia (CC BY-SA 3.0) ↩︎

4. Bobbo via Wikimedia (CC BY-SA 3.0) ↩︎