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Klassifizierung von Betriebssystemen
Die erste Computergeneration (ca. 1945-1955) besaß kein Betriebssystem.
- Programmierung direkt (Steckbrett, Lochstreifen, Lochkarte)
- Keine Programmiersprachen
Die zweite Generation (ca. 1955-1965) arbeitete mit Stapelverarbeitung. Ein Auftrag wird in geschlossener Form, bestehend aus Programm, Daten und Steueranweisungen, zusammengestellt. Die Resultate erhält der Benutzer erst nach Abschluß der Bearbeitung zurück (meist als Ausdruck). Der Ausdruck "Stapelverarbeitung" kommt einfach vom Lochkartenstapel her, den
man eingelesen hat. Typische Eigenschaften sind:
- Batch-Betrieb (Lochkarten)
- Einfache Job-Control-Sprachen
- Programmiersprachen (Assembler, Fortran, etc.)
- Magnetbänder als Zwischenspeicher
Die dritte Generation (ca. 1965-1980) beherrscht Dialogverarbeitung. Der Benutzer
kommuniziert mit dem Computer über Tastatur und Bildschirm, mit deren Hilfe
er Programme starten, verfolgen und beeinflussen kann.
- Multiprogramming = Mehrprogrammbetrieb = Mehrere Programme gleichzeitig im
Speicher quasisimultane, zeitlich verschachtelte Bearbeitung auf der Auftragsebene.
- Hauptspeicheraufteilung für mehrere Programme
- Zeitliche Verschachtelung der Programme
(z.B.: Prog. A wartet auf Ausgabe, Prog. B rechnet)
--> Timesharingbetrieb mit Terminals
- SPOOLING (simultaneous peripheral operation on line)
direktes Speichern von Rechenaufträgen auf der Platte,
"Selbstbedienung" des BS
- MULTICS als UNIX-Vorgänger
- 1969 das erste UNIX
Die vierte Generation (ab ca. 1975) ist ein Dialogsystem, wie wir es heute kennen.
Zunächst erfolgte der Dialog im Textmodus über Tastatur und Textbildschirm.
Später wurden grafische Benutzeroberflächen entwickelt (GEM von Digital
Research, Apple OS auf "Lisa" und "Macintosh", Windows von Microsoft und "X" unter UNIX).
- UNIX und C
- Multitasking als quasisimultane Ausführung weitgehend unabhängiger
Programmabschnitte innerhalb eines Auftrags.
- Personal Computer (CP/M, MS-DOS, etc.)
- Netzwerkbetriebssysteme (Kommunikation mehrerer Computer)
- verteilte Betriebssysteme (mehrere Prozessoren = Multiprocessing) Mehrere
Prozessoren bilden ein Computersystem --> Mehrere Programme werden von verschiedenen
Prozessoren bearbeitet oder ein Programm von mehreren Prozessoren.
Bei bestimmten Betriebssystemen spielt auch die Verarbeitungszeit eine Rolle.
Bei Realzeit-(Echtzeit-)Betriebssystemen für Steuerungs- und Regelungsaufgaben
(sog. Prozeßrechner) spielt die Antwortzeit eine Rolle. Informationen werden
hier zum Teil von elektronischen Meßwandlern (Sensoren) gewonnen. Das Programm
reagiert auf äußere Ereignisse in angemessen kurzer Zeit (Maschinenregelung:
1 - 10 ms, Prozeßregelung: 10 - 100 ms, Prozeßsteuerung: 0,1 - 1 s).
Es wird spezielle Hard- und Software benötigt.
Betriebssysteme lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien klassifizieren:
Kassifizierung nach der Betriebsart des Rechnersystems
Stapelverarbeitungs-Betriebssysteme (batch processing)
Frühe Bestriebssysteme erlaubten nur den Stapelbetrieb (Lochkarten, etc.) und auch
heutige Systeme besitzen vielfach die Möglichkeit, Progammabfolgen automatisch zu
bearbeiten (z. B. Batch-Dateien bei DOS, Shell-Scripte bei UNIX, usw.)
Dialogbetrieb-Betriebssysteme (interctive processing, dialog processing)
Der/die Benutzer bedienen den Rechner im Dialog mittels Bildschirm, Tastatur, Maus,
usw.). Die Bedienoberfläche kann textorientiert oder grafisch sein.
Netzwerk-Betriebssysteme (network processing)
Sie erlauben die Einbindung des Computers in ein Computernetz und so die Nutzung von
Ressourcen anderer Computer. Dabei unterscheidet man zwischen Client-Server-Betrieb,
bei dem Arbeitsplatzrechner auf einen Server zugreifen, und Peer-to-Peer-Netzen, bei
denen jeder Rechner sowohl Serverdienste anbietet als auch als Client fungiert.
Realzeit-Betriebssysteme (realtime-processing)
Hier spielt, neben anderen Faktoren, die Verarbeitungszeit eine Rolle (s. oben).
Universelle Betriebssysteme
Diese Betriebssysteme erfüllen mehrere der oben aufgeführten Kriterien.
Klassifizierung nach der Anzahl der gleichzeitig laufenden Programme:
In dieser Klassifikation kommt der Begriff "Task" vor. Alternativ kann der
deutsche Begriff "Prozeß" Verwendung finden. Aus Anwendersicht
kann an dieser Stelle auch der Begriff "Aufgabe"bzw. "Auftrag"
verwendet werden.
- Einzelprogrammbetrieb (singletasking)
Ein einziges Programm läuft jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt. Mehrere
Programme werden nacheinander ausgeführt.
- Mehrprogrammbetrieb (multitasking)
Mehrere Programme werden gleichzeitig (bei mehreren CPUs) oder zeitlich verschachtelt,
also quasi-parallel, bearbeitet.
Klassifizierung nach der Anzahl der gleichzeitig am Computer arbeitenden Benutzer:
- Einzelbenutzerbetrieb (singleuser mode)
Der Computer steht nur einem einzigen Benutzer zur Verfügung.
- Mehrbenutzerbetrieb(multiuser mode)
Mehrere Benutzer teilen sich die Computerleistung, sie sind über Terminals
oder Netzwerkverbindungen mit dem Computer verbunden.
Klassifizierung nach der Anzahl der verwalteten Prozessoren bzw. Rechner:
Es geht jedoch nicht darum, wieviel
Prozessoren allgemein in einem Rechner verwendet werden, sondern wieviele
Universalprozessoren für die Verarbeitung der Daten zur Verfügung
stehen. Was ist damit gemeint? In einem modernen Rechner gibt es zumindest einen
Hauptprozessor (CPU, Central Processing Unit). Ihn bezeichnen wir allgemein als den
Prozessor. Aber auch derr PC enthält unter Umständen weitere, etwas im Verborgenen
wirkende Prozessoren, z. B. den Grafikprozessor, der spezielle Eigenschaften und
auch einen speziellen Befehlssatz besitzt. Auch auf dem Controller für die
SCSI-Schnittstelle sitzt oft ein eigener Prozessor und auch die Ein- und Ausgabe
kann über eigene Prozessoren abgewickelt werden.
Somit ergibt sich folgende Unterscheidung:
- Ein-Prozessor-Betriebssystem
Die meisten Rechner, die auf der von-Neumann-Architektur aufgebaut sind, verfügen über
nur einen Universalprozessor. Aus diesem Grund unterstützen auch die
meisten Betriebssysteme für diesen Anwendungsbereich nur einen Prozessor.
- Mehr-Prozessor-Betriebssystem
Für diese Klassifizierung der Betriebssysteme ist noch keine
Aussage über die Kopplung der einzelnen Prozessoren getroffen
worden. Auch gibt es keinen quantitativen Hinweis über die
Anzahl der Prozessoren, nur, daß es mehr als ein Prozessor ist.
Für die Realisierung der Betriebssysteme für die Mehrprozessorsysteme gibt es zwei
Herangehensweisen:
- Jedem Prozessor wird durch das Betriebssystem eine eigene Aufgabe
zugeteilt. D.h., es können zu jedem Zeitpunkt nur
soviel Aufgaben bearbeitet werden, wie Prozessoren
zur Verfügung stehen. Es entstehen Koordinierungsprobleme,
wenn die Anzahl der Aufgaben nicht gleich der Anzahl
verfügbarer Prozessoren ist.
- Jede Aufgabe kann prinzipiell jedem Prozessor zugeordnet werden, die
Verteilung der Aufgaben zu den Prozessoren ist nicht an die Bedingung gebunden,
daß die Anzahl der Aufgaben gleich der Anzahl Prozessoren ist.
Sind mehr Aufgaben zu bearbeiten, als Prozessoren vorhanden sind, so
bearbeitet ein Prozessor mehrere Ausgaben "quasi-parallel". Sind mehr
Prozessoren als Aufgaben vorhanden, dann bearbeiten mehrere
Prozessoren eine Aufgabe.
Das Betriebssystem kann dabei seinerseits auch auf mehrere Prozessoren
verteilt sein. Man spricht dann von "verteilten Betriebssystemen".
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