stýrikerfi

frá Wikipedia, ókeypis alfræðiorðabókinni
Fara í siglingar Fara í leit
Tengsl milli stýrikerfis, vélbúnaðar, hugbúnaðar og notanda
Markaðshlutdeild tölvu stýrikerfa í Þýskalandi [1]

Stýrikerfi , einnig kallað OS (úr ensku stýrikerfi ), er samantekt tölvuforrita sem stjórna kerfisauðlindum tölvu eins og aðalminni , harða diskum , inntaks- og úttaksbúnaði og gera þessi forrit tiltæk. Stýrikerfið myndar þannig tengi milli vélbúnaðaríhluta og forritshugbúnaðar notandans. [2] Stýrikerfi samanstanda venjulega af kjarna sem stýrir vélbúnaði tölvunnar, svo og sérstökum forritum sem taka að sér mismunandi verkefni við ræsingu. Þessi verkefni fela í sér að hlaða tæki bílstjóra . Stýrikerfi er að finna í næstum öllum gerðum tölvna: Sem rauntíma stýrikerfi á vinnslutölvum og innbyggðum kerfum , á einkatölvum , spjaldtölvum , snjallsímum og á stærri margvinnslukerfum eins og B. netþjónar og aðalrammar .

Verkefni stýrikerfis má draga saman á eftirfarandi hátt: samskipti notenda; Hleður, keyrir, gerir hlé og stöðvar forrit; Stjórnun og úthlutun vinnslutíma; Umsjón með innra geymslurými fyrir forrit; Stjórnun og rekstur tengdra tækja; Verndaraðgerðir t.d. B. í gegnum aðgangstakmarkanir . Vægi milli þessara verkefna hefur breyst með tímanum; einkum eru verndaraðgerðir eins og minnivernd eða takmörkuð notendarréttindi mikilvægari en þau voru á tíunda áratugnum. Þetta gerir kerfi almennt öflugri, dregur t.d. B. fjöldi forrita og kerfa hrun og gerir kerfið einnig stöðugra gegn árásum utan frá, svo sem tölvuvírusum .

Þessi grein fjallar um hugtakið „stýrikerfi“ aðallega í samhengi við „tölvukerfi sem almennt eru notuð til upplýsingavinnslu“. Að auki eru stýrikerfi (með hugsanlega sérhæfða virkni) í grundvallaratriðum notuð í næstum öllum tækjum þar sem hugbúnaður er starfræktur (eins og leikjatölvur , farsímar , leiðsögukerfi , vélar í vélaverkfræðiiðnaði og margir aðrir). Einnig mörg stjórnkerfi (innbyggt kerfi) z. B. í flugvélum, bílum, lestum eða í gervitunglum hafa sérhæfð stýrikerfi.

Skilgreiningar og afmörkun

Stýrikerfi tekur að sér tvö mikilvæg verkefni sem eru í grundvallaratriðum ekki beint tengd hvert öðru [3] :

  • Eitt verkefnið er að útvega forritaranum hreinar útdráttur úr auðlindunum (í staðinn fyrir ljóta vélbúnaðinn). Stýrikerfið býður þannig upp á auðveldara skiljanlegt og viðráðanlegra viðmót við raunverulega vél og „felur“ flókið undirliggjandi vél: „Tengiliður fyrir forritarann ​​er ekki lengur raunveruleg vél heldur sýndarvél (stýrikerfi) , sem er miklu einfaldara er að skilja og forrita. “ [4] Stýrikerfið býr til óhlutbundna hluti til að gera flókið viðráðanlegt. Dæmi um slíka útdrátt er skráin . Þetta getur verið í formi stafrænnar ljósmyndar , vistað tölvupóstskeyti eða vefsíðu , til dæmis. Það er örugglega auðveldara að takast á við það en upplýsingar um geymslu á harða diskinum . [5]
  • Hitt verkefnið er að stjórna vélbúnaðarauðlindunum: "Stýrikerfi verður að tryggja skipulega og stýrða úthlutun örgjörva, minniseininga og jaðartækja á milli hinna ýmsu forrita sem keppa um þau." [4] Stýrikerfið skipuleggur og stýrir úthlutuninni örgjörva, minni og inntaks / úttaks tæki og fylgist með hvaða forriti notar þessar auðlindir um þessar mundir. Til dæmis, ef það eru nokkur störf fyrir prentara , verður að tilgreina hvernig á að vinna úr þeim. Þetta þýðir að hægt er að keyra nokkur forrit á sama tíma á nútíma stýrikerfi. Ef nokkrir notendur nota tölvu eða net, verða ráðstafanir til að stjórna og vernda minni, inntaks / úttaks tæki og önnur rekstrarauðlindir enn mikilvægari. Annars myndu notendur trufla hver annan. [6]

Öll öll forrit og skrár sem stjórna öllum ferlum í rekstri tölvu kallast kerfishugbúnaður . Þetta felur í sér stýrikerfi, en einnig kerfistengdan hugbúnað eins og þýðendur , túlka og ritstjóra . Forritshugbúnaður eins og vafrar eða bókhaldshugbúnaður notar kerfishugbúnaðinn til að tryggja að allt gangi vel. [7] Í bókmenntum er hugtakið „stýrikerfi“ túlkað á annan hátt innan kerfishugbúnaðarins.

Í DIN safni 44300 (gamaldags, skipt út fyrir ISO / IEC 2382: 2015 sjá: Listi yfir DIN staðla / DIN 1–49999 samkvæmt DIN 44300) er skilgreiningin byggð á verkefni hennar og stöðu í forritsstigveldi:

„Stýrikerfið er myndað af forritum stafrænna tölvukerfis sem ásamt eiginleikum tölvukerfisins mynda grunninn að mögulegum rekstrarháttum stafræna tölvukerfisins og einkum stjórna og fylgjast með framkvæmd forrita . "

- DIN 44300 [8]

Fyrir Andrew S. Tanenbaum er hugtakið stýrikerfi í meginatriðum takmarkað við kjarnann : "Ritstjórar, þýðendur, samsetningar , bindiefni og stjórnartúlkar eru örugglega ekki hluti af stýrikerfinu, jafnvel þótt þeir séu mikilvægir og gagnlegir." [9] Margir kennslubækur fylgja þessu þrengra einu sjónarmiði. Aðrir höfundar innihalda einnig stjórnmál fyrir stýrikerfið: „Auk þess að stjórna vélbúnaðinum [...] bjóða nútíma stýrikerfi upp á fjölmarga þjónustu, svo sem til að skilja milli ferla, skráa- og skráakerfa, gagnaflutninga yfir netkerfi og stjórnmál. " [10] Önnur útgáfa af hugtakinu, sem einnig inniheldur ritstjóra og þýðendur, til dæmis, fer að hluta til aftur til eldri verka á þýskumælandi svæðinu, en er samt hægt að finna í núverandi bókmenntum. Höfundar Informatik-Dudens telja einnig þýðingarforrit og gagnsemi forrit meðal helstu þátta stýrikerfis. [11] Nýlega má líta á GNU / Linux nafnadeiluna sem dæmi um afmörkunarvandamálin.

Óháð því hve breitt eða þröngt hugtakið „stýrikerfi“ er notað, þá innihalda uppsetningarmiðlar stýrikerfisins venjulega viðbótar tól og forrit.

Stig þróunar

Þróun tölvustýrikerfa hljóp og heldur áfram samhliða þróun og frammistöðu fyrirliggjandi vélbúnaðar: Báðar línurnar eru gagnkvæmar háðar og gera kleift eða krefjast frekari þróunar á „hinni“ hliðinni. Þróunin fór að hluta til fram í litlum, stundum í stærri stökkum:

Kerfi sem vinna götuspjöld (eiga einnig við götuspólur) ​​eru nú úr sögunni (síðan snemma á áttunda áratugnum). Hins vegar eru þeir góður upphafspunktur til að skoða kerfisþróun: Í þessum staðbundnu tiltölulega stóru kerfum voru engir ytri rafrænir geymslumiðlar. Forritin voru fáanleg (á vélmáli ) í formi stafla af götukortum og voru „lesin“ inn í innra minnið af stjórnandanum með því að nota gata kortalesarann. Eftir að „endakortið“ sem var forritið byrjaði, einnig í gegnum kortalesarann ​​til að lesa inntaksgögn þess eftir verkefninu (þess vegna hugtakið lotuvinnsla , Eng. Runuvinnsla, biðröð) og niðurstöður þess beint í prentara og / eða í gegnum kortið þurfti að eyða. Uppstreymi og niðurstreymi var framkvæmt með hjálp rafmagnsvéla (kortahögg, hrærivél, flokkari), það var nauðsynlegt að taka upp, blanda og flokka. Á þessum tímapunkti var innri vinnsla þegar verulega hraðari en inntaks- / úttaksbúnaður ; Það tók u.þ.b. 5-10 mínútur að lesa stafla af götukortum (kassa með 2000 spilum), vinnsluminnisstærð slíkra tölvna var u.þ.b. 16 til 64 kB (til dæmis, sjá System / 360 ).
Þessar vélar voru ekki með hefðbundið stýrikerfi eins og tíðkast í dag. Aðeins stjórnunarforrit (íbúaskjár) var geymt í minningunni og tryggði að allt gengi snurðulaust með því að afhenda forritunum sem voru í gangi núna. Tölvan gat aðeins keyrt eitt forrit í einu.

Frekari þróun - Margforrituð runukerfi - gæti stutt viðbótar tæki ( segulbandseiningar , fyrst segulmagnaðir diskar með t.d. 7,25 MB geymslumagni), keyrt út mörg forrit á sama tíma (t.d. í 3 'skiptingum' ) auk forrita og gagna um ytri minningar geyma. Hraðari vinnsla var möguleg vegna þess að það var enginn tími til að lesa og eyða stafla af kortum - og örgjörvarnir urðu hraðari. Aðferðir eins og spólun (millistig framleiðslu gagna prentara á segulbandi með seinkun, samhliða prentun) og möguleiki á ónettengdri notkun hefur þegar verið mikið notuð. Hins vegar var þörf á forriti sem tæki að sér verkefni I / O stjórnunar, minnisstjórnun og, umfram allt, CPU tímasetningu osfrv. Frá þessum tímapunkti mætti ​​tala um fyrstu stýrikerfin.

Næstu skref voru síðan afleiðingar viðkomandi verksviðs sem kerfunum var falið. Eftirfarandi kerfi voru búin til og eru enn í notkun í dag: samhliða kerfi , dreifð kerfi , einkatölvukerfi , tímaskiptingarkerfi , rauntímakerfi og nú síðast persónulegir stafrænir aðstoðarmenn og snjallsímar .

Í tölvugeiranum eru mest notuðu stýrikerfin nú hinar ýmsu útgáfur af Windows frá Microsoft (leiðandi í kerfum með GUI ), BSD þar á meðal macOS frá Apple (mest notaða skrifborð Unix) og GNU / Linux (leiðandi í netþjónum). Fyrir sérstaka notkun (td: iðnaðar stjórna ), eru tilrauna stýrikerfi einnig notað til rannsókna og kennslu varðar.

Til viðbótar við klassísku afbrigðin eru einnig sérstök stýrikerfi fyrir dreifð kerfi þar sem gerður er greinarmunur á rökréttu kerfinu og líkamlegu kerfunum. Rökrétt tölva samanstendur af nokkrum líkamlegum tölvueiningum. Margir aðalrammar, tölustafir og kerfin frá Cray virka samkvæmt þessari meginreglu. Eitt vinsælasta stýrikerfið á sviði dreifikerfa er Amoeba .

verkefni

Verkefni stýrikerfis innihalda venjulega:

  • Minni stjórnun
    • Stjórnun aðalminni kerfisauðlindarinnar.
    • Skráning á minnisnotkun.
    • Bókun og losun minningar.
  • ( Ferli ) stjórnun
    • Vöktun á minnisaðgangi og, ef nauðsyn krefur, lokun ferla ef bilun kemur í vernd .
    • Búa til nýja ferla (annaðhvort að beiðni stýrikerfisins eða að beiðni annarra ferla sem þegar eru til) og áskilja minnið sem ferli krefst.
    • Samskipti og samstilling ferla hvert við annað ( samskipti milli ferla)
  • Tæki og skráastjórnun
    • Skilvirk úthlutun inntaks / úttaks tæki og skiptieininga (gagnarásir, stjórnbúnaður), forðast árekstra
    • Upphaf, eftirlit með framkvæmd, lokun inntaks / úttaksferla.
    • Stjórnun skráarkerfisins . Búa til nafnrými með tilheyrandi geymsluhlutum og, ef nauðsyn krefur, fleiri hluti.
  • Réttindastjórnun
    • Óháðir notendur / forrit mega ekki trufla hvert annað.
  • abstrakt
    • Fela flækjuna á vélinni fyrir notandanum
    • Dregið úr hugtakinu vél (eftir Coy ):
      • Raunveruleg vél = miðstöð + tæki (vélbúnaður)
      • Abstrakt vél = raunveruleg vél + stýrikerfi
      • Notendavél = abstrakt vél + umsóknarforrit

Af sögulegum ástæðum er tæki frá sjónarhóli stýrikerfis allt sem tekið er á með inntaks- / úttaksrásum. Þetta eru ekki bara tæki í hefðbundnum skilningi, heldur á meðan einnig innri viðbætur eins og skjákort, netkort og önnur. (Undir) forritin til að frumstilla og stjórna þessum "tækjum" eru í sameiningu kölluð tækjastjórar .

Auðlindastjórnun og abstrakt

Búnaður eða úrræði eru allir íhlutir sem gerðir eru tiltækir af vélbúnaði tölvu, þ.e. örgjörva (í margvinnslukerfum, örgjörvum), líkamlega minni og öllum tækjum eins og harðum diskum, disklingum og geisladrifum, net- og tengi millistykki og aðrir. Samhæfingarlisti vélbúnaðar inniheldur allar vélbúnaðarvörur sem hafa verið prófaðar fyrir virkni í tengslum við tiltekið stýrikerfi.

Inngangsdæmi: tímamælir

Nútíma tölvukerfi eru með tímamælir. Í snemma tölvum , t.d. B. hluti 8284 frá Intel er notaður. Þessa blokk verður fyrst að frumstilla. Hann getur síðan truflað örgjörvann eftir nokkurn tíma eða reglulega og valdið því að hann vinnur sína eigin rútínu. Til viðbótar við frumstillinguna verður að búa til truflunarrútínu, en símtalið verður að forrita á viðeigandi tungumáli (venjulega samsettur ). Þar sem truflanir eiga sér stað ósamstillt þarf að taka tillit til flókinna tengsla gagnvart gagnagerðinni. Nákvæm þekking á íhlutnum (gagnablaði), tölvuvélbúnaði (truflunarmeðferð) og örgjörva er krafist. Einstöku þættirnir sem taka þátt í þessu ferli eru dregnir saman undir hugtakinu tölvuarkitektúr.

Sýndarvinnsluaðilar

Nútímalegt fjölforrit stýrikerfi notar slíka tímamælieiningu til að trufla venjulega einn örgjörva reglulega (venjulega á millisekúndusviði) og hugsanlega til að halda áfram með annað forrit (svokallað fyrirbyggjandi fjölverkavinnsla ). Frumstillingin og truflunarvenjan er innleidd af stýrikerfinu. Jafnvel þó aðeins einn örgjörvi sé til staðar er hægt að keyra nokkur forrit; hvert forrit fær hluta af vinnslutíma ( tímasetning ). Að undanskildum hægari framkvæmdartíma, hegðar sérhvert forrit eins og það hefði sinn eigin sýndarvinnsluforrit .

Sýndartímar

Að auki er hvert forrit búið til sína eigin sýndartíma í gegnum kerfissímtal, til dæmis viðvörun . Stýrikerfið telur truflanir á upprunalega tímamælinum og upplýsir forrit sem notuðu viðvörunarkerfið . Einstökum tímum er stjórnað með biðröð .

abstrakt

Vélbúnaður tímamælisins er þannig falinn fyrir forritunum. Kerfi með minnisvörn leyfir aðeins aðgang að tímamælieiningunni í gegnum kjarnann og aðeins í gegnum nákvæmlega skilgreind viðmót (venjulega kölluð kerfissímtöl sem eru útfærð með sérstökum örgjörvaskipunum eins og TRAP, BRK, INT). Ekkert forrit getur stefnt kerfinu í hættu, notkun sýndartímamælisins er auðveld og færanleg. Notandinn eða forritarinn þarf ekki að hafa áhyggjur af (flóknum) smáatriðum.

Sýndarmyndun frekari auðlinda

Rétt eins og örgjörvar og tímamælir eru sýndarvæddir , þá er þetta einnig mögulegt fyrir öll önnur rekstrarauðlindir. Sumar útdrættir eru stundum aðeins útfærðar sem hugbúnaður , aðrar þurfa sérstakan vélbúnað.

Skráarkerfi

Upplýsingar um ytri geymslukerfi (harða diska, disklinga eða geisladiska) eru falin í gegnum skráakerfi . Skráanöfn og möppur leyfa greiðan aðgang, raunverulega núverandi blokkaruppbygging og tækjamunur er algjörlega ósýnilegur.

Innra minni

Innra minnið ( vinnsluminni ) er einnig kallað aðalminni og skiptist í blokkir (flísar) með stýrikerfinu, sem eru aðgengilegar hleðsluforritunum að beiðni. Minni er venjulega frumstillt, sem þýðir að öllum gögnum sem kunna að vera til staðar er eytt fyrirfram. Í mörgum kerfum er samfellt (samliggjandi) svæði gert aðgengilegt hverju forriti í gegnum sýndarminni . Sýndarminnastjórnun leyfir sveigjanlega nálgun þar sem raunverulegt, líkamlega tiltækt minni þarf ekki að vera samfellt ( skipting ), né þarf það í raun að vera eins stórt og það virðist frá sjónarhóli forrita. Þess í stað er einstökum minnisblokkum, enskum síðum , ýtt fram og til baka milli aðalminnis (vinnsluminni) og ytra minni (t.d. skiptaskrá ) eftir þörfum ( síðuskipun ).

netkerfi

Upplýsingar um netaðgang eru falnar með því að bæta samskiptareglum við raunverulegan vélbúnað (netkort). Nethugbúnaðurinn leyfir hvaða fjölda sýndarrása sem er . Á falsstigi (forritun) er netkortið algjörlega ósýnilegt, netið hefur marga nýja möguleika (tvíátta, áreiðanlega gagnastrauma, ávörp, leið).

skjár

Skjáútgangi er almennt lýst sem myndrænu notendaviðmóti (GUI, skammstöfun fyrir grafískt notendaviðmót ) ef það fer út fyrir stjórn hvetja . Með réttum skjákort og skjár, það er hægt að sýna geometrísk hlutir (línur, hringi, sporbauga, en einnig letur eiginleika og litum) á skjánum, sem flóknari geometrísk þætti ss hnöppum, valmyndum, o.fl., geta notað til að búa til notendaviðmót til að auðvelda stjórn á forritum.

Skjákortið sem vélbúnaður er alveg falið fyrir forritara og notanda.

saga

Fyrstu stýrikerfin (til 1980)

Fyrstu tölvurnar stjórnuðust án raunverulegs stýrikerfis, þar sem aðeins var hægt að hlaða einu forriti í runuham og studdur vélbúnaður var enn mjög viðráðanlegur. Fyrsta stafræna tölvan var þróuð af Charles Babbage (1792–1872). Hann sá þegar þörfina á að stjórna „greiningarvélinni“ sinni með hugbúnaði . Hann réð dóttur hins fræga skálds lávarðar Byron Ada Lovelace til að skrifa snemma forrit. Ada Lovelace er talin vera fyrsta kvenkyns forritarinn. Charles Babbage náði aldrei að fá „greiningarvélina sína“ til að virka sem skyldi. Ekki var hægt að framleiða tannhjól, tengingar og aðra vélræna hluta með nauðsynlegri forsendu. [12]

Eftir misheppnaðar tilraunir Charles Babbage var lítið reynt að setja upp annað stafrænt tölvuverkefni. Það var aðeins fyrir seinni heimsstyrjöldina sem hugmyndir Babbage voru teknar upp aftur. Fyrstu stafrænu tölvurnar voru innleiddar á grundvelli rafmagns gengis og slöngur. Meðal elstu fræðimanna voru Howard Aiken frá Havard háskólanum , John von Neumann við Princeton háskólann , John William Mauchly , John Presper Eckert í Pennsylvania og Konrad Zuse í Berlín. Fyrstu tölvurnar voru þróaðar af teymi tæknimanna sem stóðu að hönnun, smíði, forritun og viðhaldi slíkra véla. Forritunarmál voru óþekkt og forritin voru útfærð með því að nota innstungukort sem forritin voru forrituð á með rafmagnsvírum. Þar sem tölva gat aðeins keyrt eitt forrit voru stýrikerfi óþörf. Það tók sekúndur að reikna út eitt verkefni og það tók tíma að keyra forrit. En aðeins ef tölvurnar með þúsundir slöngur eða gengi virkuðu sem skyldi. Í upphafi fimmta áratugarins var skipt um rafmagnsvíra fyrir götukort . [13]

Forveri stýrikerfisins er búsetuskjárinn sem var fundinn upp árið 1956 í formi GM-NAA I / O hjá General Motors fyrir IBM 704 , hugbúnað sem byrjaði sjálfkrafa á næsta verki eftir að runuvinnslu var lokið. Árið 1959 kom fram SHARE stýrikerfið (SOS), sem þegar hafði grunnhugbúnaðarstjórnun. [14] Eftirmaður þess IBSYS var þegar með einfalda skel með stjórnmáli. [15]

Árið 1961 var samhæfa tímaskiptingarkerfið (CTSS) fyrir IBM 7094 hjáMIT fyrsta stýrikerfið til margra notenda. Þetta gerði það mögulegt fyrir nokkra notendur að nota tölvukerfið á sama tíma með tengdum skautum . [16] Mikill fjöldi forrita sem voru hlaðin samtímis gerði það nauðsynlegt að afmarka minnissvæðin sem þeir voru að nota. Sýndarminni [17] var þróað sem lausn árið 1956 við Tækniháskólann í Berlín og var útfært í stýrikerfum stýrikerfa í fyrsta skipti um miðjan sjötta áratuginn.

Á þeim tíma afhenti vélbúnaðarframleiðandinn venjulega stýrikerfið sem keyrði aðeins á ákveðna gerðaröð, jafnvel aðeins á ákveðnu kerfi, svo að ekki væri hægt að flytja forrit á milli mismunandi tölvna eða milli mismunandi kynslóða. Með tilkomu System / 360 módelseríunnar frá IBM 1964, kynnti IBM OS / 360 stýrikerfið í ýmsum útgáfum (OS / 360 fyrir kerfi sem byggjast eingöngu á götukortum, TOS / 360 fyrir vélar með segulbanddrifum, DOS / 360 fyrir þá sem eru með harða diskana). Það var fyrsta stýrikerfið sem var notað í öllum gerðum.

Frá 1963 var Multics þróað af AT&T í samvinnu viðMIT , General Electric og Bell Laboratories (Bell Labs), en það var aðeins í notkun frá 1969 til 2000. Margmiðlun var forrituð í PL / I. Innblásin af vinnunni við Multics byrjaði hópur undir forystu Ken Thompson og Dennis Ritchie hjá Bell Labs að þróa Unix árið 1969. Frá 1970 til 1972 voru RSX-15 og RSX-11 snemma forverar Windows NT í dag . Á árunum 1972–1974 var Unix innleitt aftur í æðra forritunarmálinu C með það að markmiði að flytja það, að undanskildum nokkrum hlutum, til að geta keyrt á þá nýju PDP-11 . Þess vegna þróaðist UNIX í heila fjölskyldu kerfa fyrir ýmsa vélbúnaðarpalla.

Fyrstu tölvurnar eins og Altair 8800 frá 1975 höfðu upphaflega ekkert stýrikerfi. Þess vegna þurfti að slá inn allar aðgerðir í hreinum vélakóða . Altair 8800 fékk sitt fyrsta stýrikerfi í formi BASIC túlks. [18] Þetta táknaði bæði forritunarumhverfi og almennt viðmót notandans og vélbúnaðarins (sem þessi túlkur stjórnaði beint). Það var bæði keyrsluumhverfi og notendaviðmót; Með ákveðnum skipunum gæti notandinn til dæmis hlaðið og vistað gögn og framkvæmt forrit. Árið 1974 fann Gary Kildall upp CP / M , sem er talið fyrsta alhliða tölvustýrikerfið . Vegna máthönnunar (pallóháður kjarninn BDOS var byggður á vélbúnaðarstjórarlagi sem kallast BIOS), væri hægt að flytja það á fjölmarga ósamrýmanlega tölvuvettvanga með hæfilegri fyrirhöfn. Forritunarumhverfi (aðallega) stjórnaði ekki lengur vélbúnaðinum beint heldur notaði viðmót stýrikerfisins. Þess vegna var forritunarumhverfið ekki lengur aðeins hægt að keyra á tilteknum vélbúnaði, heldur á fjölmörgum tölvum.

Eingöngu textatengt notendaviðmót voru ekki lengur nægjanleg fyrir tölvugrafíkin sem koma fram. Xerox Alto, sem var kynntur árið 1973, var fyrsta tölvukerfið með hlutbundið stýrikerfi [19] og myndrænt notendaviðmót, sem gerði þessa tölvu hentuga fyrir skrifborðsútgáfu og táknaði stórt skref fram á við hvað varðar notendavænt. [20]

Tímamót

C64, heimilistölva frá níunda áratugnum

C64C kerfi með VC1541 -II disklingadrifi og 1084S RGB skjá (1986)

Í 1980, heimili tölva varð vinsæl. Auk þess að framkvæma gagnleg verkefni gætu þau einnig framkvæmt leiki. Vélbúnaðurinn samanstóð af 8 bita örgjörva með allt að 64 KiB vinnsluminni, lyklaborði og skjá eða RF útgangi. Ein sú vinsælasta af þessum tölvum var Commodore C64 með örgjörvi 6510 (afbrigði af 6502 ). Þessi tölva var með kerfiskjarna í sinni eigin 8 KiB ROM einingu sem kallast Kernal með BIOS ( Basic Input / Output System ), sem frumstillti tækjaskjáinn , lyklaborðið, raðbundið IEC tengi fyrir disklingadrif eða prentara og snælduviðmót að hluta til að draga úr fráveituhugtak. Hægt var að stjórna og forrita kerfið með sérstöku 8 KiB-ROM- BASIC , sem var byggt á aðgerðum BIOS. Líta má á stýrikerfi þessarar tölvu sem ágæta vélbúnaðarútdrátt á stigi BASIC túlksins. Auðvitað er engin kjarna, minni eða önnur vélbúnaðarvörn. Mörg forrit, sérstaklega leikir, hunsuðu BIOS og fóru beint í samsvarandi vélbúnað.

Grunnforrit Forrit fyrir vélmál
8k ROM BASIC PRINT #, FOR
8k ROM-BIOS (tæki bílstjóri) / Kernal / JSR Forrit fyrir vélmál
Vélbúnaður (örgjörvi), minni, tæki)

Gripalög í stýrikerfi heimilistölvunnar C64

Grafískt notendaviðmót Apple (GUI)

Dæmi um myndrænt notendaviðmót

Xerox þróaði Smalltalk þróunarkerfið í Palo Alto Research Center ( PARC ) (Xerox þróaði fyrstu tölvurnar með myndrænu notendaviðmóti með ALTO (1973) og Star (1981)). Apple bauð Xerox að kaupa tæknina; En þar sem PARC var fyrst og fremst rannsóknarmiðstöð var enginn áhugi á sölu og markaðssetningu. Eftir að Steve Jobs forstjóri Apple bauð Xerox hlutabréf í Apple fékk hann leyfi til að sýna sumum forriturum Xerox kynningarinnar. Eftir það var Apple verktaki örugglega ljóst að grafíska notendaviðmótið tilheyrði framtíðinni og Apple byrjaði að þróa sitt eigið myndræna notendaviðmót.

Margir eiginleikar og meginreglur allra nútíma myndrænna notendaviðmóts fyrir tölvur eins og við þekkjum þær í dag eru frumleg þróun Apple ( fellivalmyndir , skrifborðsmyndlíking , draga og sleppa , tvísmella). Fullyrðingin um að Apple afritaði Xerox GUI sitt ólöglega er stöðugt mál; þó er alvarlegur munur á Alto frá Xerox og Lisa / Macintosh .

Eftirmaður Mac OS

Apple I tölva

Mitte der 1990er Jahre steckte das Unternehmen Apple in einer tiefen Krise; es schien kurz vor dem Ruin. Ein dringliches Problem war dabei, dass Apples Betriebssystem Mac OS als veraltet galt, weshalb sich Apple nach Alternativen umzusehen begann. Nach dem Scheitern des wichtigsten Projektes für ein modernes Betriebssystem mit dem Codenamen Copland sah sich Apple gezwungen, Ausschau nach einem für die eigenen Zwecke verwendbaren Nachfolger zu halten. Zuerst wurde vermutet, dass Apple das Unternehmen Be , mit ihrem auch auf Macs lauffähigen Betriebssystem BeOS , übernehmen würde. Die Übernahmeverhandlungen scheiterten jedoch im November 1996, da der frühere Apple-Manager und Chef von Be Jean-Louis Gassée im Falle einer Übernahme 300 Millionen US-Dollar und einen Sitz im Vorstand verlangte. Da Gil Amelio versprochen hatte, bis zur Macworld Expo im Januar 1997 die zukünftige Strategie zu Mac OS zu verkünden, musste schnell eine Alternative gefunden werden. Überraschend übernahm Apple dann noch im Dezember 1996 für 400 Mio. US-Dollar das Unternehmen NeXT des geschassten Apple-Gründers Steve Jobs mitsamt dem Betriebssystem NeXTStep bzw. OPENSTEP , das Apples Grundlage für die nachfolgende neue Betriebssystem-Generation werden sollte. Unter dem Codenamen Rhapsody wurde es weiterentwickelt zu einem UNIX für Heim- und Bürocomputer mit dem Namen „Mac OS X“; von Version 10.8 (2012) bis 10.11 hieß es einfach „OS X“, seit Version 10.12 (2016) „macOS“. Ab Version 10.5 ist es konform mit der Single UNIX Specification .

Das Betriebssystem OPENSTEP war die erste Implementierung der OpenStep -Spezifikationen, die zusammen mit Sun entwickelt wurden. Deren Entwicklung hatte Einfluss auf Java und somit letztlich auf Android .

Disk Operating System (DOS)

Der Ursprung von DOS liegt in CP/M und wurde 1974 von Digital Research eingesetzt. Die Portierung auf den Motorola 68000 , genannt CP/M-68k, selbst kein großer kommerzieller Erfolg, wurde zur Grundlage für TOS , dem Betriebssystem des Atari ST . MS-DOS Version 1.0 erschien 1981 als Nachbildung von CP/M und wurde für IBM-PCs eingesetzt. Es setzt auf das BIOS auf und stellt Dateisystemoperationen zur Verfügung.

Die ersten IBM-PCs waren ganz ähnlich wie der C64 aufgebaut. Auch sie verfügten über ein eingebautes BIOS zur Initialisierung und Abstraktion der Hardware. Sogar ein BASIC-Interpreter war vorhanden. Im Gegensatz zum BIOS wurde auf BASIC jedoch in den kompatiblen Rechnern anderer Unternehmen verzichtet.

Der PC konnte mit seinem Intel-8088 -Prozessor (16-Bit- Register ) bis zu 1 MiB Speicher adressieren, die ersten Modelle waren jedoch nur mit 64 KiB ausgestattet. Diskettenlaufwerke lösten die alten Kassettenrekorder als Speichermedium ab. Sie erlauben vielfaches Schreiben und Lesen einzeln adressierbarer 512-Byte-Blöcke. Die Benutzung wird durch ein Disk Operating System (DOS) vereinfacht, das ein abstraktes Dateikonzept bereitstellt. Blöcke können zu beliebig großen Clustern ( Zuordnungseinheit – kleinste für das Betriebssystem ansprechbare Einheit) zusammengefasst werden. Dateien (logische Informationseinheiten) belegen einen oder mehrere dieser (verketteten) Cluster. Eine Diskette kann viele Dateien enthalten, die über Namen erreichbar sind.

Auf den ersten PCs war kein Speicherschutz realisiert, die Programme konnten daher an DOS vorbei direkt auf BIOS und sogar auf die Hardware zugreifen. Erst spätere PCs wurden mit dem Intel-80286 -Prozessor ausgestattet, der Speicherschutz ermöglichte. MS-DOS stellte auch keine für alle Zwecke ausreichende Abstraktion zur Verfügung. Es ließ sich nur ein Programm gleichzeitig starten, die Speicherverwaltung war eher rudimentär. Ein Teil der Hardware wurde nicht unterstützt und musste von Programmen direkt angesprochen werden, was dazu führte, dass beispielsweise für jedes Spiel die Soundkarte neu konfiguriert werden musste. Die Performance einiger Routinen, speziell zur Textausgabe, war verbesserungswürdig. Viele Programme setzten sich daher über das Betriebssystem hinweg und schrieben z. B. direkt in den Bildschirmspeicher . MS-DOS wurde mit einem Satz von Programmen (sogenannten Werkzeugen) und einem Kommandointerpreter (COMMAND.COM) ausgeliefert.

Anwenderprogramm (COMMAND.COM, WORDSTAR)
MSDOS (Dateisystem) INT Anwenderprogramm (COMMAND.COM, WORDSTAR)
BIOS (Gerätetreiber) INT Anwenderprogramm (COMMAND.COM, WORDSTAR)
Hardware (Prozessor(en), Speicher, Geräte)

Abstraktionsschichten eines PC unter DOS

Windows

1983 begann das Unternehmen Microsoft mit der Entwicklung einer grafischen Betriebssystem-Erweiterung („Grafik-Aufsatz“) für MS-DOS namens Windows. Das MS-DOS und BIOS-Design der PCs erlaubten keine Weiterentwicklung in Richtung moderner Serverbetriebssysteme. Microsoft begann Anfang der 1990er ein solches Betriebssystem zu entwickeln, das zunächst als Weiterentwicklung von OS/2 geplant war (an dessen Entwicklung Microsoft zwischen 1987 und 1991 beteiligt war): Windows NT 3.1 (Juli 1993). Für den Consumer-Markt brachte Microsoft am 15. August 1995 Windows 95 heraus; es setzt auf MS-DOS auf. Dieser „Consumer-Zweig“, zusammengefasst Windows 9x , wurde mit der Veröffentlichung von Windows Me (August/September 2000) abgeschlossen.

Aufbau von Windows NT: Über die Hardware wurde eine Abstraktionsschicht, der Hardware Abstraction Layer (HAL) gelegt, auf den der Kernel aufsetzte. Verschiedene Gerätetreiber waren als Kernelmodule ausgeführt und liefen wie der Kernel im privilegierten Kernel Mode . Sie stellten Möglichkeiten der E/A-Verwaltung, Dateisystem, Netzwerk, Sicherheitsmechanismen, virtuellen Speicher usw. zur Verfügung. Systemdienste (System Services) ergänzten das Konzept; wie ihre Unix -Pendants, die daemons , waren sie in Form von Prozessen im User-Mode ausgeführt.

OS/2-
Programme
Win32-Anwendungen DOS-
Programme
Win16-
Programme
POSIX-
Programme
User Mode
Win32-Anwendungen Andere DLLs DOS-
System
Windows on
Windows
OS/2-
Subsystem
Win32 Subsystem (kernel32.dll, user32.dll, gdi32.dll) Win32 Subsystem (kernel32.dll, user32.dll, gdi32.dll) Win32 Subsystem (kernel32.dll, user32.dll, gdi32.dll) POSIX-
Subsystem
Systemdienste Kernel Mode
Ein-/Ausgabe-Manager (Dateisystem, Netzwerk) Objektmanager/Security Resource Manager/Processmanager
Local Procedure Call Manager/Virtual Memory Manager

Mikrokernel
Window-Manager
Gerätetreiber Hardware-Abstraktions-Schicht (HAL) Grafiktreiber
Hardware (Prozessor(en), Speicher, Geräte)

Abstraktionsschichten unter Windows NT (etwas vereinfacht)

Über sogenannte Personalities wurden dann die Schnittstellen bestehender Systeme nachgebildet, zunächst für Microsofts eigenes, neues Win32 -System, aber auch für OS/2 (ohne Grafik) und POSIX .1, also einer Norm, die eigentlich Unix-Systeme vereinheitlichen sollte. Personalities liefen wie Anwenderprogramme im unprivilegierten User-Mode . Das DOS-Subsystem war in Form von Prozessen implementiert, die jeweils einen kompletten PC mit MS-DOS als virtuelle Maschine darstellten; darauf konnte mit einer besonderen Version von Windows 3.1, dem Windows-on-Windows , auch Win16 -Programme ausgeführt werden. Windows-on-Windows blendete dazu die Fenster der Win16-Programme in das Win32-Subsystem ein, das die Grafikausgabe verwaltete. Das System erlaubte daher die Ausführung von Programmen sowohl für MS-DOS wie für die älteren Windows-Betriebssysteme, allerdings unter vollkommener Kontrolle des Betriebssystems. Dies galt aber nur für die Implementierung für Intel-80386-Prozessoren und deren Nachfolger.

Programme, die direkt auf die Hardware zugreifen, blieben aber außen vor. Insbesondere viele Spiele konnten daher nicht unter Windows NT ausgeführt werden, zumindest bis zur Vorstellung von WinG , das später in DirectX umbenannt wurde. Ohne die Möglichkeit eines direkten Zugriffs auf die Grafikhardware bzw. -treiber war die Programmierung von leistungsfähigen Actionspielen zunächst auf die älteren Windows-Versionen beschränkt.

Windows NT erschien in den Versionen 3.1, 3.5, 3.51 und 4.0. Windows 2000 stellte eine Weiterentwicklung von Windows NT dar. Auch Windows XP , Windows Server 2003 , Windows Vista , Windows Server 2008 , Windows 7 , Windows Server 2012 , Windows 8 /8.1 und Windows 10 bauen auf der Struktur von Windows NT auf.

Linux (GNU/Linux)

Linus Torvalds, Entwickler von Linux

1991 begann Linus Torvalds in Helsinki / Finnland mit der Entwicklung des Linux-Kernels , den er bald danach der Öffentlichkeit zur Verfügung stellte.

Es läuft als portables Betriebssystem auf verschiedenen Rechnerarchitekturen, wurde aber zunächst für PCs mit Intel-80386 -Prozessor entwickelt. Das in diesen Rechnern verwendete BIOS dient nur noch zum Initialisieren der Hardware und zum Starten des Bootloaders , da die Routinen des BIOS für Multitaskingsysteme wie Linux ungeeignet sind. Dies kommt zustande, da insbesondere der Prozessor durch Warten belastet wird anstatt durch eine – in der Hardware durchaus vorhandene – geschickte Unterbrechungsverwaltung (interrupt handling) auf Ereignisse (events) zu reagieren. Linux verwendet daher nach dem Starten des Systems eigene Gerätetreiber.

Es verteilt die Prozessorzeit auf verschiedene Programme (Prozesse). Jeder dieser Prozesse erhält einen eigenen, geschützten Speicherbereich und kann nur über Systemaufrufe auf die Gerätetreiber und das Betriebssystem zugreifen.

Die Prozesse laufen im Benutzermodus (user mode) , während der Kernel im Kernel-Modus (kernel mode) arbeitet. Die Privilegien im Benutzermodus sind sehr eingeschränkt. Ein direkter Zugriff wird nur sehr selten und unter genau kontrollierten Bedingungen gestattet. Dies hat den Vorteil, dass kein Programm z. B. durch einen Fehler das System zum Absturz bringen kann.

Linux stellt wie sein Vorbild Unix eine vollständige Abstraktion und Virtualisierung für nahezu alle Betriebsmittel bereit (z. B. virtueller Speicher , Illusion eines eigenen Prozessors).

Anwenderprogramme (zB Textverarbeitung, Tabellenkalkulation oder Browser) User Mode
Complex Libraries ( GLib , GTK+ , Qt , SDL , EFL ) Anwenderprogramme
Complex Libraries ( GLib , kde) Simple Libraries sin, opendbm Anwenderprogramme
C-Standard-Bibliothek : glibc open, exec, sbrk, socket, fopen, calloc
Systemaufrufe TRAP, CALL, BRK, INT (je nach Hardware) Kernel Mode
Kernel (Gerätetreiber, Prozesse, Netzwerk, Dateisystem)
Hardware (Prozessor(en), Speicher, Geräte)

Fast vollständige Abstraktion unter Linux

Verbreitung

Das Unternehmen StatCounter analysiert die Verbreitung von Endanwender-Betriebssystemen anhand von Zugriffsstatistiken diverser Websites. Sehr viele Jahre war Windows an der Spitze, bis es laut StatCounter 2017 von Android überholt wurde. [21]

Die laut StatCounter am weitesten verbreiteten Endanwender-Betriebssysteme sind: [22]

2017 2018
1. Android 31,76 % Pfeil rechts oben.svg 38,97 %
2. Windows 43,82 % Pfeil rechts unten.svg 37,07 %
3. iOS 11,71 % Pfeil rechts oben.svg 13,18 %
4. macOS 5,09 % Pfeil rechts oben.svg 5,24 %
5. Linux 0,94 % Pfeil rechts unten.svg 0,76 %
nicht identifizierte B. 3,64 % Pfeil rechts unten.svg 2,72 %
andere Betriebssysteme 3,03 % Pfeil rechts unten.svg 2,06 %


Siehe auch

Literatur

  • Albrecht Achilles: Betriebssysteme. Eine kompakte Einführung mit Linux. Springer: Berlin, Heidelberg, 2006. ISBN 978-3-540-23805-8 .
  • Uwe Baumgarten, Hans-Jürgen Siegert: Betriebssysteme. Eine Einführung. 6., überarbeitete, aktualisierte und erweiterte Auflage, Oldenbourg Verlag: München, Wien, 2007.
  • Erich Ehses, Lutz Köhler, Petra Riemer, Horst Stenzel, Frank Victor: Systemprogrammierung in UNIX / Linux. Grundlegende Betriebssystemkonzepte und praxisorientierte Anwendungen. Vieweg+Teubner: Wiesbaden, 2012. ISBN 978-3-8348-1418-0 .
  • Eduard Glatz: Betriebssysteme. Grundlagen, Konzepte, Systemprogrammierung. 1. Auflage. dpunkt: Heidelberg, 2006. ISBN 3-89864-355-7 .
  • Sibsankar Haldar, Alex A. Aravind: Operating Systems. Delhi (ua): Pearson Education, 2009. ISBN 978-81-317-1548-2 .
  • Helmut Herold, Bruno Lurz, Jürgen Wohlrab, Matthias Hopf: Grundlagen der Informatik. Kapitel 9: Betriebssysteme. 3., aktualisierte Auflage, Pearson: Hellbergmoos, 2017, S. 433–462. ISBN 978-3-86894-316-0 .
  • Peter Mandl: Grundkurs Betriebssysteme. Architekturen, Betriebsmittelverwaltung, Synchronisation, Prozesskommunikation, Virtualisierung. 4. Auflage, Springer Vieweg: Wiesbaden, 2014. ISBN 978-3-658-06217-0 .
  • Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne: Operating System Concepts. Ninth Edition, John Wiley & Sons: Hoboken, 2013. ISBN 978-1-118-06333-0 .
  • Andrew S. Tanenbaum , Herbert Bos: Moderne Betriebssysteme. 4., aktualisierte Auflage. Pearson: Hallbergmoos, 2016. ISBN 978-3-86894-270-5 .
    • Ältere zitierte Ausgabe: Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme. 3., aktualisierte Auflage, Pearson Studium, 2009.
    • Englische Originalausgabe: Modern Operating Systems. 4th Edition, Pearson, 2016.

Weblinks

Commons : Betriebssystem – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Betriebssystem – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Berechnung nach https://de.statista.com - abgerufen am 2. Februar 2020
  2. Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme . Pearson Studium, 3., aktualisierte Auflage , ISBN 978-3-8273-7342-7
  3. Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme . 3., aktualisierte Aufl., Pearson, 2009, S. 33.
  4. a b Helmut Herold, Bruno Lurz, Jürgen Wohlrab, Matthias Hopf: Grundlagen der Informatik. 3., aktualisierte Auflage, Pearson, 2017, S. 438.
  5. Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme . 3., aktualisierte Aufl., Pearson, 2009, S. 34.
  6. Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme . 3., aktualisierte Aufl., Pearson, 2009, S. 35–36.
  7. Peter Mandl: Grundkurs Betriebssysteme. 4. Aufl., Springer, 2014, S. 2.
  8. Zitiert nach Uwe Baumgarten, Hans-Jürgen Siegert: Betriebssysteme. Eine Einführung. 6., überarbeitete, aktualisierte und erweiterte Auflage, Oldenbourg Verlag: München, Wien, 2007, S. 3.
  9. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme . 3. Aufl. 2009, S. 79.
  10. Anthony Ralston, Edwin D. Reilly: Encyclopaedia of Computer Science. New York: Van Nostrand Reinhold, 3. Auflage 1993, S. 1290. Englisches Originalzitat: „Besides managing the hardware resources […], modern operating systems also provide numerous services, such as inter-process communication, file and directory systems, data transfer over networks, and a command language“.
  11. Volker Claus, Andreas Schwill: Duden Informatik AZ. Fachlexikon für Studium, Ausbildung und Beruf. Mannheim: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus, 4. Aufl., 2006, ISBN 3-411-05234-1 .
  12. Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme, Pearson Studium,2002, ISBN 3-8273-7019-1 , Seite 18
  13. Andrew S. Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme, Pearson Studium,2002, ISBN 3-8273-7019-1 , Seite 18
  14. SOS Reference Manual, 1959.
  15. Jack Harper, IBM 7090/94 IBSYS Operating System, 2001.
  16. Fernando J. Corbató, Marjorie Merwin Daggett, Robert C. Daley: An Experimental Time-Sharing System, 1962.
  17. E. Jessen: Origin of the Virtual Memory Concept. IEEE Annals of the History of Computing. Band 26. 4/2004, S. 71 ff.
  18. Computer Classics, Jörg und Kerstin Allner, Data Becker Verlag, ISBN 3-8158-2339-0 , S. 27
  19. blinkenlights.com , abgerufen am 23. Oktober 2017
  20. Zenon W. Pylyshyn, Liam Bannon: Perspectives on the Computer Revolution . Intellect Books, January 1989, ISBN 978-0-89391-369-4 , S. 262, 263 etc. Vergleich Alto und Star mit detaillierten Spezifikationen.
  21. Android verdrängt Windows vom ersten Platz der Marktanteile. Pro-Linux , 4. April 2017, abgerufen am 4. April 2017 .
  22. Operating System Market Share Worldwide. StatCounter, 5. September 2018, abgerufen am 5. September 2018 .