Was ist ein Betriebssystem (OS) – Definition, Funktionen und Arten

Das Herzstück jeder digitalen Technologie ist das Betriebssystem – ein unsichtbarer Begleiter, der die Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit moderner Geräte sicherstellt. Es bildet die Brücke zwischen Hardware und Software und sorgt dafür, dass Computer, Smartphones und sogar Autos reibungslos arbeiten.

Ob in Form von Windows, macOS oder Linux – Betriebssysteme sind allgegenwärtig und anpassungsfähig, um den stetig wachsenden Anforderungen gerecht zu werden. In einer Zeit, in der künstliche Intelligenz, IoT und Quantencomputing immer mehr an Bedeutung gewinnen, sind sie unverzichtbar für die technologische Entwicklung.

Was ist ein Betriebssystem?

Ein Betriebssystem (OS) ist die Schnittstelle zwischen einem Computerbenutzer und der Computerhardware. Ein Betriebssystem ist eine Software, die alle grundlegenden Aufgaben wie die Dateiverwaltung, die Speicherverwaltung, die Prozessverwaltung, die Verarbeitung von Ein- und Ausgaben und die Steuerung von Peripheriegeräten wie Laufwerken und Druckern übernimmt.

Ein Betriebssystem ist eine Software, die es Anwendungen ermöglicht, mit der Hardware eines Computers zu interagieren. Die Software, die die Kernkomponenten des Betriebssystems enthält, wird Kernel genannt.

Der Hauptzweck eines Betriebssystems besteht darin, Anwendungen (Software) die Interaktion mit der Hardware des Computers zu ermöglichen und die Hardware- und Softwareressourcen des Systems zu verwalten.

Zu den bekanntesten Betriebssystemen gehören Linux, Windows, VMS, OS/400, AIX, z/OS, usw. Heutzutage sind Betriebssysteme in fast jedem Gerät zu finden, z. B. in Mobiltelefonen, Personalcomputern, Großrechnern, Autos, Fernsehern, Spielzeug usw.

Die Aufgabe des Betriebssystems und seine Funktionen

Das Betriebssystem (OS) deines Computers verwaltet die gesamte Software und Hardware deines Computers. Meistens laufen mehrere Computerprogramme gleichzeitig, die alle auf die Zentraleinheit (CPU), den Arbeitsspeicher und den Speicher deines Computers zugreifen müssen. Das Betriebssystem koordiniert all dies, um sicherzustellen, dass jedes Programm bekommt, was es braucht.

Die Hauptfunktion eines Betriebssystems ist es, deine Arbeit am Computer zu vereinfachen und zu optimieren. Darüber hinaus gibt es noch viele andere Funktionen eines Betriebssystems:

1. Prozessverwaltung

Das Betriebssystem beaufsichtigt alle laufenden Programme oder Prozesse. Es plant sie, weist ihnen Ressourcen zu (z. B. CPU-Zeit und Arbeitsspeicher) und stellt sicher, dass sie ohne gegenseitige Störungen ablaufen. So bleibt dein System reaktionsschnell und effizient.

2. Speicherverwaltung

Sie verwaltet den Arbeitsspeicher deines Computers, indem sie Prozessen Speicherplatz zuweist und die Speichernutzung optimiert, um Abstürze aufgrund von Speichermangel zu verhindern.

3. Dateisystem-Verwaltung

Das Betriebssystem organisiert und speichert deine Dateien und macht sie zugänglich, durchsuchbar und sicher. Es kontrolliert die Dateiverwaltung, das Erstellen und Löschen von Dateien und die Zugriffsrechte.

4. Geräteverwaltung

Es regelt die Kommunikation mit Hardware-Geräten wie Druckern, Tastaturen und Netzwerkadaptern. Durch die Bereitstellung von Gerätetreibern sorgt das Betriebssystem für Kompatibilität und reibungslose Abläufe.

5. Benutzeroberfläche

Das Betriebssystem bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche, wie z. B. grafische Benutzeroberflächen (GUIs) oder Befehlszeilenschnittstellen (CLIs), mit denen du ganz einfach mit deinem Computer arbeiten kannst.

6. Sicherheit und Zugriffskontrolle

Es setzt die Benutzerauthentifizierung und die Zugriffsrechte durch. Sie schützt dein System vor unbefugtem Zugriff und bösartiger Software und sorgt so für die Sicherheit deiner Daten.

7. Netzwerk

Das Betriebssystem erleichtert Netzwerkverbindungen und ermöglicht dir den Zugriff auf Ressourcen über ein Netzwerk oder das Internet. Es verwaltet Netzwerkprotokolle, Konfigurationen und Datenübertragungen.

8. Aufgabenplanung

Es setzt Prioritäten bei den Aufgaben und verwaltet die CPU-Auslastung effizient. So wird sichergestellt, dass wichtige Prozesse die erforderlichen Ressourcen erhalten und die Reaktionsfähigkeit des Systems erhalten bleibt.

9. Updates und Wartung

Das Betriebssystem kümmert sich oft um Software-Updates und die Systemwartung, damit dein Computer sicher und auf dem neuesten Stand bleibt.

Arten von Betriebssystemen

Betriebssysteme sind normalerweise auf jedem Computer, den du kaufst, vorinstalliert. Die meisten Der überwiegende Teil der Menschen benutzen das Betriebssystem, das mit ihrem Computer geliefert wird, aber es ist in der Regel jederzeit möglich, das Betriebssystem zu aktualisieren oder sogar zu wechseln. Die drei gängigsten Betriebssysteme für PCs sind Microsoft Windows, macOS und Linux.

Moderne Betriebssysteme verwenden eine grafische Benutzeroberfläche, kurz GUI. Bei einer GUI klickst du mit der Maus auf Symbole, Schaltflächen und Menüs, und alles wird mit einer Kombination aus Grafiken und Text übersichtlich auf dem Bildschirm dargestellt.

Die Benutzeroberfläche jedes Betriebssystems sieht anders aus und fühlt sich anders an. Wenn du also auf ein anderes Betriebssystem umsteigst, kann es dir zunächst ungewohnt vorkommen. Moderne Betriebssysteme sind jedoch so konzipiert, dass sie einfach zu bedienen sind, und die meisten Grundprinzipien sind die gleichen.

Microsoft Windows

Microsoft hat das Windows-Betriebssystem Mitte der 1980er Jahre entwickelt. Es gab viele verschiedene Versionen von Windows, aber die neuesten sind Windows 11 (erschienen 2021) und Windows 10 (2015). Windows 11 bietet ein überarbeitetes Design und neue Funktionen. Auf den meisten neuen PCs ist Windows bereits vorinstalliert, was dazu beiträgt, dass es eines der beliebtesten Betriebssysteme der Welt ist.

MacOS

macOS ist eine Reihe von Betriebssystemen, die von Apple entwickelt wurden. Es ist auf allen Macintosh-Computern (Macs) vorinstalliert. Zu den neueren Versionen gehören Sonoma (veröffentlicht 2023), Ventura (2022) und Monterey (2021).

Laut aktuellen Daten von Gartner liegt der Anteil der macOS-Nutzer:innen an den weltweiten Desktop-Betriebssystemen bei etwa 15 %, während Windows einen Marktanteil von rund 75 % hält. Ein Grund dafür ist, dass Apple-Computer tendenziell teurer sind. Dennoch bevorzugen viele Menschen das Aussehen und die Bedienung von macOS gegenüber Windows.

Linux

Linux  ist eine Familie von Open-Source-Betriebssystemen. Das bedeutet, dass sie von jeder Person auf der Welt verändert und verbreitet werden können. Dies unterscheidet sich von proprietärer Software wie Windows, die nur von dem Unternehmen verändert werden kann, das sie besitzt. Die Vorteile von Linux sind, dass es kostenlos ist und dass es viele verschiedene Distributionen – oder Versionen – gibt, aus denen du wählen kannst.

Nach aktuellen Marktanalysen liegt der Anteil der Linux-Nutzer:innen an den weltweiten Desktop-Betriebssystemen bei unter 5 %. Allerdings dominiert Linux den Servermarkt und wird in den meisten Supercomputern eingesetzt, da es sich leicht anpassen lässt und sehr stabil ist.

Unix

Unix ist eine Sammlung von Multi-User- und Multitasking-Betriebssystemen, die häufig in Hochleistungsrechnerszenarien eingesetzt werden. Es baut auf der Unix-Grundlage auf.

Betriebssysteme für mobile Geräte

Die bisher besprochenen Betriebssysteme wurden für Desktop- und Laptop-Computer entwickelt. Mobile Geräte wie Smartphones und Tablets unterscheiden sich von diesen, weshalb auf ihnen Betriebssysteme laufen, die speziell für mobile Geräte entwickelt wurden. Beispiele für mobile Betriebssysteme sind Apple iOS und Google Android. Zu den aktuellen Versionen gehören iOS 17 (veröffentlicht 2023) und Android 14 (2023).

Android

Google hat Android entwickelt, ein Open-Source-Betriebssystem für Smartphones und Tablets. Es bietet eine Vielzahl von Anpassungsmöglichkeiten und ein großes App-Ökosystem.

iOS

iOS ist das mobile Betriebssystem von Apple für iPhones und iPads. Es ist bekannt für seine Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit und die nahtlose Interaktion mit Apple-Produkten und -Diensten.

Laut aktuellen Daten von IDC dominieren iOS und Android den Markt für mobile Betriebssysteme. Android hält einen globalen Marktanteil von etwa 72 %, während iOS bei etwa 27 % liegt. Diese Betriebssysteme sind für Touch-Bedienung optimiert und bieten Funktionen, die speziell auf mobile Geräte zugeschnitten sind.

Typen von Betriebssystemen

Betriebssysteme können anhand verschiedener Merkmale kategorisiert werden:

Die Wahl des Betriebssystems hängt hauptsächlich vom Verwendungszweck und den Hardware-Ressourcen des Systems ab.

1. Einzelbenutzer-Betriebssystem

Einzelplatz-Betriebssysteme sind die gängigsten Betriebssysteme, die für einzelne Benutzer/innen auf persönlichen Geräten wie Laptops und Desktops entwickelt wurden.

Sie erlauben jeweils nur einem Benutzer die Interaktion mit dem System und sind darauf ausgerichtet, eine benutzerfreundliche Oberfläche und eine effiziente Ressourcenverwaltung für die Aufgaben eines einzelnen Benutzers zu bieten.

Beispiele für ein Einbenutzer-Betriebssystem sind Microsoft Windows Vista oder Mac OS.

2. Multi-User-Betriebssystem

Mehrbenutzer-Betriebssysteme werden in Umgebungen eingesetzt, in denen mehrere Benutzer/innen gleichzeitig auf einen gemeinsamen Computer zugreifen müssen.

Diese Systeme verwalten die Ressourcen und gewährleisten einen fairen Zugang für mehrere Benutzer, wie z. B. Server, Großrechner oder Time-Sharing-Systeme. Ein Beispiel für ein Mehrbenutzer-Betriebssystem ist Linux (Ubuntu Server).

3. Einzelaufgabe Betriebssystem wie MS-DOS

Ein Einzelaufgabe-Betriebssystem wie MS-DOS ist ein einfaches Operating System, das direkt mit Hard- und Software eines Computers interagiert. Es ermöglicht das Programmieren und Starten von Programmen über einfache Befehle. Die Funktionstüchtigkeit eines Computers hängt stark vom BIOS und anderen Software-Komponenten ab, die auf Apple-Geräte verfügbar sind oder auf Geräten verschiedener Hersteller laufen. Bei MS-DOS unterscheidet sich die Handhabung von der in Windows-Versionen oder iOS/iPadOS, da meist iOS mehrere Programme gleichzeitig unterstützt.

Programme auf MS-DOS werden über Tastatur und Maus gesteuert, während Windows Phone und ki-gesteuerten Apps eine neue Interaktionsebene bieten. Anwendern wird eine Zusammenstellung von Software-Komponenten bereitgestellt, um die Funktionstüchtigkeit eines Computers sicherzustellen. Apps müssen auf die Grafikkarte und andere weiteren Schichten abgestimmt sein. Programmieren für verschiedene Betriebssysteme erfordert Einblick in das IT-Lexikon und Verständnis für die Umgebung, in der Programme absenden und angeschlossen werden.

4. Mehrfachaufgabe Betriebssysteme wie Windows oder macOS

Die meisten Betriebssysteme wie Windows oder macOS ermöglichen die Ausführung von Mehrfachaufgaben, wobei verschiedene Programme starten und miteinander interagieren können. Dabei unterscheidet sich jede Version des Betriebssystems in ihrer Fähigkeit, diese Aufgaben effizient zu verwalten. Die Wahl des richtigen Betriebssystems kann daher entscheidend sein, um die beste Leistung zu erzielen.

Ein Programmierer muss die Unterschiede in der Programmierung für unterschiedliche bs berücksichtigen, z.B. zwischen einer Windows-Version und iPadOS. Diese Unterschiede können beeinflussen, wie Programme auf den verschiedenen Versionen des Betriebssystems funktionieren und wie sie mit verschiedenen Programmen integriert werden.

5. Echtzeit-Betriebssystem (RTOS)

RTOS wird in Anwendungen eingesetzt, bei denen sofortige Reaktion und zeitliche Präzision entscheidend sind. Diese Art von Software wird in Kontrollsystemen, in der Robotik, in Verteidigungssystemen und in medizinischen Geräten eingesetzt.

Echtzeitsysteme stellen sicher, dass die Aufgaben innerhalb bestimmter Zeitvorgaben ausgeführt werden und minimieren die Latenzzeit. Ein Beispiel für ein Echtzeitbetriebssystem ist VxWorks.

6. Netzwerkbetriebssystem (NOS)

NOS konzentriert sich auf die Netzwerkverwaltung und erleichtert die Kommunikation und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen durch mehrere Computer. Diese Art von Betriebssystem wird häufig auf Netzwerkservern eingesetzt, wo die gemeinsame Nutzung von Dateien und Druckern wichtig ist.

Ein Beispiel für ein Netzwerkbetriebssystem ist Novell NetWare, das für die Verwaltung lokaler Netzwerke (LANs) verwendet wird.

7. Mobile Betriebssysteme

Mobile Betriebssysteme sind für mobile Geräte wie Smartphones und Tablets konzipiert. Beliebte Betriebssysteme wie Android und iOS legen den Schwerpunkt auf Touch-Bedienung und App-Verwaltung. Sie verfügen oft über App-Stores für die einfache Installation von Software.

Die Bedeutung von Betriebssystemen im modernen Computersystem

Betriebssysteme spielen bei verschiedenen Aspekten der Computertechnik eine entscheidende Rolle:

• Das Betriebssystem verteilt die Ressourcen an die Programme, z. B. Arbeitsspeicher, CPUs und Speichergeräte. Dadurch wird ihr reibungsloses Funktionieren sichergestellt.
• Es verwaltet die Ausführung von Softwareprogrammen. Es setzt Prioritäten und sorgt dafür, dass die Anwendungen nicht miteinander in Konflikt geraten.
• Betriebssysteme sind mit Sicherheitsmaßnahmen ausgestattet. Dazu gehören die Benutzerauthentifizierung und die Zugriffskontrolle. Sie schützen das System vor unerwünschten Zugriffen und schädlichen Anwendungen.
• Es steuert Peripheriegeräte wie Drucker, Scanner und Netzwerkadapter. Diese Geräte ermöglichen die Kommunikation und Datenübertragung.
• Das Betriebssystem bietet eine Benutzeroberfläche (UI), über die die Nutzer/innen mit ihrem Computer interagieren können.
• Über die Benutzeroberfläche können die Nutzer/innen Anwendungen starten, Dateien und Verzeichnisse verwalten und auf Systemdienste zugreifen.

Architektur eines Betriebssystems

Die interne Struktur eines Betriebssystems wird als Architektur bezeichnet. Sie ist entscheidend dafür, wie das System Ressourcen zuweist und mit der Hardware interagiert. Dies ist ein kurzer Vergleich aller Betriebssystem-Architekturen.

Hier ist die aktualisierte Tabelle:

Zukünftige Trends bei Betriebssystemen

Die Landschaft der Betriebssysteme entwickelt sich stetig weiter, um den wachsenden Anforderungen neuer Technologien gerecht zu werden. Im Folgenden werden einige der bedeutendsten Trends ausführlicher beschrieben:

Edge Computing

Mit dem Aufkommen von Edge Computing verlagert sich die Datenverarbeitung immer näher an die Quelle der Datenerzeugung, wie Sensoren oder IoT-Geräte. Dies reduziert Latenzzeiten und entlastet zentrale Server und Netzwerke. Betriebssysteme müssen sich daher an diese dezentralisierten Umgebungen anpassen. Sie müssen in der Lage sein, effizient mit verteilten Ressourcen umzugehen und eine nahtlose Kommunikation zwischen Edge-Geräten und zentralen Cloud-Diensten zu gewährleisten.

Sicherheitsaspekte gewinnen ebenfalls an Bedeutung, da die Angriffsfläche durch die Vielzahl der vernetzten Geräte wächst. Betriebssysteme müssen daher robuste Sicherheitsmechanismen implementieren, um Datenintegrität und -schutz sicherzustellen.

Integration des Internets der Dinge (IoT)

Die Anzahl der vernetzten Geräte im IoT-Ökosystem wächst exponentiell. Betriebssysteme müssen diese enorme Vielfalt und Menge an Geräten verwalten können. Das erfordert skalierbare Architekturen und Protokolle, die eine sichere und zuverlässige Kommunikation ermöglichen.

Zudem müssen Betriebssysteme Ressourcenbeschränkungen von IoT-Geräten berücksichtigen, wie begrenzte Rechenleistung, Speicher und Energieverbrauch. Leichtgewichtige Betriebssysteme oder Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) werden daher immer wichtiger. Sie müssen zudem Standards und Interoperabilität zwischen verschiedenen Geräten und Plattformen unterstützen, um eine reibungslose Integration zu ermöglichen.

Integration von Künstlicher Intelligenz (KI)

Die Einbindung von KI und maschinellem Lernen in Betriebssysteme eröffnet neue Möglichkeiten für Automatisierung und Effizienzsteigerung. Durch die Integration von Deep-Learning-Algorithmen können Betriebssysteme Prozesse optimieren, wie z. B. die intelligente Ressourcenzuweisung, Energieverwaltung oder die Anpassung an Nutzerverhalten.

KI kann proaktive Problemlösungen erleichtern, indem sie Anomalien erkennt und selbstständig Lösungen vorschlägt oder implementiert. Darüber hinaus können Sicherheitsfunktionen durch KI verbessert werden, etwa durch die Erkennung von Cyberangriffen in Echtzeit und die automatische Einleitung von Gegenmaßnahmen.

Auswirkungen des Quantencomputings

Das Aufkommen von Quantencomputern stellt eine grundlegende Veränderung in der Computertechnologie dar. Traditionelle Betriebssysteme sind nicht für die einzigartigen Eigenschaften von Quantencomputern ausgelegt, wie die Verarbeitung von Qubits und die Nutzung von Quantenverschränkung. Daher müssen Betriebssysteme erheblich angepasst oder neu entwickelt werden, um diese Technologien zu unterstützen.

Dies beinhaltet die Entwicklung neuer Algorithmen, Speicherverwaltungsstrategien und Schnittstellen zwischen klassischer und Quanten-Hardware. Betriebssysteme müssen auch Mechanismen zur Fehlerkorrektur implementieren, da Quantenbits anfällig für Störungen sind. Die Anpassung an Quantencomputing erfordert zudem neue Sicherheitsmodelle und Programmierparadigmen.

Diese Trends zeigen, dass Betriebssysteme sich kontinuierlich weiterentwickeln müssen, um den Anforderungen moderner Technologien gerecht zu werden. Flexibilität, Sicherheit und Effizienz stehen dabei im Mittelpunkt der zukünftigen Entwicklungen.

Fazit

Betriebssysteme sind das Herzstück moderner Technologie, das entscheidend dafür ist, wie wir mit Computern und mobilen Geräten interagieren. Ob es sich um Microsoft Windows, macOS von Apple, Linux oder mobile Plattformen wie Android und iOS handelt, jedes Betriebssystem bietet eine einzigartige Benutzeroberfläche und spezielle Funktionen, die auf die Bedürfnisse verschiedener Geräte und Benutzer abgestimmt sind.

Sie verwalten Hardware-Ressourcen wie Prozessoren und Arbeitsspeicher und sorgen dafür, dass Anwendungen effizient laufen. In einer Welt, die zunehmend von digitaler Vernetzung geprägt ist, ermöglichen Betriebssysteme nicht nur die grundlegende Funktionalität von Smartphones, Laptops und PCs, sondern erweitern diese auch durch kontinuierliche Updates um neue Funktionen und verbessern die Benutzerfreundlichkeit.

Egal ob für den privaten oder professionellen Gebrauch, das Verständnis und die Auswahl des passenden Betriebssystems sind entscheidend, um das volle Potenzial der verfügbaren Technologie auszuschöpfen. 

Antworten auf häufig gestellte Fragen zu Betriebssystemen

Was ist ein Betriebssystem?

Ein Betriebssystem bildet die Grundlage für die Nutzung eines Computers oder Smartphones. Es ist eine Software, die die Hardware verwaltet und es ermöglicht, Programme auszuführen. Bekannte Beispiele sind Windows von Microsoft und Android OS.

Welche bekannten Betriebssysteme gibt es für Computer?

Zu den bekanntesten Betriebssysteme für Computer gehören Windows und Linux. Diese Betriebssysteme ermöglichen es, eine Vielzahl von Anwendungen zu nutzen und sind weit verbreitet.

Wie verwaltet ein Betriebssystem laufende Programme und Speicherplatz?

Ein Betriebssystem verwaltet die Ressourcen eines Computers, indem es den Prozessor, den Arbeitsspeicher und den Speicherplatz effizient zuteilt. Es sorgt dafür, dass laufende Programme aufeinander abgestimmt sind und optimal funktionieren.

Welche Betriebssysteme gibt es für Smartphones?

Betriebssysteme für Smartphones umfassen Android OS und iOS. Android wird von vielen Herstellern wie Samsung genutzt, während iOS ausschließlich auf Apples Geräten läuft.

Was ist der Aufbau eines Betriebssystems?

Der Aufbau eines Betriebssystems besteht aus mehreren Schichten, darunter der Kernel, der die Hardware direkt steuert, und die Benutzerschnittstelle, die dem Nutzer die Interaktion mit dem System ermöglicht.

Warum sind neue Funktionen in Betriebssystemen wichtig?

Neue Funktionen in Betriebssystemen sind wichtig, um die Sicherheit zu verbessern, die Benutzererfahrung zu optimieren und neue Technologien zu integrieren. Dies macht die Nutzung von Geräten effizienter und sicherer.

Was versteht man unter einem eigenen Betriebssystem?

Ein eigenes Betriebssystem ist ein speziell entwickeltes System, das auf die Bedürfnisse einer bestimmten Organisation oder eines bestimmten Geräts zugeschnitten ist. IT-Dienstleister können solche Systeme für spezielle Anforderungen programmieren.

Was sind die Unterschiede zwischen verschiedenen Windows-Versionen?

Verschiedene Windows-Versionen unterscheiden sich in ihren Funktionen, der Benutzeroberfläche und der Unterstützung für Hardware. Betriebssystem Windows wird regelmäßig aktualisiert, um neue Funktionen und verbesserte Sicherheitsfunktionen zu bieten.

Wie trägt ein Betriebssystem zur Sicherheit eines Computers bei?

Ein Betriebssystem trägt zur Sicherheit eines Computers bei, indem es sicherheitsrelevante Updates bereitstellt, den Zugriff auf Systemressourcen kontrolliert und den Benutzer vor potenziell schädlichen Programmen schützt.