AP1 Betriebssysteme

1. Was ist ein Betriebssystem?

Ein Betriebssystem, englisch Operating System (OS), ist die grundlegende Software eines Computers. Es bildet die Verbindung zwischen der Hardware und den Anwendungsprogrammen.

Ohne Betriebssystem können Programme nicht sinnvoll auf Prozessor, Arbeitsspeicher, Festplatten oder andere Hardware zugreifen.

Hauptaufgaben eines Betriebssystems

• Hardware verwalten
  • CPU
  • RAM
  • Festplatten
• Programme ausführen
• Benutzeroberfläche bereitstellen
• Dateien verwalten
• Netzwerkzugriffe ermöglichen
• Benutzer und Berechtigungen verwalten

Beispiele

• Windows
• Linux
• macOS

• Android
• iOS

2. Dateiverwaltung - Filemanagement

Ein Betriebssystem organisiert Daten in einer Struktur aus:

• Verzeichnissen bzw. Ordnern
• Unterordnern
• Dateien

Typische Aufgaben des Filemanagements sind:

• Dateien erstellen
• Dateien löschen
• Dateien verschieben
• Dateien kopieren
• Dateien umbenennen

Freigaben verwalten

Über eine Freigabe können mehrere Benutzer über das Netzwerk auf Dateien oder Ordner zugreifen.

Beispiel:

Der Zugriff kann dann beispielsweise über einen UNC-Pfad erfolgen:

Typische Berechtigungen sind:

• Lesen
• Ändern
• Vollzugriff

3. Multitasking

Unter Multitasking versteht man, dass mehrere Programme scheinbar gleichzeitig ausgeführt werden.

Dabei unterscheidet man vor allem zwischen kooperativem und präemptivem Multitasking.

Kooperatives Multitasking

Beim kooperativen Multitasking entscheidet die Anwendung selbst, wann sie Rechenzeit wieder freigibt.

Beispiel:
Programm A → gibt CPU frei → Programm B

Problem:

• hängt ein Programm
• gibt es möglicherweise keine Rechenzeit zurück
• dadurch kann das gesamte System beeinträchtigt werden

Präemptives Multitasking

Beim präemptiven Multitasking entscheidet das Betriebssystem, wie lange ein Programm Rechenzeit bekommt.

Beispiel:
Programm A → CPU-Zeit → Programm B → CPU-Zeit → ...

Vorteile:

• stabiler
• Betriebssystem kontrolliert die Verteilung
• moderner Standard

Windows, Linux und macOS verwenden präemptives Multitasking.

4. Prozess, Task und Thread

Diese Begriffe beschreiben unterschiedliche Teile der Programmausführung.

Prozess

Ein Prozess ist ein gestartetes und laufendes Programm.

Beispiel:
chrome.exe

Wird Chrome gestartet, existiert mindestens ein entsprechender Prozess.

Thread

Ein Thread ist ein einzelner Ausführungsstrang innerhalb eines Prozesses.

Ein Programm kann mehrere Threads besitzen, beispielsweise für:

• verschiedene Tabs
• Downloads
• Darstellung bzw. Rendering

Task

Ein Task ist allgemein eine Aufgabe, die vom Betriebssystem ausgeführt oder verwaltet wird. Im Windows-Umfeld wird der Begriff häufig vereinfacht für laufende Programme bzw. Prozesse verwendet.

Beispiel:
explorer.exe

5. Unix und Linux

Unix

Unix wurde ab 1969 entwickelt und bildet die Grundlage bzw. den Ursprung vieler späterer Unix-Systeme.

Beispiele für Unix-Systeme:

• AIX
• HP-UX
• Solaris

Linux

Der Linux-Kernel wurde 1991 von Linus Torvalds entwickelt. Linux ist Unix-ähnlich und Open Source.

Linux ist kein Unix, orientiert sich aber stark an Unix.

Eigenschaften:

• Unix-ähnlich
• Open Source
• stark an Unix orientiert

6. Linux und Windows im Vergleich

Windows

Vorteile:

• einfache Bedienung
• große Softwareauswahl
• weit verbreitet
• gute Integration in Active Directory

Nachteile

• Lizenzkosten
• aufgrund der hohen Verbreitung häufiges Ziel von Schadsoftware

Linux

Vorteile

• viele Distributionen kostenlos verfügbar
• stabil
• gilt als gut absicherbar und wird häufig auf Servern eingesetzt
• Open Source

Nachteile

• höhere Einarbeitungszeit
• manche Programme sind nicht verfügbar

7. Dateisysteme

Ein Dateisystem bestimmt, wie Daten auf einem Datenträger gespeichert, organisiert und verwaltet werden.

FAT32

Vorteil

• sehr hohe Kompatibilität

Nachteil:

• maximale Dateigröße: 4 GB

NTFS

NTFS ist das typische Windows-Dateisystem.

Eigenschaften:

• Rechteverwaltung
• Verschlüsselung
• Journaling

ext4

Typisches Linux-Dateisystem.

Eigenschaften:

• schnell
• stabil
• unterstützt große Partitionen

APFS

Verwendung unter anderem bei:

• macOS
• iOS

8. Dateibaum

Windows und Linux organisieren ihre Verzeichnisse unterschiedlich.

Windows

Windows arbeitet typischerweise mit Laufwerksbuchstaben.

Beispiel

Darunter befinden sich beispielsweise:

Linux

Unter Linux beginnt der gesamte Dateibaum bei:

Beispiele:

9. GUI und CLI

GUI - Graphical User Interface

Eine GUI ist eine grafische Benutzeroberfläche.

Beispiele:

• Desktop
• Explorer
• Fenster
• Schaltflächen

CLI - Command Line Interface

Bei einer CLI wird das System hauptsächlich über Befehle gesteuert.

Beispiele:

• ls → Ordnerinhalt anzeigen
• cd → Pfad wechseln
• mkdir → Ordner erstellen

Die Kommandozeile benötigt meist weniger Ressourcen, während eine grafische Oberfläche für viele Benutzer leichter zu bedienen ist.

10. Linux-Verzeichnisstruktur

Hier ist eine Übersicht der wichtigsten Linux-Verzeichnisse.

11. Linux-Berechtigungen

Linux stellt Berechtigungen häufig in dieser Form dar:

Dabei werden die Rechte in drei Gruppen aufgeteilt:

• u = User / Benutzer
• g = Group / Gruppe
• o = Other / alle anderen

Beispiel:

Bedeutung:

• Besitzer → rwx
• Gruppe → r-x
• Andere → r--

• - = normale Datei
• d = Verzeichnis

Einzelne Rechte

Zahlenwerte

Die Zahlen werden addiert:

chmod

Mit chmod können Dateiberechtigungen geändert werden.

Beispiel:

Bedeutung:

Der Besitzer darf damit lesen, schreiben und ausführen. Gruppe und andere Benutzer dürfen lesen und ausführen.

12. Wichtige Linux-Befehle

Die Tabelle nennt mehrere wichtige Befehle

13. Kernel und Treiber

Die Kommunikation mit der Hardware wird in deiner Vorlage vereinfacht so dargestellt:

Kernel

Der Kernel ist der Kern des Betriebssystems.

Aufgaben:

• Arbeitsspeicher verwalten
• CPU verwalten
• Geräte verwalten
• Prozesse verwalten

Treiber

Ein Treiber vermittelt zwischen Betriebssystem und Hardware. Dadurch kann das Betriebssystem mit Geräten kommunizieren.

14. Laufwerke mounten

Windows und Linux gehen mit Datenträgern unterschiedlich um.

Windows

Datenträger bekommen typischerweise Laufwerksbuchstaben:

Linux

Linux verwendet keine Laufwerksbuchstaben. Ein Datenträger wird stattdessen in den Dateibaum eingebunden.

Beispiel:

Dieser Vorgang wird als Mounten bezeichnet.

15. Wichtige Windows-Netzwerkbefehle

Hier eine Übersicht verschiedener Netzwerkbefehle.

16. Einbindung in eine Domäne

Eine Domäne ermöglicht die zentrale Verwaltung von Objekten wie:

• Computern
• Benutzern
• Gruppen

Statt viele PCs und lokale Benutzer einzeln zu verwalten, können die Objekte zentral innerhalb einer Domäne administriert werden.

Beispiel:

Statt:

gibt es eine gemeinsame zentrale Umgebung.

Eine Active-Directory-Domäne wird von einem oder mehreren Domänencontrollern bereitgestellt und verwaltet.

Fazit

Ein Betriebssystem übernimmt viele grundlegende Aufgaben eines Computers. Es verwaltet Hardware, Programme, Dateien, Benutzer und Netzwerkzugriffe. Gleichzeitig gibt es zwischen Windows und Linux Unterschiede bei der Dateistruktur, der Bedienung, den Berechtigungen und der Einbindung von Datenträgern.

Nach diesem Lernzettel sollte man besonders sicher können:

• Aufgaben eines Betriebssystems erklären
• kooperatives und präemptives Multitasking unterscheiden
• Prozess und Thread erklären
• Windows und Linux vergleichen
• Dateisysteme zuordnen
• GUI und CLI unterscheiden
• wichtige Linux-Verzeichnisse kennen
• Linux-Rechte und chmod verstehen
• wichtige Linux- und Windows-Befehle zuordnen
• Kernel und Treiber erklären
• Windows-Laufwerkbuchstaben und Linux-Mountpoints unterscheiden
• Grundprinzip einer Domäne erklären