Auch genannt: OS
Ein Betriebssystem ist die grundlegende Systemsoftware eines Computers oder anderer digitaler Geräte. Es koordiniert Hardware und Software, verteilt Ressourcen und stellt eine Umgebung bereit, in der Menschen und Programme arbeiten können. Zu seinen Aufgaben gehören unter anderem die Ausführung von Programmen, die Verwaltung von Speicher und Dateien sowie die Ansteuerung von Ein- und Ausgabegeräten. Bekannte Beispiele sind Windows, macOS und Linux-Distributionen.
Ein Computer besteht nicht nur aus Programmen, die man anklickt. Zwischen einer Anwendung wie Browser, Textverarbeitung oder Spiel und den physischen Bestandteilen des Geräts liegt eine Software-Schicht: das Betriebssystem. Sie sorgt dafür, dass ein Programm nicht selbst für jedes Gerät und jede Ressource eigene Regeln kennen muss.
Wenn eine Anwendung etwa eine Datei speichern möchte, fordert sie eine Funktion des Betriebssystems an. Dieses prüft im Rahmen seiner Regeln den Zugriff, organisiert den Weg zum Dateisystem und nutzt die passenden Treiber für das Speichermedium. Ähnlich vermittelt es bei Tastatur, Bildschirm, Netzwerk und Drucker. IBM beschreibt Betriebssysteme als Softwarepakete, die zwischen Nutzenden und Hardware vermitteln und den Zugang zu den Ressourcen eines Computers verwalten.
„Das Betriebssystem“ meint dabei nicht zwingend ein einzelnes Programm. Moderne Systeme bestehen aus mehreren zusammenwirkenden Komponenten und Diensten. Je nach Gerät fällt die sichtbare Oberfläche unterschiedlich aus: Auf einem Notebook gehört meist eine grafische Arbeitsumgebung dazu; auf einem Server wird das System oft überwiegend über Netzwerkdienste und eine Kommandozeile genutzt.
Im Kern müssen viele Programme um begrenzte Ressourcen konkurrieren. Ein Betriebssystem trifft deshalb laufend Koordinationsentscheidungen. Es weist ausführbaren Programmen Rechenzeit zu, verwaltet Hauptspeicher und organisiert Ein- und Ausgabe. Dabei arbeitet es eng mit der Hardware zusammen, ohne dass jede Anwendung unmittelbar auf diese zugreifen muss.
Eine zentrale Komponente ist der Kernel. Er läuft besonders nah an der Hardware und übernimmt grundlegende Aufgaben wie die Verwaltung von Prozessen, Speicher, Geräten, Dateisystemen und Netzwerkkommunikation. Der Kernel ist jedoch nicht mit dem vollständigen Betriebssystem gleichzusetzen. Zu einem nutzbaren System kommen weitere Teile hinzu, etwa Systembibliotheken, Werkzeuge, Dienste, Konfigurationsmechanismen und häufig eine Benutzeroberfläche.
Treiber bilden einen weiteren wichtigen Baustein. Sie übersetzen allgemeine Anforderungen des Systems in eine Steuerung für bestimmte Hardwareklassen oder Geräte. Dadurch kann eine Anwendung beispielsweise drucken oder Ton ausgeben, ohne den jeweiligen Drucker oder Audiochip direkt ansprechen zu müssen. Nicht jede Hardware funktioniert automatisch mit jedem Betriebssystem: Verfügbarkeit und Qualität von Treibern, Firmware und Einstellungen können die praktische Nutzbarkeit beeinflussen.
Auch Schutzfunktionen gehören zur Rolle des Betriebssystems. Es verwaltet Benutzerkonten, Berechtigungen und Grenzen zwischen Prozessen. Das ist keine Garantie, dass ein Gerät sicher ist: Sicherheitsniveau und tatsächliche Risiken hängen ebenfalls von Konfiguration, Aktualisierungen, Anwendungen und dem Verhalten der Nutzenden ab.
Beim Öffnen eines Textdokuments starten mehrere abgestimmte Vorgänge. Das Betriebssystem lädt die Textverarbeitung als Prozess, weist ihr Arbeitsspeicher zu und plant Rechenzeit auf dem Prozessor ein. Beim Laden der Datei nutzt es das Dateisystem und den Treiber des Speichermediums. Tippt eine Person einen Buchstaben, gelangt das Signal von der Tastatur über das Betriebssystem zur Anwendung; für die Darstellung werden wiederum Grafik- und Anzeigewege genutzt.
Für die Person am Gerät erscheint dieser Ablauf als eine direkte Handlung. Im Hintergrund werden aber Zugriffe geordnet, Daten gepuffert und konkurrierende Programme berücksichtigt. Sind zu viele Programme gleichzeitig aktiv, muss das Betriebssystem mit dem verfügbaren Arbeitsspeicher und der vorhandenen Rechenzeit umgehen. Deshalb kann ein Rechner trotz leistungsfähiger Einzelkomponenten träge reagieren, wenn eine andere Ressource zum Engpass wird.
Betriebssysteme sind die Grundlage für sehr unterschiedliche Geräteklassen. Auf PCs und Smartphones stellen sie eine allgemeine Arbeitsumgebung für Anwendungen bereit. Auf Servern organisieren sie Dienste, Benutzerzugriffe, Speicher und Netzwerke. In Routern, Fahrzeugen, Messgeräten oder Haushaltsgeräten können sie deutlich schlanker sein und auf eine konkrete Aufgabe zugeschnitten arbeiten.
Für Organisationen ist das Betriebssystem außerdem eine Betriebsbasis: Es beeinflusst, welche Anwendungen und Geräte unterstützt werden, wie Aktualisierungen verteilt werden und welche Verwaltungsmöglichkeiten bestehen. Bei der Auswahl zählen deshalb nicht nur Oberfläche oder Preis, sondern auch Hardware-Kompatibilität, Sicherheitsupdates, benötigte Fachsoftware, Support und die Fähigkeit, eigene Systeme zu betreiben. Ob ein System quelloffen ist, ist eine weitere, aber getrennte Frage; dazu erklärt der Artikel Open Source das Lizenz- und Entwicklungsmodell.
Ein Betriebssystem macht Hardware nicht beliebig austauschbar. Ein neues Gerät kann Treiber, Firmware oder eine bestimmte Systemversion benötigen. Umgekehrt kann ein Update Fehler beheben, Sicherheitslücken schließen oder Unterstützung für neue Hardware mitbringen, aber es sollte in wichtigen Umgebungen geprüft werden. Der von Digital-Magazin erläuterte Ablauf für Linux-Kernel-Updates empfiehlt unter anderem Kompatibilitätsprüfung, Testumgebung und einen Rückfallplan.
Ebenso ist ein Betriebssystem nicht dasselbe wie eine einzelne Anwendung. Eine Textverarbeitung läuft auf dem Betriebssystem; sie ersetzt dessen Ressourcenverwaltung und Hardwarevermittlung nicht. Der Kernel wiederum ist kein vollständiges Betriebssystem, sondern dessen zentraler, hardwarenaher Bestandteil. Bei Linux ist zudem zwischen dem Linux-Kernel und einer Linux-Distribution zu unterscheiden: Eine Distribution bündelt den Kernel mit Paketquellen, Systemwerkzeugen, Voreinstellungen und häufig einer Desktop-Umgebung.
Schließlich bedeutet eine grafische Oberfläche nicht automatisch, dass sie untrennbar mit dem Betriebssystem verbunden ist. Gerade bei Linux können unterschiedliche Desktop-Umgebungen auf demselben Unterbau eingesetzt werden. Das kann Flexibilität schaffen, erhöht aber auch die Zahl der Komponenten, die bei Einrichtung und Fehlersuche zusammenspielen.
Der Prozessor ist Hardware, die Programmanweisungen ausführt; das Betriebssystem ist Software, die unter anderem die Nutzung dieser Rechenressource organisiert. Der Arbeitsspeicher hält Daten und Programme kurzfristig bereit, während das Betriebssystem seine Nutzung verwaltet. Eine Linux-Distribution ist außerdem nicht bloß ein anderer Name für den Kernel: Sie liefert einen nutzbaren Systemverbund rund um den Kernel.