Die Betriebsarten eines Rechners ergeben sich erst aus dem Zusammenwirken der Hardware mit einem Betriebssystem. Ein Betriebssystem ist ein Komplex problemunabhängiger Systemprogramme, die den Anwender bei der Nutzung eines Rechners unterstützen, alle auf dem Rechner ablaufenden Prozesse koordinieren und überwachen und dabei für eine möglichst optimale Ausnutzung der Hardware des Systems sorgen.
Dabei ist die Ausführung aller gerätenahen Operationen sowie der Organisationsaufgaben durch das Betriebssystem wichtig. Dem Benutzer wird vom Betriebssystem eine Schnittstelle bereitgestellt, hinter der alle hardware-nahen Prozesse verborgen bleiben.
Umfang und Komplexität der Betriebssysteme haben mit der stürmischen Entwicklung der Informationstechnik und den daran gestellten Anforderungen zugenommen. So wurden Möglichkeiten geschaffen, mehrere Prozesse, gegebenenfalls von mehreren Benutzern (Multi-User-System), zeitlich (quasi-)parallel auf einem Rechner auszuführen (Multi-Tasking-System), um den Durchsatz und die Ressourcenauslastung zu erhöhen.
Es gibt verschiedene Modi, in denen Abläufe des Betriebssystems ausgeführt werden.
Bei der Batch-Verarbeitung (Stapelbetrieb) übergibt der Benutzer die Kontrolle über die Abarbeitung seines Programms dem Betriebssystem. Hierfür muss die zu lösende Aufgabe vollständig gestellt sein. Organisationsprogramme des Betriebssystems steuern die Abarbeitung der in der Eingabe-Warteschlange (Input-Queue) stehenden Programme und die Bereitstellung der Ergebnisse in der Ausgabe-Warteschlange (Output-Queue). CPU-Prozesse (CPU -- Central-Processing-Unit) und Input/Output-Operationen (Ein-/Ausgabe) von verschiedenen Prozessen können dabei zeitlich parallel ablaufen. Ein typischer Anwendungsfall ist die rechenintensive Lösung von Differentialgleichungen.
Beim Dialog-Betrieb bearbeiten Benutzer von Bildschirm-Terminals aus Programme gleichzeitig am Rechner (Timesharing-Betrieb). Diese Prozesse laufen unter der Kontrolle des Benutzers ab, und die Aufgabenstellung muss nicht vollständig sein. Zusätzliche Verwaltungsfunktionen des Betriebssystems sorgen für die Aufteilung der Rechnerressourcen bei akzeptablen Reaktionszeiten, z.B. durch zeitzyklische Vergabe an aktive Programme. Ein Beispiel dafür wäre das interaktive Kompilieren von Programmen.
Bei der Echtzeitverarbeitung (real-time processing) werden besonders hohe Anforderungen an Verarbeitungs- und Reaktionsgeschwindigkeit gestellt. So muss eine bestimmte (maximale) Reaktions- und Antwortzeit des Betriebssystems auf Anforderungen von außen gewährleistet sein. Echtzeitverarbeitung findet man z.B. bei industriellen Steuerungs- und Regelungsprozessen. Ein bekanntes Anwendungsbeispiel ist die Steuerung des Anti-Blockier-Systems von Autos.
Die Stellung und die Funktion eines Betriebssystems lassen sich mit einem Schalenmodell verdeutlichen, s. Abbildung 3.1.
Das Betriebssystem stellt dabei eine Schale dar, die zwischen dem Benutzer und der Hardware des Rechners liegt und die ihrerseits in die beiden Schichten Systemkern (Kernel) und Verarbeitungsprogramme unterteilt ist.
Diese beiden Schichten bauen aus den elementaren Funktionen des Rechners höhere, komplexere Funktionen auf. Diese werden von der obersten Schicht des Betriebssystems dem Benutzer und dem Anwenderprogramm zur Verfügung gestellt.
