Betriebssystemarchitektur

Die Betriebssystemarchitektur beschreibt den Aufbau, die Struktur und die Schnittstellen eines Betriebssystems. Sie legt fest, wie Funktionen wie Prozessverwaltung, Speicherverwaltung, Ein- und Ausgabe, Dateisysteme und Sicherheitsmechanismen organisiert sind und wie diese Module mit der Hardware interagieren. Ziel ist Hardwareabstraktion, Effizienz und eine stabile Programmieroberfläche.

Zentrale Bausteine sind der Kernel, der Systemaufrufe bereitstellt und Kernfunktionen ausführt, sowie darunter liegende Schichten wie das Treibermanagement, das Speichermanagement, das Dateisystem-Subsystem und der I/O-Stack. Die Interprozesskommunikation, Scheduling-Mechanismen, der Speicherschutz und Sicherheitsmodelle prägen die Architektur. Virtuelle Speicherverwaltung, Geräteschnittstellen und Portabilität sind häufig von Bedeutung.

Architekturmodelle umfassen monolithische Kernel, mikrokernelbasierte Systeme, hybride Kernel sowie Exokernel-Ansätze. Monolithische Kernel laufen viele Dienste im Kernel-Modus, Mikrokernel-Ansätze verschieben Dienste in Benutzermodus und kommunizieren über definierte Protokolle. Hybride Architekturen kombinieren Merkmale, während Exokernel eine minimale Kernelfunktionalität und große Flexibilität bei der Ressourcenzuweisung betonen.

Hardwareabstraktion, Sicherheit und Virtualisierung spielen eine zentrale Rolle. Eine gute Architektur ermöglicht Portabilität durch klare Schnittstellen und Schichten. Virtuelle Maschinen, Containerisierung und Hypervisoren gewinnen an Bedeutung, um Isolation, Ressourcensteuerung und Flexibilität zu erhöhen.

Die Betriebssystemarchitektur beeinflusst Leistung, Skalierbarkeit, Wartbarkeit und Zuverlässigkeit. Sie ist entscheidend in Desktop-, Server-, Embedded- und Mobilsystemen, wobei unterschiedliche Anforderungen an Latenz, Durchsatz, Energieverbrauch und Langzeitunterstützung vorliegen.