POSIX-Standard: Was ist das und wozu dient es?

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Der POSIX-Standard ist vielen Betriebssystemnutzern unbekannt, selbst denen, die Systeme verwenden, die ihn einhalten. Daher erkläre ich in diesem Artikel, was er ist, welchen Zweck er verfolgt, wie er Betriebssysteme beeinflusst und welche Betriebssysteme nach ihm standardisiert sind.

Was ist POSIX?

Der POSIX- Standard (Portable Operating System Interface) ist eine Reihe von Standards, die eine gemeinsame Schnittstelle für UNIX-ähnliche Betriebssysteme definieren. Er wurde entwickelt, um die Softwareportabilität zwischen verschiedenen UNIX-Betriebssystemen zu fördern und ein hohes Maß an Kompatibilität zwischen ihnen zu gewährleisten.

Der POSIX-Standard spezifiziert eine Reihe von Programmierschnittstellen, Kommandozeilenbefehlen und Dienstprogrammen sowie Dateiformate und Konventionen für die Interaktion zwischen Programmen und dem Betriebssystem. Diese Spezifikationen basieren größtenteils auf Merkmalen und Funktionen traditioneller UNIX-Betriebssysteme, wie beispielsweise grundlegenden Befehlen, Dateiverwaltung, Interprozesskommunikation, Prozesssteuerung und Signalen.

Durch die Einhaltung des POSIX-Standards können Entwickler Software schreiben, die mit einer Vielzahl von UNIX-Betriebssystemen kompatibel ist und somit Portabilität und Interoperabilität erleichtert. Darüber hinaus hat der POSIX-Standard auch andere Nicht-UNIX-Betriebssysteme wie Linux und macOS beeinflusst, die viele der POSIX-Spezifikationen implementiert haben.

Es ist wichtig zu beachten, dass der POSIX-Standard mehrere Komponenten und zugehörige Standards umfasst , darunter POSIX.1 (Systemschnittstellen und Bibliotheken), POSIX.2 (Befehle und Hilfsprogramme), POSIX.4 (Threads) und POSIX.5 (Echtzeitkommunikation). Jeder dieser Standards behandelt unterschiedliche Aspekte des Betriebssystems und bildet eine gemeinsame Grundlage für die Softwareentwicklung in POSIX-konformen Umgebungen.

Standards oder Versionen

Der POSIX-Standard besteht aus mehreren Unterstandards , die sich voneinander unterscheiden. Diese sind:

• Die erste davon ist IEEE 1003.1, die Basisspezifikation des ursprünglichen POSIX-Standards, der 1988 veröffentlicht wurde. Sie stellt die grundlegendste Spezifikation von POSIX dar.
• Die zweite Ausgabe, bekannt als IEEE 1003.1-2001 oder POSIX 2001/C99, wurde 2001 veröffentlicht und enthält eine Reihe von Aktualisierungen und Verbesserungen gegenüber der Originalausgabe.
• Die dritte Ausgabe mit der Bezeichnung IEEE 1003.1-2008 bzw. POSIX 2008/C2008 wurde 2008 veröffentlicht und bringt ebenfalls Änderungen und Ergänzungen gegenüber den vorherigen Ausgaben mit sich.
• Die vierte Ausgabe mit der Bezeichnung IEEE 1003.1-2017 oder POSIX 2017/C17 wurde 2017 veröffentlicht und entwickelt den Standard mit neuen Spezifikationen und Funktionen weiter.

Neben diesen Unterstandards existiert ein weiterer Standard namens IEEE 1003.2 , der eine portable Betriebssystemschnittstelle (POSIX) speziell für Systeme auf Basis der SPARC-Architektur definieren sollte. Er ist eine Erweiterung der Spezifikation IEEE 1003.1-2001 und wird mitunter auch als SPARC-2003 bezeichnet.

Geschichte von POSIX

Die erste Ausgabe des Standards erschien 1988 , die zweite 2001 und die dritte 2008. 2017 wurde dann die vierte Ausgabe veröffentlicht.

Der Vorschlag zur Etablierung eines Standards für Unix-Systeme entstand Ende der 70er Jahre. Unix war damals ein relativ junges, aber für seine Effizienz und Leistungsfähigkeit bekanntes Betriebssystem. Um es in Unternehmensumgebungen besser nutzbar zu machen, wurde die Idee eines Standards entwickelt, der die Portabilität von Unix-Systemen gewährleisten sollte. Zu dieser Zeit existierten mehrere Unix-Varianten, was die Kompatibilität für Benutzer und Entwickler erschwerte. Daher wurde die Etablierung eines Standards als Lösung zur Förderung der Kompatibilität präsentiert.

Als das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1988 die erste Ausgabe des Standards veröffentlichte, war Unix bereits seit vielen Jahren auf dem Markt und etabliert. Dies erleichterte den Standardisierungsprozess für Unix-Systeme und ermöglichte eine größere Kompatibilität zwischen ihnen.

Vor- und Nachteile

Der POSIX-Standard bietet zahlreiche Vorteile für Betriebssystementwickler und -nutzer. Hier sind einige der wichtigsten :

• PortabilitätEiner der Hauptvorteile von POSIX ist die Fähigkeit, die Softwareportabilität zwischen verschiedenen UNIX-Betriebssystemen zu fördern. Durch die Einhaltung der POSIX-Spezifikationen können Programme ohne wesentliche Änderungen auf mehreren Plattformen ausgeführt werden. Dies erleichtert die Entwicklung von Anwendungen, die in verschiedenen Umgebungen konsistent ausgeführt werden.
• Kompatibilität: gewährleistet ein hohes Maß an Kompatibilität zwischen UNIX-Betriebssystemen, die die Spezifikationen implementieren. Das bedeutet, dass sich die von POSIX definierten Befehle, Programmierschnittstellen und Dienstprogramme auf verschiedenen Systemen ähnlich verhalten. Entwickler und Benutzer können darauf vertrauen, dass POSIX-basierte Software auf verschiedenen Plattformen konsistent und vorhersehbar funktioniert.
• Interoperabilität: POSIX fördert die Interoperabilität zwischen UNIX-Anwendungen und Betriebssystemen. Durch die Bereitstellung einer Standardschnittstelle erleichtert es die Kommunikation und den Datenaustausch zwischen Programmen. Dies ist besonders nützlich in Umgebungen, in denen mehrere Systeme oder Anwendungen zusammenarbeiten und Informationen effizient austauschen müssen.
• Gemeinsame Wissensdatenbank: Schafft eine gemeinsame Wissensdatenbank für Entwickler und Benutzer des UNIX-Betriebssystems. Zahlreiche Ressourcen, Bibliotheken, Tools und Dokumentationen entsprechen dem POSIX-Standard. Dies erleichtert den Zugriff auf Supportressourcen, die Problemlösung und den Austausch von Lösungen innerhalb der Entwickler-Community.
• Flexibilität und AuswahlPOSIX definiert eine breite Palette an Features und Funktionen, die Betriebssysteme implementieren können. Dies gibt Entwicklern die Flexibilität, die spezifischen Features auszuwählen, die ihren Anforderungen am besten entsprechen. Auch Benutzer profitieren von der Auswahlmöglichkeit und der Möglichkeit, zwischen verschiedenen POSIX-kompatiblen Betriebssystemen zu wählen.

Der einzige Nachteil von POSIX ist seine Komplexität und die damit verbundene Schwierigkeit, es zu implementieren und zu verstehen. Wie Sie sehen, überwiegen die Vorteile von POSIX die Nachteile jedoch deutlich. Nachdem Sie nun wissen, was POSIX ist und wie es funktioniert, können Sie entscheiden, ob es für Sie geeignet ist.

Implementierung und Einhaltung des POSIX-Standards

Die Implementierung und Einhaltung des POSIX-Standards in Betriebssystemen umfasst mehrere Aspekte. Im Folgenden werden einige wichtige Überlegungen beschrieben:

• Umsetzung des StandardsBetriebssysteme, die dem POSIX-Standard entsprechen sollen, müssen die im Standard definierten Programmierschnittstellen, Befehle, Dienstprogramme und Dateiformate implementieren. Dies beinhaltet die Entwicklung und Wartung der Bibliotheken, Befehlsinterpreter und Systemdienste, die für die ordnungsgemäße Funktion von POSIX-Anwendungen erforderlich sind.
• Einhaltung der SpezifikationenUm dem POSIX-Standard zu entsprechen, müssen Betriebssysteme die detaillierten Spezifikationen des Standards einhalten und sicherstellen, dass ihre Implementierungen die festgelegten Anforderungen erfüllen. Dies kann umfangreiche Tests, Konformitätsprüfungen und Implementierungsanpassungen erfordern, um sicherzustellen, dass die Betriebssysteme die von POSIX definierten Standards einhalten.
• Zertifizierungen und Compliance-StandardsEinige Betriebssysteme benötigen möglicherweise eine Zertifizierung oder die Einhaltung bestimmter Konformitätsstandards, um ihre POSIX-Konformität nachzuweisen. Beispielsweise verfügt das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) über eine Arbeitsgruppe, die sich mit POSIX-Tests und -Zertifizierungen befasst. Betriebssysteme können Tests durchlaufen, um die POSIX-Zertifizierung zu erhalten.
• Wartung und Aktualisierung: Der Standard hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, und Betriebssysteme müssen ständig aktualisiert werden, um mit den neuen Versionen und Revisionen des Standards Schritt zu halten. Dazu gehören Änderungen und Verbesserungen an der bestehenden Implementierung, um die neuen Funktionen und Fehlerbehebungen der POSIX-Updates zu integrieren.
• AbwärtskompatibilitätDa POSIX ein seit langem etablierter Standard ist, streben Betriebssysteme in der Regel auch danach, die Abwärtskompatibilität mit älteren POSIX-Versionen aufrechtzuerhalten. Dadurch wird sichergestellt, dass Anwendungen und Software, die für frühere Versionen des Standards entwickelt wurden, auch auf neueren Versionen weiterhin ordnungsgemäß funktionieren.
• Dokumentation und Support: Betriebssysteme, die POSIX implementieren, müssen eine ausreichende Dokumentation bereitstellen, die die POSIX-kompatiblen Funktionen, Schnittstellen und Funktionalitäten beschreibt. Dies hilft Entwicklern, die Verwendung von POSIX-Funktionen und -Dienstprogrammen im Betriebssystem zu verstehen und auftretende Probleme oder Inkompatibilitäten zu beheben.

POSIX-Betriebssysteme

Mehrere Betriebssysteme erfüllen den POSIX-Standard in unterschiedlichem Maße. Zu den bekanntesten und am weitesten verbreiteten Betriebssystemen, die POSIX implementieren, gehören:

• Linux: Es handelt sich um ein Open-Source-Betriebssystem, das auf dem Linux-Kernel basiert. Die meisten Linux-Distributionen wie Ubuntu, Fedora, Debian und CentOS sind POSIX-kompatibel und streben danach, den Spezifikationen des Standards zu entsprechen.
• macOS: Auch Apples Betriebssystem für Mac-Computer implementiert größtenteils POSIX. macOS basiert auf dem Darwin-Kernel, einer Variante von BSD, einem POSIX-kompatiblen UNIX-Betriebssystem.
• FreeBSD: Es handelt sich um ein Open-Source-Betriebssystem, das auf BSD basiert und für seine hohe POSIX-Kompatibilität bekannt ist. Als BSD-Zweig übernimmt FreeBSD viele Merkmale und Funktionen von UNIX und folgt weitgehend den POSIX-Spezifikationen.
• Solaris: Es handelt sich um ein von Oracle entwickeltes Betriebssystem, das von UNIX System V abgeleitet ist. Solaris ist seit jeher für seine Einhaltung des POSIX-Standards und seine Unterstützung der im Standard definierten Schnittstellen und Dienstprogramme bekannt.
• AIX: AIX ist ein IBM-Betriebssystem, das auf UNIX System V basiert. AIX hat POSIX in mehreren Versionen implementiert und bietet damit eine erhebliche Kompatibilität mit den von POSIX definierten Standardschnittstellen und -funktionen.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Betriebssysteme zwar POSIX implementieren, es jedoch Unterschiede in der Konformität und Unterstützung zwischen den verschiedenen Versionen des Standards geben kann. Darüber hinaus gibt es auch andere, weniger bekannte und Nischenbetriebssysteme, die POSIX in unterschiedlichem Maße implementieren.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Betriebssysteme A/UX, AIX, BSD OS, DSPnano, HP-UX, IRIX, LynxOS, Integrity, macOS, Minix, MPE/iX, QNX, RTEMS, Solaris, Unison RTOS, UnixWare, velOSity und VxWorks vollständig POSIX-kompatibel sind.

Während BeOS, Haiku, FreeBSD, GNU/Linux, Contiki, NetBSD, Nucleus RTOS, OpenBSD, OpenSolaris, PikeOS, RTOS, RTEMS, Sanos, SkyOS, Syllable und VSTa unter anderem größtenteils POSIX-kompatibel sind.

Wir könnten auch eine weitere Kategorie von POSIX für Windows erstellen, da POSIX eng mit der Unix-Welt verbunden ist. Es stimmt jedoch auch, dass es innerhalb des Microsoft-Systems einige POSIX-Umgebungen und -Software gibt, wie etwa Cygwin, UWIN, MKS Toolkit sowie Microsoft POSIX Subsystem und Windows Services für UNIX.

Die Zukunft des Standards

Der POSIX-Standard ist ein Eckpfeiler der Entwicklung von UNIX-Betriebssystemen und hat seine Relevanz und Nützlichkeit über die Jahre hinweg unter Beweis gestellt. Seine Zukunft wird jedoch auch von Trends und Entwicklungen in der Technologielandschaft beeinflusst. Im Folgenden einige Überlegungen zur Zukunft:

• Weiterentwicklung und AktualisierungenDer POSIX-Standard hat sich im Laufe der Zeit durch neue Revisionen und Versionen weiterentwickelt, um sich an den technologischen Fortschritt und die sich ändernden Anforderungen anzupassen. Es wird erwartet, dass der Standard auch weiterhin weiterentwickelt und aktualisiert wird, um neuen Herausforderungen gerecht zu werden und neue Chancen zu nutzen.
• Einführung neuer BetriebssystemeMit der Entwicklung neuer Betriebssysteme und Computerumgebungen werden einige davon möglicherweise den POSIX-Standard übernehmen oder anpassen. Dies hängt von den Kompatibilitäts-, Portabilitäts- und Interoperabilitätsanforderungen dieser Betriebssysteme sowie von der Nachfrage und Akzeptanz von POSIX in diesen Kontexten ab.
• Einfluss alternativer Standards und TechnologienMit der Entwicklung neuer Standards und Technologien im Betriebssystem- und Computerbereich können Alternativen oder Ergänzungen zum POSIX-Standard entstehen. Beispielsweise hat die zunehmende Nutzung von Containern und Virtualisierungstechnologien wie Docker und Kubernetes neue Ansätze für die Anwendungsbereitstellung und -implementierung eingeführt, die sich in manchen Kontexten auf die Relevanz und Nutzung des POSIX-Standards auswirken können.
• Überlegungen zu Leistung und Effizienz: Um Leistung und Energieeffizienz zu verbessern, können neue Schnittstellen und Ansätze entstehen, die von einigen Funktionen des POSIX-Standards abweichen. Betriebssysteme können spezielle Technologien und Techniken zur Optimierung von Leistung und Effizienz einsetzen, was Anpassungen oder Anpassungen der Standardimplementierung erforderlich machen kann.