1707513

So funktioniert Windows

07.07.2013 | 16:09 Uhr |

Windows startet. Sie melden sich an. Sie starten Programme, gehen ins Web, speichern Daten. Vieles bietet sich intuitiv an, vieles ist mühsam erlernt. Was unter der Haube wirklich geschieht, wissen die wenigsten. Hier folgt Basiswissen.

Der Erwerb von Grundlagenwissen gilt weder als aufregend noch vergnüglich. Wir hoffen, dieses Vorurteil auf den folgenden Seiten zu widerlegen. Denn ohne Basiswissen verlieren sich Einzelfakten in einem zusammenhanglosen Nebeneinander und lösen sich wieder in Nichts auf. Systematisches Wissen schafft Zusammenhänge und verbindet die Einzelfakten. Wir illustrieren technische Grundlagen von Windows anhand von Schaubildern und Tabellen. Einige Punkte gelten, wenn auch nicht hundertprozentig identisch, für alle modernen Betriebssysteme.

1.) Der Windows-Start zum Log-on

Startvorgang in Kürze: Die Umstellung auf den Windows-Boot-Manager und den BCD-Speicher vollzog Windows mit Vista. Das ist nach wie vor Status quo.
Vergrößern Startvorgang in Kürze: Die Umstellung auf den Windows-Boot-Manager und den BCD-Speicher vollzog Windows mit Vista. Das ist nach wie vor Status quo.

Bis zur Anmeldung des Benutzers hat ein Windows-PC eine ganze Reihe von Aufgaben zu durchlaufen. Die Tabelle zeigt die wesentlichsten Schritte unter Angabe der jeweiligen Komponente. Es handelt sich um den Startvorgang von Windows Vista, 7 und 8, der sich vom Vorgänger XP deutlich unterscheidet.

Erste wichtige Hürde ist das Auffinden des Windows-Boot-Managers Bootmgr auf dem primären Boot-Laufwerk. Dieses ist nicht immer identisch mit der Windows-Systempartition und befindet sich bei vorinstalliertem OEM-Windows meist in einer versteckten Partition ohne Laufwerkskennung. Der Boot-Manager stellt dann das Boot-Menü bereit und bezieht dafür seine Informationen aus den Boot Configuration Data unter „\Boot\BCD“. Die nachfolgenden Aufgaben besorgt dann das Programm Winload.EXE.

10 Tipps für mehr Windows-Sicherheit

Startvorgang mit den wichtigsten Komponenten: Bis der Willkommen-Bildschirm erscheint, muss Windows alle Subsysteme, Treiber und Dienste laden.
Vergrößern Startvorgang mit den wichtigsten Komponenten: Bis der Willkommen-Bildschirm erscheint, muss Windows alle Subsysteme, Treiber und Dienste laden.

Die Tabelle skizziert nicht nur theoretisch den Boot-Prozess, sondern erlaubt auch die Interpretation möglicher Fehlerquellen und Bremsen: Ein sehr umfangreicher Registry-Schlüssel „System“ kann das Einlesen der „Winload.exe“ aufhalten, sehr große oder fehlerhafte Festplatten die Checkdisk-Phase der „Ntoskrnl.exe“. Nach Updates benötigt das System beim Start länger, weil es Dateiaktionen (Pending Operations) nachzuholen hat. Das Fehlen einer dieser Basiskomponenten führt zwangsläufig zum frühen Aus. Sollte ein Windows-System beim Start eine fehlende „HAL.DLL“ (Hardware Abstraction Layer) melden, ist das fast immer irreführend und sagt vielmehr, dass die Windows-Partition nicht gefunden wird.

2.) Modulare Architektur mit Subsystemen

Der kontrollierte Weg vom User-Programm zur Hardware: Windows-Manager, Kernel und HAL regeln den Zugriff auf die Hardware wie CPU, Grafik, Speicher.
Vergrößern Der kontrollierte Weg vom User-Programm zur Hardware: Windows-Manager, Kernel und HAL regeln den Zugriff auf die Hardware wie CPU, Grafik, Speicher.

Seit die DOS-Ära mit dem letzten DOS-basierten Windows Millennium (2000) vorbei ist, darf kein Programm mehr direkt mit der Hardware reden – etwa um einen Ausdruck zu starten oder etwas auf den Bildschirm zu schreiben. Alle Windows-Versionen der NT-Linie – also XP, Vista, 7, und 8 – besitzen einen modularen Aufbau. Die unterste Ebene ist der Hardware Abstraction Layer (HAL). Er bildet die Schnittstelle zwischen Hardware und dem eigentlichen Betriebssystem-Kern, der sich um Speicher- und CPU-Zuordnung kümmert. Darüber arbeiten im Kernel-Mode die wesentlichen Systemkomponenten mit dem Speichermanager, Prozessmanager, Dateisystemmanager. Auch hier haben der User und seine Programme aus dem „User Mode“ keinen direkten Zugriff – egal ob Admin oder eingeschränkter Benutzer. Darauf bauen dann die einzelnen Subsysteme auf. Das mit Abstand wichtigste ist das Win-32-Subsystem, das alle Windows-Prozesse verwaltet: Systemanmeldung und grafische Benutzeroberfläche inklusive Fensteraufbau sind Windows-Anwendungen und könnten ohne Win-32-Subsystem nicht laufen. WOW 64 (Windows on Windows) ist ein wichtiges Subsystem auf Windows mit 64 Bit. Es erlaubt Abwärtskompatibilität zur nach wie vor überwiegenden 32-Bit-Software.

Die besten Gratis-Tools von Microsoft

Weitere Subsysteme sind die Services für Unix, die Sie bei Bedarf nachrüsten können. Das auch Irix genannte Subsystem ermöglicht die Ausführung von Unix-Programmen, von denen ein großer Teil dem Installationspaket bereits beiliegt. Früher gab es auch ein OS/2-Subsystem, allerdings nur für 16-Bit-OS/2-Programme im Textmodus. Ebenso ein Auslaufmodell ist die NT Virtual DOS Machine (Ntvdm), um alte 16-Bit-DOS-Programme ausführen zu können: Sie ist nur noch auf 32-Bit-Windows verfügbar.

Windows 8 mit seiner neuen Oberfläche, dem Startbildschirm und den Modern Apps verändert den grundlegenden NT-Aufbau nicht wesentlich: Die Windows-Runtime, die für diese neuen Komponenten verantwortlich ist, basiert weiterhin auf dem traditionellen Win-32-Subsystem, bietet hier allerdings eine völlig neue API (Application Programming Interface).

0 Kommentare zu diesem Artikel
1707513