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5 Microsoft Windows und Protected Mode

Inhalt dieses Kapitels soll es sein, Einblicke in die Speicherverwaltung der Microsoft Benutzeroberflächen (Betriebssysteme) Windows 3.x und Windows 95 zu geben. Dabei soll vor allem die Frage behandelt werden, wie die bereitgestellten Möglichkeiten des Protected Mode unter Windows genutzt werden. Das Kapitel soll nicht (!) als Einleitung in die Windows-Anwendungs-Programmierung oder als Darstellung aller verfügbaren WIN-API-Funktionen verstanden werden.

5.1 Windows 3.x und Protected Mode ?

Windows 3.x kennt 3 verschiedene Betriebsmodi. Dabei kommen in zwei der drei Modi ein Teil der Möglichkeiten des Protected Mode zum Einsatz. Die drei Betriebsmodi sind dabei:

• Auf einem System mit 8086-Prozessor (XT) läuft Windows im Realmode, dabei werden maximal 1 MB des Speichers genutzt. Windows verhält sich in diesem Fall wie ein "gewöhnliches" Anwendungsprogramm und wird in den konventionellen Speicher geladen. Unter diesem Modus kann Windows EMS-Speicher in Form einer Erweiterungskarte verwenden.
  Interessant an diesem Modus ist das Verfahren, mit dem die Windows Entwickler ein Paging-ähnliches, auf (Realmode-) Speichersegmenten basierendes Speicherverwaltungssystem implementiert haben. Speichersegmente können unter Windows auf die Festplatte ausgelagert und im Speicher umhergeschoben werden, selbst wenn das Programm mit festen FAR-Pointern arbeitet (mit einigen Ausnahmen!). Grundlage dafür ist eine komplizierte Heap-Verwaltung, die sogar Attribute einzelner (Realmode-) Segmente beachtet. Da die Hardware (Prozessor) auf eine solche Verwaltung nicht ausgelegt ist, müssen alle Manipulationen von einer Software (Windows-Speicherverwaltung) übernommen werden.
• Im "Standardmodus" verwendet Windows die 80286er-Variante des Protected Mode. Adressen werden in diesem Windows-Modus nicht mehr wie im Realmodus gebildet (Segment:Offset), sondern werden immer über den zusätzlichen Schritt der Deskriptorauswertung durchgeführt. Im Gegensatz zum Protected Mode des 80386 sind 80286-Segmente jedoch auf eine maximale Größe von 64KB beschränkt. Der Vorteil besteht darin, daß einerseits der gesamte physisch vorhandene Speicher (80286, maximal 16 MB) direkt ansprechbar ist und andererseits ein Umherschieben von Segmenten im Speicher (wie es im Realmode-Windows-Modus verwendet wird) durch "einfaches" Ändern von Deskriptoren durchgeführt wird.
• Im "386-Modus", der Verwendung auf 80386 Prozessoren findet, wird zusätzlich die virtuelle Speicherverwaltung (Paging) sowie der V86-Modus aktiviert. Letzterer dient jedoch nur dazu, mehrere DOS-Programme in unterschiedlichen DOS-Fenstern "quasi"-parallel auszuführen. Die Verwendung des Paging-Mechanismus bringt eine erhebliche Erleichterung für die Speicherverwaltung mit sich, da die entsprechenden Prüfungen (Seiten ausgelagert oder physisch vorhanden) vom Prozessor übernommen werden.

Außer dem Paging und dem V86-Modus findet unter Windows 3.x keine der erweiterten Möglichkeiten der 80386-Prozessoren Verwendung. So können 32-Bit breite Register (EAX, EBX, usw.) genauso wenig genutzt werden wie Segmente, die größer als 64 KB sind.

Statt des hardwaremäßigen Multitasking wird ein auf Nachrichten basierendes "kooperatives"-Multitasking eingesetzt. Das heißt, eine Windows-Anwendung muß "von sich aus" die ihr zugewiesene "Prozessorzeit" abgeben. Eine unsauber programmierte oder fehlerhafte Windows-Anwendung kann so zur Blockierung des gesamten Systems führen.