Microsoft Windows

Grundidee und Verbreitung

Microsoft Windows ist eine Reihe proprietärer grafischer Betriebssystemfamilien von Microsoft. Die Lizenz ist die Microsoft EULA; die Erstveröffentlichung war am 20. November 1985, die aktuelle Version ist Windows 11. Windows wird in C, C++ und Assembler programmiert und läuft heute auf IA-32, x64 und ARM64; historisch wurden auch 16-Bit-x86, MIPS, Alpha, PPC, IA-64 und ARM32 unterstützt.

Die grafische Bedienung folgt dem WIMP-Paradigma: Window, Icon, Menu, Pointing-Device, also Fenster, Symbole, Menüs und Zeigegerät. Windows dient als Plattform für Programme und Computerspiele. Programme können oft auch unter neueren, seltener unter älteren Windows-Versionen laufen, ohne dass Microsoft oder der Hersteller dies garantiert; Updates oder Patches können Kompatibilität herstellen.

Windows ist vor allem auf Personal Computern, Workstations und Servern verbreitet, außerdem in Smartphones, PDAs und eingebetteten Geräten wie Messgeräten, Kassensystemen oder in Kraftfahrzeugen. Windows CE wird in eingebetteten Geräten eingesetzt; es ist außerdem Betriebssystem aller Generationen der Xbox-Konsolen. Die genannten Marktanteile beziehen sich auf unterschiedliche Zeitpunkte und Gruppen: Kevin Turner nannte 2014 für alle Windows-Varianten 14 %, Windows 10 lag im Oktober 2020 auf allen Computern bei 62,16 %.

DOS-basierte Produktlinien

Das ursprüngliche Windows war eine grafische Erweiterung für DOS-PCs, besonders MS-DOS und PC DOS. Die 16-Bit-Linie nutzte DOS für Systemzugriffe; zwischen Windows-Programmen gab es nur kooperatives Multitasking. Dabei geben Programme die Rechenzeit freiwillig ab. Windows for Workgroups brachte integrierte Netzwerkfähigkeit.

Windows 1.0 erschien am 20. November 1985, Windows 2.0 am 9. Dezember 1987, Windows 3.0 am 22. Mai 1990 und Windows 3.1 am 1. März 1992. Windows 1.0 kostete 99 US-$, war wegen kaum vorhandener Anwendungen aber kein großer Erfolg. Windows 3.1 war die erste kommerziell erfolgreiche Windows-Version; in den ersten zwei Monaten wurden etwa 3 Millionen Lizenzen verkauft. Windows for Workgroups 3.1 erschien im Oktober 1992 als erstes netzwerkfähiges Windows. Nach Installation eines TCP/IP-Stacks unterstützte Windows for Workgroups 3.11 das Internetprotokoll. Win32s lieferte unter Windows 3.1x einen Teil der Win32-API, sodass einige für Windows NT entwickelte Programme liefen.

Die spätere Windows-9x-Linie umfasst Windows 95, Windows 98 und Windows Me. Sie basiert weiterhin auf MS-DOS, hat aber einen eigenen 32-Bit-Kernel, der Systemzugriffe nach dem Start über VxDs, virtuelle Gerätetreiber, steuert. Sie nutzte die Programmierschnittstelle Win32-API. Für 32-Bit-Programme bietet sie präemptives Multitasking, bei dem das System Rechenzeit zuteilt, und getrennte virtuelle Adressräume. Für 16-Bit-Programme aus Windows 3.x blieb kooperatives Multitasking erhalten. Der Speicherschutz war jedoch wegen der Kompatibilität zu Programmen mit direktem Hardwarezugriff nicht konsequent; dies war eine häufige Ursache für Bluescreens.

Windows 95 erschien am 15. August 1995 und machte lange Dateinamen durch VFAT möglich. Die Varianten Windows 95b und 95c ergänzten USB und FAT32 für Festplatten über 2 Gigabyte. Windows 98 erschien am 30. Juni 1998 mit Internet Explorer 4.0 und Multimedia-Erweiterungen; Windows 98 SE vom 5. Mai 1999 brachte unter anderem Internet Explorer 5 sowie Verbesserungen für Multimedia und USB. Windows Me erschien am 14. September 2000 als letztes DOS-basiertes Windows, mit Systemwiederherstellung und System File Protection, die das Löschen von Systemdateien unterbindet.

NT-Linie und aktuelle Desktop-Systeme

Parallel zur DOS-Linie entwickelte Microsoft ab 1988 unter David N. Cutler Windows NT, das auf Konzepten von VMS beruht. NT besitzt einen neuen Kernel; die Abkürzung NT stand ursprünglich für den Emulator N-Ten (N10), nicht für „New Technology“. Anders als die DOS-Linie ist NT für mehrere Prozessorarchitekturen konzipiert, verwendet präemptives Multitasking mit Speicherschutz und verhindert direkte Hardwarezugriffe von Programmen durch ein striktes Schichtenmodell.

DOS-Programme werden auf IA-32, MIPS, PowerPC und Alpha emuliert, sofern sie keinen direkten Hardwarezugriff benötigen. Auf x64, IA-64 und Arm fehlen der MS-DOS-Emulator und die Unterstützung für 16-Bit-Windows-Programme. Die ersten NT-Versionen unterstützten IA-32, MIPS und Alpha, ab NT 3.51 auch PowerPC. Windows 2000 unterstützte nur noch IA-32. Mit Windows XP kamen x64 und IA-64 hinzu; Windows RT unterstützte Arm. Seit Windows 8 beziehungsweise Windows Server 2012 unterstützt Microsoft nur noch x86 und Arm; ab Windows Server 2012 R2 und Windows 11 wird nur noch 64-Bit-x86, also x64, unterstützt.

Windows NT 3.1 erschien am 26. Juli 1993 in Workstation- und Servervarianten. Es folgten NT 3.5 im September 1994, NT 3.51 im Juni 1995 und NT 4.0 am 29. August 1996, dessen Oberfläche weitgehend Windows 95 entsprach. Windows 2000 erschien am 17. Februar 2000 als NT 5.0 und brachte unter anderem Active Directory in den Servervarianten.

Windows XP erschien am 25. Oktober 2001 als NT 5.1. Es vereinte erstmals die frühere Heimanwenderlinie und die für Unternehmen eingesetzte NT-Linie und war bis dahin das meistverkaufte Windows. XP führte die Produktaktivierung ein. Damit war die Ablösung der technisch schwächeren DOS-basierten Systeme durch die NT-Linie abgeschlossen.

Weitere zentrale Versionen sind Windows Vista und Windows Server 2008 mit NT 6.0, Windows 7 und Server 2008 R2 ab dem 22. Oktober 2009, Windows 8 am 26. Oktober 2012, Windows 10 am 29. Juli 2015 sowie Windows 11 am 4. Oktober 2021. Windows 8 setzte auffällig auf eine kachelbasierte Oberfläche für Touchscreens. Windows 10 passte seine Oberfläche an Displaygröße und Gerätezweck an und brachte das Startmenü zurück. Windows 11 unterstützt auch Android-Apps; sein Startmenü ist standardmäßig mittig in der Taskleiste angeordnet. Windows on ARM ist eine vollständige Windows-11-Version für Arm und kann mit eingebauten Übersetzungsfunktionen die meisten für x86 und x64 geschriebenen Windows-Programme ausführen.

Mobile Geräte und Server

Die CE-Linie ist eine eigene Produktlinie für mobile Geräte wie Pocket PCs, Smartphones und PDAs. Windows CE 1.0 erschien im November 1996, CE 3.0 am 30. Juli 2000, Windows Embedded CE 6.0 am 1. November 2006, Windows Embedded Compact 7 am 1. März 2011 und Windows Embedded Compact 2013 im Juni 2013. Windows CE 5.1 war Bestandteil von Windows Mobile 5 und CE 5.2 Bestandteil von Windows Mobile 6; beide waren nicht separat erhältlich.

Zu Windows Mobile gehören Windows Mobile 2003, 5.0, 6.0, 6.1 und 6.5. Die Ausgaben Classic richteten sich an PDAs, Professional an PDAs mit Telefonie und Standard an Smartphones. Windows Phone 7 war seit dem 21. Oktober 2010 erhältlich. Windows Phone 8 gehört wegen seines Windows-NT-Kernels nicht mehr zur CE-, sondern zur NT-Linie.

Windows Server ist die speziell für Server bestimmte NT-Linie. Gegenüber regulärem Windows bietet sie Serverdienste wie Active Directory, DNS und DHCP. Zu den Hauptversionen zählen Windows NT 3.1 Advanced Server, Windows 2000 Server, Windows Server 2003, 2008, 2008 R2, 2012, 2012 R2, 2016, 2019, 2022 und 2025.

Windows als Plattform und Softwareumgebung

Windows soll durch seine weite Verbreitung und Unterstützung verschiedenster PC-Hardware eine möglichst binärkompatible Plattform schaffen. Binärkompatibilität bedeutet hier, dass bereits übersetzte Anwendungsprogramme auf unterschiedlichen passenden Systemen laufen können. Grundlage ist die Win32-API mit Erweiterungen: Sie ermöglicht Anwendungen einen einheitlichen Zugriff auf Ressourcen, die das Betriebssystem trotz unterschiedlicher Hardware verwaltet.

Die Abwärtskompatibilität hatte bei Windows lange höchste Priorität. Ältere Programme funktionieren grundsätzlich auch auf neueren Versionen; dazu baut Microsoft anwendungsspezifische Workarounds, sogenannte Shims, in neue Versionen ein. Das erlaubt die weitere Nutzung gewohnter Software, kann aber zu einem Lock-in-Effekt führen: Ein Wechsel des Betriebssystems wird durch mangelnde Interoperabilität unattraktiv.

Windows unterstützt für seine Plattform und sein ABI, also die binäre Schnittstelle zwischen Programm und Betriebssystem, entwickelte Programme nativ und mit Echtzeitgeschwindigkeit. Software auf Basis von .NET, .NET Framework, WinRT, UWP oder Java kann zuvor durch eine Laufzeitumgebung übersetzt oder interpretiert werden. Abstraktionsschichten bis hin zu virtuellen Maschinen ermöglichen außerdem den Betrieb von MS-DOS-, OS/2- oder Linux-Programmen. In 64-Bit-Versionen ab Windows Vista müssen Kernelmodus-Gerätetreiber von Microsoft digital signiert sein; dieser Vorgang ist für Hersteller kostenpflichtig.

Windows wird häufig mit vorinstallierter OEM-Software verkauft. Lizenzschlüssel können im UEFI des PCs gespeichert sein; bei einer Internetverbindung authentifiziert sich das Betriebssystem gegenüber Microsoft. Hersteller installieren teils zusätzliche Shareware, Adware oder eingeschränkte Programme. Neben kommerzieller proprietärer Software gibt es den Microsoft Store als Online-Vertriebskanal. Einige mit Windows 10 und 11 gelieferte Programme wie Rechner, Uhr, Terminal und Editor stellt Microsoft inzwischen unter einer Open-Source-Lizenz auf GitHub bereit.

Sicherheit und mitgelieferte Anwendungen

Microsoft unterschätzte bei der Entwicklung von Windows NT zunächst die Bedeutung der Internetsicherheit. Bis Windows Server 2003 waren Sicherheitsoptionen standardmäßig deaktiviert und angreifbare Dienste aktiviert. Counterpane Internet Security berichtete im Juni 2005 von mehr als 1000 neuen Viren und Würmern für Windows-Systeme innerhalb von sechs Monaten. Eine Studie von Kevin Mitnick und Avantgarde aus dem Jahr 2004 kam zu dem Ergebnis, dass eine ungepatchte, direkt mit dem Internet verbundene Installation von Windows XP mit Service Pack 1 bereits nach vier Minuten infiziert wurde. Als Ursachen nennt der Artikel unter anderem die fehlende Firewall und eine Sicherheitslücke im Windows-RPC-Dienst. Seit Windows XP Service Pack 2 ist eine Firewall integriert und standardmäßig aktiv.

Mit Windows 2000 führte Microsoft automatische Updates ein; Sicherheitspatches werden gewöhnlich monatlich am Patchday über Windows Update verteilt. Nach dem Computerwurm W32.Blaster von 2003 erhielt die Internetsicherheit bei Windows Vista einen zentralen Stellenwert. Microsoft führte unter anderem die Benutzerkontensteuerung ein, die mehr Sicherheit, aber auch Einschränkungen beim Bedienkomfort bringt. Laut Microsoft wurden bei Vista weniger Sicherheitslücken aktiv ausgenutzt und das System seltener von Schadsoftware befallen als Windows XP. Laut einer bei Black Hat 2011 präsentierten Studie von iSec war Windows 7 sicherer als Mac OS X 10.7 „Lion“; wegen weiterentwickelter Schutzmaßnahmen zielen Angreifer verstärkt auf Schwachstellen in Drittprogrammen.

Microsoft bündelte auch Anwendungen wie Internet Explorer, Windows Media Player und Windows-Explorer eng mit Windows. Dies war Gegenstand von Rechtsstreitigkeiten und kartellrechtlichen Verfahren, weil Konkurrenten darin einen ungerechtfertigten Wettbewerbsvorteil sahen. Mit Windows XP und Service Pack 3 für Windows 2000 konnte das Betriebssystem an alternative Programme gekoppelt werden; inzwischen lassen sich Standardverknüpfungen zentral festlegen. Bei einer Kryptografie-Kontroverse wurde ein zweiter öffentlicher Schlüssel namens _NSAKEY entdeckt. Spekulationen über einen Bezug zur NSA wies Microsoft zurück. Ein dritter, in einer Beta von Windows 2000 entdeckter Schlüssel sollte laut Microsoft Cryptographic Service Provider zu Testzwecken signieren.