Neuentwicklung des Windows-Startvorgangs

Die Entwicklung von Windows 8

Einblicke in die Arbeit des Windows-Entwicklerteams

Neuentwicklung des Windows-Startvorgangs

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Puh! Wir sind zurück von der BUILD und konzentrieren uns nun auf unseren nächsten Meilenstein. Wir können wirklich sagen, dass wir begeistert davon waren, Windows 8 allen gründlich vorstellen zu können. All unsere Sprecher und die Teilnehmer von Microsoft wissen die positive Aufnahme des Produkts sehr zu schätzen. Wir wissen, dass es sich um ein frühes Stadium und um eine Vorschau für Entwickler handelt, sodass noch viele Fragen bestehen. Wir werden diese in neuen Beiträgen beantworten und uns dabei auf die Windows Developer Preview (WDP) als Grundlage konzentrieren. Sollten Sie diese also noch nicht kennen, betrachten Sie deren Ausführung als eine Voraussetzung für viele Beiträge des Blogs.

Für Bemühungen im Zusammenhang mit dem Startvorgang ernten Sie in der Regel wenig Respekt. Er dauert entweder zu lange, oder die ganze in einen schnellen und reibungslosen Start investierte Arbeit wird gar nicht wahrgenommen, da viele ihren Computer überhaupt nicht hochfahren möchten. Ich erinnere mich an eine Besprechung vor einigen Jahren, in der Bill Gates (sinngemäß) sagte: "Der Startvorgang ist ein einzeiliger Funktionsaufruf, bei dem nur eine Konstante berechnet wird, aber er dauert ewig: fBoot = SystemBoot()“ Gleichzeitig hat es mittlerweile den Anschein, dass alles hochgefahren werden muss: Telefone, Fernsehgeräte, Kabel-TV-Boxen. Sogar die Fernbedienung meines Fernsehers fährt hoch. Beim Entwurf für Windows 8 haben wir zum einen versucht, die Vorteile einiger neuer Technologien zu nutzen, und andererseits einige alte Annahmen noch einmal kritisch hinterfragt, um den Startvorgang vollständig neu zu überdenken. Zudem wollten wir die Benutzerfreundlichkeit und die Eignung für Geräte ohne Tastaturen optimieren. Natürlich haben wir gleichzeitig intensiv daran gearbeitet, die Zahl der Neustarts insgesamt zu verringern. In diesem Beitrag soll es jedoch darum gehen, was beim Start geschieht. Dieser Beitrag stammt von Billie Sue Chafins. Sie ist eine Programmmanagerin mit langjähriger Erfahrung und hat sich lange Zeit mit dem Design der Benutzeroberfläche beschäftigt. Bei dieser Version half sie uns bei der Konzentration auf den Startvorgang (und natürlich beim Freigabevertrag für Metro-Anwendungen, über den Sie hier im Rahmen der BUILD mehr erfahren können).
– Steven

Angesichts der fortlaufenden Innovationen im Bereich der Hardwaresysteme, der umfassendsten Firmwareumstellung in 30 Jahren und der Softwareveränderungen, die auf Computern mit Festkörperlaufwerken (Solite-State Drives, SSD) zu Startzeiten von etwa sieben Sekunden führten, beschlossen wir, dass der Startvorgang von Computern nun endlich im 21. Jahrhundert ankommen muss. In einem früheren Beitrag von Gabe Aul haben wir darüber gesprochen, in wie weit ein schneller Startmodus in Windows 8 zu verbesserten Startzeiten führen kann. Vielleicht erinnern Sie sich, dass in seinem Schnellstartvideo ein veränderter Startvorgang vorgestellt wurde, der nicht nur in Windeseile, sondern auch vom Einschalten bis zum Startbildschirm völlig reibungslos verlief. In diesem Beitrag wollen wir darstellen, wie das Team den gesamten Windows-Startvorgang neu überdacht hat, um dies zu ermöglichen.

Wenn Sie an das Hochfahren eines derzeit herkömmlichen Computers denken, sehen Sie, wenn der Computer in die Selbsttestphase (Power-On Self Test, POST) des Startvorgangs wechselt, in der Regel zunächst einige Konsolenfenster aufblitzen, die stark an die frühen 80er-Jahre erinnern. Einige Sekunden später wird die Darstellung vom BIOS (Basic Input/Output System) an Windows übergeben, und es wird eine grafische Animation angezeigt, bevor Sie schließlich bei der Benutzeroberfläche für die Anmeldung landen. Dieser Vorgang dauert unter Windows 7 derzeit etwa eine Minute. Nun stellen Sie sich vor, wie all das in etwa sieben Sekunden auf Ihrem Bildschirm vorbei fliegt – eine Menge Übergänge in kürzester Zeit!

Drei Bildschirme von links nach rechts: Die POST-Phase des Starts mit weißem Text auf schwarzem Grund, das beim Systemstart angezeigte Windows-Logo und das Windows 8-Hintergrundbild mit der Meldung "Bitte warten…"

Nachdem wir erkannt hatten, wie schnell der Startvorgang in Windows 8 erfolgen würde, war es klar, dass nun auch der Rest reibungslos, ansprechend und mit einer Qualität zu erfolgen hatte, wie wir sie von der Unterhaltungselektronik her kennen.

Windows 8 wird zu einer Zeit auf den Markt kommen, in der Touch-First-Geräte, z. B. im Tablet-Format, immer größere Verbreitung finden. Daher müssen wir für einen Startvorgang sorgen, der für Touchscreen-Geräte entwickelt wurde, jedoch genauso gut für Maus und Tastatur funktioniert. Uns war von Anfang an klar, dass wir unmöglich allen erklären konnten, dass sie sich eine Tastatur kaufen müssen, um den Computer einzurichten oder um die Windows-Wiederherstellungsumgebung (Windows RE) zu verwenden, wenn der Computer nicht gestartet werden kann.

Außerdem wird Windows 8 zu einer Zeit auf den Markt kommen, in der die Branche auf allen neuen Clientsystemen von BIOS auf das Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) umstellt. Die veraltete BIOS-Schnittstelle wird weiter unterstützt, UEFI-Computer werden jedoch über deutlich umfassendere Möglichkeiten verfügen. So können UEFI-Systeme beispielsweise mithilfe des GOP-Treibers (Graphic Output Protocol) eindrucksvolle Grafik mit systemeigener Auflösung anzeigen. Zudem kann das Betriebssystem mithilfe von UEFI über die Standardmethode mit der Startfirmware kommunizieren. Dies wird durch die Verwendung von Standards in UEFI und der TCG (Trusted Computing Group) erheblich unterstützt. Dadurch werden Features wie der sichere Start ermöglicht, bei dem das Betriebssystem und die Firmware beim Erstellen eines sicheren Übergangsmechanismus zusammenarbeiten. Zudem wird ab dem Drücken des Netzschalters eine überganglose Oberfläche geboten – eine von zwei unterschiedlichen Komponenten geschaffene Oberfläche.

Letztlich wurde der Startvorgang noch nie auf Vordermann gebracht. Die BIOS-Menüs sind vor beinahe 30 Jahren stehen geblieben, während die Betriebssysteme und die Hardware in logarithmischem Tempo weiterentwickelt wurden. Im Laufe der verschiedenen Windows-Versionen wurden viele Features für die Vor-Betriebssystemumgebung eingeführt, die jeweils über unterschiedliche Möglichkeiten und Begrenzungen verfügten. So wirken beispielsweise die im Folgenden abgebildeten Menüs des Start-Managers für die Betriebssystemauswahl und die erweiterten Startoptionen aufgrund der fehlenden Grafikfunktionen, als stammten sie aus der MS-DOS-Ära:

Menü "Erweiterte Startoptionen" im Start-Manager mit den Optionen zum Reparieren des Computers, zum Starten im abgesicherten Modus usw.

Aufgrund der fehlenden Designunterstützung in Windows RE bieten die mit Standardsteuerelementen erstellten Oberflächen ein Erscheinungsbild wie in der Windows 9x/2000-Ära:

Menü "Erweiterte Startoptionen" im Start-Manager mit den Optionen zum Reparieren des Computers, zum Starten im abgesicherten Modus usw.

Der Start ist ein äußerst präsenter Teil des Systems. Die Benutzer sehen ihn durchschnittlich ein- bis zweimal am Tag. Das ist bereits zu viel, in diesem Beitrag soll es jedoch nicht um die Abschaffung der Neustarts gehen. Es ist klar, dass diese Statistik sich ändern wird, wenn Tablets und dauerhaft eingeschaltete Geräte eine größere Verbreitung finden. Solange jedoch nach wie vor gestartet werden muss, sollte dies schnell und flüssig erfolgen. Das Starten eines Computers sollte für normale Verbraucher zugänglich sein, jedoch auch die gewohnte Leistung von Windows für erfahrene Benutzer bieten, die in der Vor-Betriebssystemumgebung Einstellungen konfigurieren möchten. Wie Sie sich vorstellen können, war das Erreichen all dieser Ziele eine Herausforderung und mitunter eine Gratwanderung.

Flüssiges Setup und erstes Starten unter Windows 8

Was würde sich besser für diese Überlegungen zum Startvorgang eignen als die Setup-Benutzeroberfläche von Windows 8? Dies war eine der ersten Stellen, an denen wir eine ansprechende Touch-First-Umgebung schaffen wollten. Der gesamte Setupvorgang, einschließlich der Eingabe des Produktschlüssels, des Beitretens zu einem drahtlosen Netzwerk und des Einrichtens eines Standardkontos, kann über die Bildschirmtastatur erfolgen.

Wenn Sie sich einen neuen Computer kaufen, auf dem Windows 8 vorinstalliert ist, werden Sie möglicherweise beim erstmaligen Starten der "Spezialisieren"-Phase des Setups begegnen. An dieser Stelle werden die computerspezifischen Informationen und Treiber im System installiert. Bislang wurden hierfür etliche Bildschirme angezeigt, die sich optisch von den anderen Phasen des Setups unterschieden. Nun ist die Darstellung einheitlich, von POST über das Starten bis hin zum Setup.

Jedes Mal ein einheitlicher Start

Der Startvorgang von Windows 8 entspricht der Charakteristik von Windows. Er erfolgt stets schnell, flüssig, einheitlich und ansprechend. Indem die Möglichkeiten von UEFI genutzt werden und eine Zusammenarbeit mit der Umgebung erfolgt, möchten wir unser Ziel erreichen, beim Start des Computers von der POST-Phase bis hin zur Anmeldeoberfläche von Windows das Logo des Herstellers anzuzeigen. Das Logo sollte ansprechend gestaltet sein und der Marke entsprechen, der Sie beim Kauf des Computers vertraut haben. Das Logo wird in der POST-Phase von der Firmware dargestellt, bei der Übernahme durch den Windows-Start beibehalten und auch während des Starts des Betriebssystems weiter angezeigt. Hierbei überbrücken wir letztlich zwei Phasen (Firmware + Betriebssystem), um wie im Folgenden eine einheitliche Anzeige zu ermöglichen:

Das Samsung-Logo wird beim Einschalten des Computers angezeigt.

Erweiterte Funktionen

Wir wissen, dass einige von Ihnen gerne den Computer anpassen, indem Sie die Betriebssystemeinstellungen ändern, von einem physischen Gerät starten oder eine Startproblembehandlung in Windows RE durchführen. Sie erhalten nicht nur bei jedem Start eine flüssige Anzeige, sondern auch dann eine ansprechende Touch-First-Umgebung, wenn Sie gerne einmal hinter die Kulissen schauen.

Nach einer gründlichen Bestandsaufnahme der verfügbaren erweiterten Features haben wir eine Oberfläche mit einer konsolidierten Anzeige der Funktionen erstellt, die Sie vor dem Zugriff auf das Betriebssystem möglicherweise verwenden möchten. Anders als in früheren Windows-Versionen kann auf die erweiterten Startoptionen in Windows 8 einfacher zugegriffen werden. Zudem bieten sie einfache Navigation und ein harmonisches Erscheinungsbild.


Laden Sie dieses Video herunter, und spielen Sie es in einem geeigneten Media-Player ab:
MP4 in hoher Qualität | MP4 in niedriger Qualität

Im voranstehenden Video finden Sie eine vollständige Demo. Ich möchte Ihre Aufmerksamkeit jetzt jedoch auf einige Szenarien richten.

Dual Boot-PCs

Nehmen wir an, Sie haben auf Ihrem Computer mehrere Kopien oder Versionen von Windows installiert. In Windows 8 wird Ihnen eine intuitive Hi-Fi-Touchscreen-Benutzeroberfläche angezeigt, auf der Sie mit einer Berührung (oder per Mausklick oder Tabstopptastennavigation) auswählen können, welches Betriebssystem gestartet werden soll.

Fenster für die Dual Boot-Optionen in Windows 8: Symbol 1 für "Betriebssystem auswählen": Windows 8. Symbol 2: Windows 7; Link zum Ändern der Standardeinstellungen oder Auswählen anderer Optionen

Es gibt viele Gründe, Ihr Standardbetriebssystem oder das Countdownfenster vor dem Starten des Standardbetriebssystems zu ändern. Derartige Änderungen sind derzeit mühsam, da Sie den Speicher mit den Startkonfigurationsdaten (Boot Configuration Data, BCD) bearbeiten müssen. Wir waren der Meinung, dass diese Funktion wichtig genug ist, um sie in die Benutzeroberfläche für das Starten mit einem Dual Boot-Setup einzubeziehen. Anstatt sich bcdedit-Befehle merken oder Einstellungen in msconfig ändern zu müssen, können Sie nun (obwohl beide genannten Optionen nach wie vor vorhanden sind) die Standardbetriebssystems- und Timereinstellungen einfach über die Startbenutzeroberfläche ändern.

Fenster mit Hauptüberschrift: Änderungsoptionen. Option 1: Timer ändern. Option 2: Standardbetriebssystem auswählen. Option 3 Andere Optionen auswählen, Reparaturtools, auf einem anderen Gerät starten und weitere Optionen.

Bildschirm mit dem Text: "Standardbetriebssystem auswählen. Das aktuelle Standardbetriebssystem ist Windows 8." Option 1: "Windows 8" Option 2: "Windows 7"

Problembehandlung in Windows RE

Gehen wir nun davon aus, dass Sie in Windows RE starten müssen, um ein Startproblem zu beheben oder um Windows auf einen früheren Wiederherstellungspunkt zurückzusetzen. Selbst für solch erweiterte Funktionen (die, wenn überhaupt, nur selten verwenden) wollten wir sicherstellen, dass sie konsistent sind und über den Touchscreen bedient werden können.

Bildschirm für erweiterte Optionen. Option 1: Systemwiederherstellung. Option 2: Systemabbild-Wiederherstellung. Option 3 Automatische Reparatur. Option 4: Eingabeaufforderung

Um zu verdeutlichen, wie intensiv wir über diese Punkte nachgedacht haben, gehen wir nun davon aus, dass Sie ein Eingabeaufforderungsfenster in Windows RE öffnen müssen (z. B. um die Zugriffssteuerungslisten (Access Control Lists, ACLs) einiger Dateien zu prüfen). Bei Bedarf steht Ihnen nun sogar für die Eingabeaufforderung in Windows RE die Bildschirmtastatur zur Verfügung. (Stellen Sie sich die Reparatur eines Geräts ohne Tastatur vor!)

Das Eingabeaufforderungsfenster mit der Bildschirmtastatur.

Starten auf einem Gerät

Wir wissen, dass viele Benutzer auf Geräten starten, z. B. startbaren USB-Sticks. Derzeit müssen Sie hierfür auf das BIOS-Startoptionsmenü zugreifen, dass sich je nach Hardware-/Firmwareanbieter über verschiedene Funktionstasten aufrufen lässt. Bei UEFI-Firmware jedoch kann das Betriebssystem die Firmware aufrufen, um die BIOS-Startoptionen aufzulisten. Daher sind die bislang nur in den BIOS-Menüs vorhandenen erweiterten Startoptionen nun auch neben den Windows-Funktionen verfügbar.

Bildschirm mit der Hauptüberschrift: "Gerät verwenden" und einer Option: UEFI: SanDisk

Wie bereits angeführt, haben wir eine gründliche Bestandsaufnahme aller Systemfunktionen durchgeführt und uns überlegt, wie diese in eine einheitliche Windows-Computerumgebung integriert werden können. Nichts entging unserer Inventur, nicht einmal der gefürchtete "BSOD"! Leider können auch weiterhin Hardwarefehler auftreten, daher konnten wir die Welt nicht vollständig vom "BSOD" befreien. Hierbei handelte es sich um eine interessante Gratwanderung, bei der wir in verschiedenen Entwurfsschritte ermittelten, wie viele Informationen angezeigt werden sollen. Wir wollten den Anforderungen der Poweruser (die ihren eigenen Computer oder den eines Familienmitglieds betreuen) genauso gerecht werden, wie den Verbrauchern, die wenig Nutzen aus den Informationen ziehen. Eines werden Sie feststellen: Trotz aller Änderungen ist er blau geblieben! :-)

Ein Bluescreen mit dem Text: :( Auf Ihrem Computer ist ein Problem aufgetreten, dass einen Neustart erfordert. Sie können online nach dem Fehler suchen: NICHT BEHANDELTE SYSTEMTHREADAUSNAHME (pci.sys) – Der Neustart erfolgt in: 1 Sekunde

Wir hoffen, Sie sind ebenso davon begeistert wie wir, dass dem Startvorgang die Aufmerksamkeit zuteil wurde, die er verdient. Wir erwarten viele Fragen zu der geleisteten Arbeit und freuen uns auf die weitere Diskussion.

Vielen Dank

Billie Sue

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