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Windows-Patch 2823324 fehlerhaft

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Das mit dem April Patchday veröffentlichte Sicherheitsupdate KB2823324 (MS13-036) sollte eigentlich eine Sicherheitslücke im Windows Kernelmodus Dateisystemtreiber „NTFS.sys“ beheben. Nun scheint es aber, dass genau dieses Update dafür verantwortlich ist, dass sich Windows 7, Windows 2008 und Windows Vista Rechner vereinzelt nicht mehr starten lassen.

Wie Dustin Childs, Group Manager von Microsoft Trustworthy Computing, nun im hauseigenen Blog bekannt gab, wurde das Sicherheitsupdate inzwischen als Vorsichtsmaßname vorläufig zurückgezogen. Außerdem empfiehlt Microsoft das Update sicherheitshalber zu deinstallieren, falls es bereits installiert wurde.

4GB RAM wird nicht komplett genutzt

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Nicht zuletzt aufgrund der drastisch gesunkenen Speicherpreise werden immer mehr Rechner mit mehr als 2 GB, oder gar noch mehr, Arbeitsspeicher ausgerüstet. Spätestens wenn es in Richtung der 4 GB geht, taucht dann eben immer wieder die Frage auf, warum die 4 GB nicht komplett angezeigt, bzw. genutzt werden.

Grundsätzlich muss man hier schon einmal zwischen einem 32-Bit und einem 64-Bit Betriebssystem unterscheiden. Außerdem muss man noch zwischen Anwendungen und Betriebssystem unterscheiden. Einer einzelnen Anwendung kann unter einem 32-Bit Betriebssystem maximal 2 GB an Arbeitsspeicher zugewiesen werden. Die restlichen 2 GB sind für den Betriebssystem-Kernel reserviert. Unter einem 64-Bit Betriebssystem sind es maximal 4 GB für eine einzelne Anwendung. Viel entscheidender ist jedoch die Tatsache, wie viel Arbeitsspeicher das Betriebssystem überhaupt verwalten kann, und da sind es bei einem 32-Bit Betriebssystem eben die ominösen 4GB.

Wie kommen aber diese 4 GB zustande?
Jede Speicherzelle im Arbeitsspeicher kann zwei Zustände annehmen. Nämlich 0 und 1. Bei einem 32-Bit Prozessor ist der Adressbus 32-Bit breit, es können also 32-Bit adressiert werden, die eben die Zustände 0 und 1 annehmen können.

Also:
2^32 Bit = 4294967276 Bit
/1024 = 4194304 KB
/1024 = 4096 MB

Es werden auch die kompletten 4 GB genutzt, zur freien Verfügung stehen aber weniger.

Klingt verwirrend, ist aber eigentlich ganz einfach erklärt. Das BIOS reserviert unterhalb der 4 GB Grenze einen Teil des Adressraums für die verschiedene System Hardware (BIOS incl. ACPI und Legacy Video Support, PCI Bus und PCI Express Unterstützung).
Ganz konkret fällt so unter anderem also erst einmal ein Adressbereich weg, der genau so groß ist wie der Arbeitsspeicher der Grafikkarte. Man spricht hier auch von GART (Graphics Address Remapping Table). Bei einer Grafikkarte mit 512 MB Arbeitsspeicher stehen von den 4 GB adressierbarem RAM also gleich einmal nur noch 3,5 GB zur Verfügung. Davon fällt dann auch noch die „AGP Aperture Size“ weg. Dabei handelt es sich um einen vom BIOS reservierten Adressbereich, über den die Grafikkarte via AGP auf zusätzlichen Hauptspeicher zugreift, um z.B. Texturen der Grafikkarte auszulagern. Bei einer AGP Aperture Size von 256 MB und den 512 MB der Grafikkarte stehen dann also nur noch 3,25 GB zur freien Verfügung. Davon können dann noch ein paar Bytes für andere System-I/O`s wegfallen.

Interessant ist, dass alle x86-Prozessoren, welche die No-Execute-(NX-) Markierung von Speicherbereichen unterstützen eigentlich dafür sorgen, dass Windows ab XP SP2 in den 32-Bit Varianten mehr als 4 GB adressieren könnten. Sobald ein Prozessor eingesetzt wird, der die NX-Markierung von Speicherbereichen unterstützt, aktiviert Windows das PEA-Adressierungsschema. Im Betriebssystem erkennt man dies, wenn in der Systemsteuerung unter SYSTEM ein Hinweis aus „Physikalische Adresserweiterung“ zu finden ist.

Windows benutzt dieses Feature allerdings leider nicht zu seinem ursprünglichen Zweck um mehr als 2^32-Byte RAM anzusprechen. Windows verwendet das PAE-Adressierungsverfahren ausschließlich um damit Adressblöcke als NX-Bereiche zu markieren. Die Funktion mit dem Namen „Datenausführungsverhinderung“ (Data Execution Prevention, DEP) sorgt dafür, dass der Prozessor keine Daten ausführt, die er aus der NX-geschützten Speicherbereichen lädt.

Aus Kompatibilitätsgründen hat Microsoft den maximal adressierbaren Arbeitsspeicher aber trotz allem auf 3,12 GB begrenzt. Details hierzu unter DIESEM LINK. PAE ist auf zu viele Faktoren angewiesen, die erfüllt sein müssen, als das Microsoft von einem stabilen Betrieb ausgehen mag. CPU, Chipsatz, Treiber und Anwendungsprogramme müssten allesamt PAE unterstützen. Außerdem müssten das Mainboard BIOS per Memory Remapping die von AGP-, PCI- oder PCI-Express blockierten Adressen des Hauptspeichers in den Bereich oberhalb von 2^32 verschieben. Viele ältere Mainboard unterstützen dieses Remapping allerdings nicht.

Bei einem 64-Bit Betriebssystem können rechnerisch 2^64 Bit adressiert werden, also 16 EB (Exabyte). In der Praxis kann Vista in der 64-Bit Version aufgrund anderer Limitationen maximal 128 GB adressieren.

Ganz interessant ist übrigens, dass Windows 7 und auch Windows 8 zumindest theoretisch die kompletten 4 GB RAM verwalten könnte, Microsoft dies aber nach wie vor unterbindet. Begründet wird dies mit der Tatsache, dass nach wie vor nicht alle Hardware Hersteller dafür sorgen, dass ihre Hardware mit RAM Größten von 4 GB und mehr zurechtkommt.

Die 64-Bit Technologie

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Was bedeutet 64-Bit

Vereinfacht ausgedrückt bedeutet 64-Bit, dass der Prozessor im Vergleich zu 32-Bit dank eines doppelt so breiten Adress- und Datenbus 64 Bit gleichzeitig bzw. während eines Taktzyklus verarbeiten kann. Somit also die gleichen Aufgaben doppelt so schnell wie ein Prozessor der 32-Bit Architektur abarbeiten kann.

Um dies an einem praktischen Beispiel zu verdeutlichen stellen wir uns eine zwei Meter breite Straße vor, auf der ein LKW Waren transportiert. Haben wir nun eine vier Meter breite Straße, können wir einen doppelt so breiten LKW benutzen und theoretisch in der gleichen Zeit doppelt so viele Waren transportieren kann. So weit so gut. In der Praxis fahren auf der vier Meter breiten Straße aber auch PKW`s, die von der Verbreiterung nicht profitieren. So ist es auch zu erklären, warum in der EDV nur für 64-Bit optimierte Anwendungen auch wirklich einen Profit aus der 64-Bit Architektur ziehen können.

Neben der Geschwindigkeitssteigerung gibt es noch einen weiteren Vorteil der 64-Bit Technik. Es kann ein deutlich größerer Adressraum adressiert werden. Anstatt 232 = 4 GB können nun 264 = 16 Milliarden GB also 16 EB (ExaByte) adressiert werden.

 

Wer profitiert von 64-Bit

Theoretisch könnte ein 64-Bit Betriebssystem also doppelt so schnell wie das gleiche 32-Bit Betriebssystem arbeiten. In der Praxis wird dies aber niemals der Fall sein, da z.B. 2*2 auch dank 64-Bit nicht schneller berechnet werden kann (siehe LKW und PKW Vergleich weiter oben).

Es kommt also auf die Anwendungen (oder im oberen Beispiel die Fahrzeuge) an, wie gut sie die 64-Bit (bzw. die doppelt so breite Straße) ausnutzen. Besonders rechenintensive Anwendungen wie Verschlüsselungsalgorithmen, grafischen Berechnungen (Festkommaarithmetik für Computerspiele, Fraktalprogramme, Raytracing) oder Arbeiten mit Multimediaformaten (Umwandlung, Codierung) können in einer entsprechend optimierten 64 Bit-Variante deutlich schneller ablaufen.

Für andere Anwendungen wie Email, Browser oder Textverarbeitung liegt der Geschwindigkeitszuwachs allerdings im kaum messbaren Bereich.

 

Vorteile von 64-Bit

Ein Vorteil ist die weiter oben schon angesprochene Verdoppelung der Adressbreite und der deutlich größere Adressraum, weshalb nun theoretisch bis zu 16 EB RAM adressiert werden können. Windows 7 kann in der Praxis bis zu 128 GB an Arbeitsspeicher benutzen.

Hinzu kommt die Benutzung der sogenannten „Kernel Patch Protection“, die nur in der 64-Bit Version von Windows enthalten ist. Sie soll verhindern, dass Programmcode von Anwendungen den Kernel des Betriebssystems verändern, was in erster Linie ein Schutz gegen Rootkits sein soll. Ein weiteres Sicherheitsfeature, welches nur in der 64-Bit Version von Windows vorhanden ist, ist die Tatsache, dass alle Treiber digital signiert sein müssen um die Herkunft zweifelsfrei sicher zu stellen.

 

Nachteile von 64-Bit

Es gibt natürlich auch Nachteile der 64-Bit Technik.
Da alle Adresswerte 64 statt 32-Bit breit sind, verbraucht ihre Speicherung auch doppelt so viel Platz. Beim Transport zwischen Arbeitsspeicher und Prozessor werden somit doppelt so viele Bytes bewegt und es wird natürlich auch doppelt so viel Platz im Cache verbraucht. Ergebnis ist, dass erzeugte Programmdateien in der Regel 25% bis 30% größer als bei der 32-Bit Technik sind, was sich negativ auf die Ausführungsgeschwindigkeit von Anwendungen auswirken kann.

Bei Windows entfällt das auf dem „Virtual 8086 Mode“ basierte 16-Bit-Subsystem vollständig. MS-DOS oder Windows 16-Bit Programme können damit nicht mehr ausgeführt werden.

 

Kompatibilität von Windows 64-Bit Versionen

Dank des WOW64 (Windows in Windows 64) Emulationslayers können die 64-Bit Versionen von Windows sowohl 32-Bit als auch 64-Bit Anwendungen gleichzeitig ausführen. Bei normalen Anwendungen sollte es also keine Probleme geben. Anders sieht es bei sehr Systemnahmen 32-Bit Anwendungen aus, die durchaus Probleme bereiten können. Virenscanner oder Defragmentierungsprogramme sind solche Kandidaten. Anders sieht es bei den Treibern aus. Diese müssen zwingend im 64-Bit Format vorliegen und digital signiert sein. 16-Bit Anwendungen werden nicht mehr unterstützt.

 

Fazit

Gerüchte über mangelnde Verfügbarkeit von 64-Bit Treiber sollte man keinen Glauben schenken sondern selber prüfen, ob es für die eigenen Hardware-Komponenten 64-Bit Treiber gibt. In der Praxis ist die Versorgung nämlich deutlich besser als in manchen Computerforen verbreitet. Außerdem sollten Systemnahe Programme (Virenscanner, Firewall,…) auf 64-Bit Versionen überprüft werden. Wer mehr als 4GB Arbeitsspeicher verwenden möchte, kommt an der 64-Bit Version von Windows nicht vorbei.

Was macht die SVCHOST.EXE?

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Diese Datei taucht als Prozess auf jedem Rechner einige Male im TaskManager in der Liste der laufenden Prozesse auf und sorgt immer mal wieder für Verunsicherung bei den Anwendern, weil auf den ersten Blick nicht ersichtlich ist, für was er eigentlich verantwortlich ist.

Die SVCHOST.EXE gibt es erst ab Windows 2000, sie liegt im System32-Verzeichnis der Windows-Installation und wird beim Systemstart von Windows automatisch als allgemeiner Hostprozess gestartet. Der Prozess durchsucht beim Systemstart die Registry nach Diensten, die beim Systemstart geladen werden müssen. Dienste, die nicht eigenständig lauffähig sind, sondern über Dynamic Link Library (DLL)-Dateien geladen werden, werden mit Hilfe der SVCHOST.EXE geladen.

Auch wenn das System einmal läuft, kommt die SVCHOST.EXE immer dann ins Spiel, wenn Dienste über DLL-Dateien geladen werden müssen. Das Betriebssystem startet SVCHOST-Sessions sobald solche benötigt werden und beendet sich auch wieder, sobald sie nicht mehr gebraucht werden.

Die SVCHOST.EXE ist also so etwas wie ein „Vorarbeiter-Dienst“ oder die Zusammenfassung von Einzel-Diensten, die mit DLL-Dateien ausgeführt werden.
Da unter Windows die unterschiedlichsten Dienste parallel laufen, können auch mehrere Instanzen der SVCHOST.EXE gleichzeitig in der Prozessliste auftauchen.

Über den Befahl „tasklist /svc“ im DOS-Fenster kann man sich übrigens leicht anzeigen lassen, welche Anwendungen auf die SVCHOST.EXE zurückgreifen.

Im Taskmanger von Windows 8 taucht der SVCHOST-Prozess übrigens gar nicht mehr auf. Zumindest nicht unter diesem Namen. Er wird dort als „Diensthost“ angezeigt, inclusive der Unterprozesse, die er ausführt.

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