Если DOS является однозадачным, как многозадачность была возможна в старой версии Windows?

Windows 95

Windows 95 was far more than "just a wrapper" for MS-DOS. Quoting Raymond Chen:

MS-DOS served two purposes in Windows 95.

• It served as the boot loader.
• It acted as the 16-bit legacy device driver layer.

Windows 95 actually hooked/overrode just about all of MS-DOS, keeping it as a compatibility layer while doing all the heavy lifting itself. It also implemented preemptive multitasking for 32-bit programs.

Pre-Windows 95

Windows 3.x and older were mostly 16-bit (with the exception of Win32s, a kinda compatibility layer that bridges 16 and 32, but we'll ignore that here), were more dependent on DOS, and used only cooperative multitasking - that's the one where they don't force a running program to switch out; they wait for the running program to yield control (basically, say "I'm done" by telling the OS to run the next program that's waiting).

Multitasking was cooperative, just like in old versions of MacOS (though unlike Multitasking DOS 4.x, which sported preemptive multitasking). A task had to yield to the OS in order to schedule a different task. The yields were built into certain API calls, notably message processing. As long as a task processed messages in a timely manner, everything was great. If a task stopped processing messages and was busy executing some processing loop, multitasking was no more.

Windows 3.x architecture

As for how early Windows programs would yield control:

Windows 3.1 uses cooperative multitasking - meaning that each application that is in the process of running is instructed to periodically check a message queue to find out if any other application is asking for use of the CPU and, if so, to yield control to that application. However, many Windows 3.1 applications would check the message queue only infrequently, or not at all, and monopolize control of the CPU for as much time as they required. A preemptive multitasking system like Windows 95 will take CPU control away from a running application and distribute it to those that have a higher priority based on the system's needs.

source

All DOS would see is this single application (Windows or other) running, which would pass control around without exiting. In theory, preemptive multitasking can possibly be implemented on top of DOS anyway with the use of a real-time clock and hardware interrupts to forcibly give control to the scheduler. As Tonny comments, this was actually done by some OSes running on top of DOS.

386 enhanced mode?

Note: there have been some comments on 386 enhanced mode of Windows 3.x being 32-bit, and supporting preemptive multitasking.

This is an interesting case. To summarise the linked blog post, 386 enhanced mode was basically a 32-bit hypervisor, which ran virtual machines. Inside one of those virtual machines ran Windows 3.x standard mode, which does all the stuff listed above.

MS-DOS would also run inside those virtual machines, and apparently they were preemptively multitasked - so it seems that the 386 enhanced mode hypervisor will share CPU time slices between the virtual machines (one of which ran normal 3.x and others which ran MS-DOS), and each VM will do its own thing - 3.x would cooperatively multitask, while MS-DOS would be single-tasked.

MS-DOS

DOS itself was single-tasking on paper, but it did have support for TSR programs, that would stay in the background until triggered by a hardware interrupt. Far from true multitasking, but not fully single-tasked either.

All this talk of bit-ness? I asked about multitasking!

Well, strictly speaking the bit-ness and multitasking are not dependent on each other. It should be possible top implement any multitasking mode in any bit-ness. However, the move from 16-bit processors to 32-bit processors also introduced other hardware functionality that could have made preemptive multitasking easier to implement.

Also, since 32-bit programs were new, it was easier to get them to work when they're forcibly switched out - which might have broken some legacy 16-bit programs.

Of course, this is all speculation. If you really want to know why MS didn't implement preemptive multitasking in Windows 3.x (386 enhanced mode notwithstanding), you'll have to ask someone who worked there.

Also, I wanted to correct your assumption that Windows 95 was jsut a wrapper for DOS ;)

It continuously ran a single program, the one called windows. That one spread the CPU time (and other resources) between different programs.

Consider this analogy:

You have an office which can only have one person at the time (That person is called mister or missus DOS). That person works on one thing at the time. E.g. it phones a single person and starts to chat 24/7 with him/her.

Now you replace that person with Mr. secretary. (windows). It will phone someone and talk all the time with it (still a single task). Then after some time the other person will say "I have talked enough for now. Go talk to someone else and call me back in a bit".

Mr. secretary will call the other person. Chat with that one until that person says the same thing. Then it will call the next person until it is at the end of the list of people to speak with. At that time it will begin again at the top.

• In technical terms this is called cooperative multitasking. It requires the other person to say that he/she had enough CPU time. If one does not do that then all falls apart.
• Modern systems are much smarter. Including pre-emptive multitasking. Think of the secretary setting an alarm clock and cutting the other person off after 5 minutes. "That is nice Jane. But I have to talk to Joe now. I'll call you back in a bit. - Click."

If you add multiple processors it gets even more complicated. :)

In a modern operating system, the operating system controls all hardware resources, and running applications are kept in sandboxes. An application is not permitted to access memory that the OS has not allocated to that application, and it cannot directly access hardware devices in the computer. If hardware access is required, the application must communicate through device drivers.

The OS can enforce this control, because it forces the CPU to enter protected mode.

DOS, on the other hand, never enters protected mode, but stays in real mode *. In real mode, the running applications can perform anything that it wants to, e.g. access hardware directly. But an application running in real mode can also tell the CPU to enter protected mode.

And this last part allows applications like Windows 95 to start a multi threaded environment even though they were basically launched from DOS.

DOS (Disk Operating System) was, afaik, not much more than file management system. It provided a file system, mechanisms for navigating the file system, a few tools, and the possibility to launch applications. It did also allow for some applications to stay resident, e.g. mouse drivers and EMM emulators. But it did not attempt to control the hardware in the computer the way a modern OS does.

* When DOS was first created in the 70's, protected mode did not exist in the CPU. It wasn't until the 80286 processor in the mid 80's that protected mode became part of the CPU.

До Windows 3.x, которая была первой версией для многозадачных приложений DOS, были такие программы, как DesqView, которые могли бы делать то же самое. Например, если один запускает три сеанса DOS одновременно, то DesqView создаст четыре виртуальные машины. Каждый из трех сеансов DOS будет думать, что они «владеют» всей машиной, за исключением того, что ни один из них на самом деле не выполняет файловый ввод-вывод. Вместо этого версия DOS, работающая в каждом сеансе, будет исправлена ​​так, что она будет пересылать любые запросы для файлового ввода-вывода специальному сеансу, который был выделен для этой цели. Поскольку аппаратное обеспечение текстового режима ПК будет непрерывно отображать содержимое области памяти в виде символов; DesqView может позволить каждому сеансу иметь свой собственный виртуальный экран, сопоставляя диапазон 0xB8000-0xB9FFF каждого сеанса с его собственной областью ОЗУ, и периодически копировать область текущего приложения в физический экранный буфер. Графическая поддержка была намного сложнее, потому что 256 КБ ОЗУ на плате дисплея контролировалось с использованием 64 КБ адресного пространства, некоторых регистров ввода-вывода и некоторого «интересного» оборудования, которое требовало чтения и записи в определенных специфических последовательностях. В текстовом режиме, когда приложение записывало что-то в текстовый буфер, был записан, DesqView мог установить флаг, указывающий, что это должно быть скопировано на дисплей при следующем тикании таймера; только первая запись в текстовый буфер в данный момент времени потребует вмешательства DesqView; все остальные будут объединены до следующего таймера. потому что 256 КБ ОЗУ на плате дисплея контролировалось с использованием 64 КБ адресного пространства, некоторых регистров ввода-вывода и некоторого «интересного» оборудования, которое требовало чтения и записи в определенных определенных последовательностях. В текстовом режиме, когда приложение записывало что-то в текстовый буфер, был записан, DesqView мог установить флаг, указывающий, что это должно быть скопировано на дисплей при следующем тикании таймера; только первая запись в текстовый буфер в данный момент времени потребует вмешательства DesqView; все остальные будут объединены до следующего таймера. потому что 256 КБ ОЗУ на плате дисплея контролировалось с использованием 64 КБ адресного пространства, некоторых регистров ввода-вывода и некоторого «интересного» оборудования, которое требовало чтения и записи в определенных определенных последовательностях. В текстовом режиме, когда приложение записывало что-то в текстовый буфер, был записан, DesqView мог установить флаг, указывающий, что это должно быть скопировано на дисплей при следующем тикании таймера; только первая запись в текстовый буфер в данный момент времени потребует вмешательства DesqView; все остальные будут объединены до следующего таймера. DesqView может установить флаг, указывающий, что он должен быть скопирован на дисплей при следующей отметке таймера; только первая запись в текстовый буфер в данный момент времени потребует вмешательства DesqView; все остальные будут объединены до следующего таймера. DesqView может установить флаг, указывающий, что он должен быть скопирован на дисплей при следующей отметке таймера; только первая запись в текстовый буфер в данный момент времени потребует вмешательства DesqView; все остальные будут объединены до следующего таймера.

В отличие от этого, для виртуализации графического режима требуется, чтобы DeskView перехватывал каждую отдельную запись для отображения памяти или регистров ввода / вывода. Учитывая, что это замедляло бы запись в память примерно в 100 раз, а графическим программам приходилось записывать намного больше данных, чем текстовым программам, виртуализация большинства графических программ в режиме реального времени была непрактичной. Вместо этого для обработки графики использовалось любое приложение, не являющееся передним планом, которое пыталось сделать графическую паузу до тех пор, пока оно не стало приложением переднего плана, а затем предоставило ему полный контроль над экраном. Когда управление переключается на другое приложение, DesqView пытается скопировать состояние всех графических регистров, а затем переключается. После возврата в графическое приложение DesqView восстановит сохраненное состояние.

В некотором смысле, многозадачные неграфические приложения DOS были проще, чем многозадачные приложения Windows, потому что было очень мало общих ресурсов, и приложениям не приходилось взаимодействовать друг с другом. В Windows, напротив, необходимо иметь дело с такими вещами, как буфер обмена, или с возможностью того, что окна одной программы могут перемещаться таким образом, чтобы затемнять окна другой. Windows 95 была первой версией Windows, которая могла преодолеть такие ограничения, включив такие вещи, как система управления окнами, которая могла бы обеспечить недоступность области экрана, когда код пытался ее нарисовать (с тем эффектом, что рисунок был замаскирован. ).

Multitasking is nothing more than an illusion of running applications simultaneously. It is perceived as simultaneous execution on your end, but in fact processes A, B and C are sharing CPU time in this order: A, B, C, A, B, C, A, B...they just switch on and off very quickly. No two processes are actually running at the same time.

So, it is perfectly possible to make MS-DOS multitask by making it pause one process, run the next for a short period of time, pause that one, jump back to the first one, and so on.

Multitasking is just a clever feature developed when CPUs started being fast enough to keep rotating through these processes and making it seem simultaneous to the end user.

For those who remember, games were still being ran on DOS4GW because Windows was just too slow.

Несмотря на то, что он может сосредоточиться только на одной задаче, он просто переходит от одного к другому. Таким образом, казалось, что это многозадачность, но на самом деле она просто фокусируется на 1, затем на другом, затем на другом и т. Д.

One thing I didn't see mentioned here that is kind of interesting:

Windows 3.0 was not a pre-emptive multitasking system it was cooperative like all the versions of MacOS up until OS X--One app had to return from a call before any other app could take any action.

As a commenter reminded me however, DOS apps were mult-tasked. This is because they weren't written to "Cooperatively" multi-task (This must always be built into systems that use it).

At the time there were programs called TSRs (Terminate-Stay Resident) that took the place of today's device drivers. These drivers would run independantly--generally on their own thread by inserting themselves in one of the OS's event handlers. Windows didn't generally know about them, they ran at a lower level.

These weren't really windows apps, but they were how all threading activity took place before windows 3.1 such as printer drivers, com drivers, etc.

Although windows 3.1 was multi-tasking, DOS wasn't, but Windows 3.1 just pushed dos out of the way and took over when it started (Back then you often started windows from a DOS prompt).

Хороший вопрос. В MS-DOS ядро ​​было монолитным, то есть оно обрабатывало только одну задачу за раз по сравнению с новым современным ядром, которое было реализовано в Windows 9x и текущей версии. Вы можете проверить больше здесь .