Alte 16-Bit Programme wieder unter Windows 64-Bit ausführen

Warum funktionieren alte Programme aus der 16-Bit Ära (z.B. von Windows 3.x) nicht mehr mit modernen Windowsversionen wie Windows 11?

Eines der beeindruckendsten Features von Windows war und ist seine Abwärtskompatibilität. Bei modernen 64-Bit (x64) Versionen von Windows (ab Windows XP 64-Bit) können alte 16-bit Programme allerdings nicht mehr ausgeführt werden. Bei den 32-Bit (x86) Versionen gibt es allerdings kein Problem damit, da sie die alten Programme anstandslos ausführen können.

Woran liegt das und wie können die alten 16-bit "Schätze" vielleicht doch wieder zum Leben erweckt werden?

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Aktueller Stand: 16-Bit, 32-Bit und 64-Bit unter Windows 3.x bis heute

Damals™, also mit Windows 95, 98 und ME liefen alle Versionen von Windows noch auf MS-DOS, so dass die Unterstützung für 16-Bit-Anwendungen im Wesentlichen integriert war. Bis Windows Me wurde z.B. noch der Dateimanager (WINFILE.EXE) von Windows 3.x in der 16-Bit Version als eigenständiges Programm beibehalten. Für die Windows NT-Reihe entschied sich Microsoft jedoch für einen anderen Ansatz, da man sich nicht auf einen MS-DOS-Kernel stützen wollte. Dies führte zur Entwicklung von NTVDM (NT Virtual DOS Machine).

NTVDM wurde erstmals mit der Veröffentlichung von Windows NT 3.1 im Jahr 1993 eingeführt. Dieses Subsystem bietet eine Laufzeitumgebung, die ein unter MS-DOS 5.0 laufendes System nachbildet, einschließlich aller notwendigen BIOS-Aufrufe, des Windows 3.1 Kernels und der Win16-API selbst. Ohne echte Hardware-Emulation ist NTVDM immer noch darauf angewiesen, dass der Prozessor (CPU) in der Lage ist, den ursprünglichen 16-Bit-Code nativ auszuführen.

Microsoft hat NTVDM aus allen 64-Bit Versionen von Windows entfernt, so dass die Ausführung von DOS- und Win16-basierten Anwendungen nicht mehr möglich ist. Das Fehlen der 16-Bit-Unterstützung war keine bewusste Entscheidung der Windows-Entwickler, sondern vielmehr auf das Design der x86_64-Architektur zurückzuführen. Prozessoren, die auf dieser Architektur basieren, können in zwei Modi laufen: Long-Modus und Legacy-Modus.

Technischer Hintergrund (für Interessierte)

Im Long-Modus führt die CPU 64-Bit Code nativ aus, während 32-Bit-Anwendungen in einem speziellen Kompatibilitätsmodus laufen. Der Long-Modus bietet jedoch keine Unterstützung für den VM86-Modus, der von NTVDM benötigt wird, um 16-Bit-Segmente für die Adressierung zu ermöglichen. Daher musste er in allen x86_64-Versionen von Windows entfernt werden.

Läuft die CPU hingegen im Legacy-Modus, bietet sie volle Unterstützung sowohl für 32-Bit- als auch für 16-Bit-Anwendungen.

Leider ist die einzige Möglichkeit, zwischen den beiden Betriebsmodi zu wechseln, ein Hard-Reset der CPU. Das macht eine nahtlose Integration beider Betriebsmodi ohne Neustart des gesamten Systems unmöglich. Da das Booten eines 64-Bit Windows-Systems die CPU immer dazu zwingt, im Long-Modus zu arbeiten, gibt es im laufenden Betrieb keine Möglichkeit in den Legacy-Modus zu wechseln, der die native Ausführung von 16-Bit-Anwendungen ermöglichen würde.

Selbst der Wechsel in den 32-Bit -Kompatibilitätsmodus innerhalb des Long-Modus erfordert eine zusätzliche Abstraktionsschicht. Wenn Sie eine 32-Bit-Anwendung auf Ihrer 64-Bit-Windows-Installation starten, ruft das Betriebssystem das WoW64-Subsystem auf. Dieses fungiert als Kompatibilitätsschicht und stellt die für die Ausführung der 32-Bit-Anwendung auf einem 64-Bit-System erforderliche Schnittstelle bereit.

Was macht man denn nun, wenn man genau diese eine alte 16-Bit Anwendung eben doch noch braucht?

Wahrscheinlich will man dafür nicht extra eine virtuelle Maschine wie VMware oder VirtualBox aufsetzen oder einen vollwertigen Emulator wie PCem oder 86Box einrichten.
Es geht auch einfacher, denn die Lösung liefert das Open Source Projekt namens "Otvdm/WineVDM" https://github.com/otya128/winevdm - ein 16-Bit Emulator.

^{Bild: Das Windows 3.0 Spiel "Reversi" läuft unter Windows 11 (64-bit)}

Nach der Installation kann WineVDM 64-Bit-Windows so ausführen, als wären es normale moderne Windows Programme, die man einfach per doppelklick starten. 

WineVDMs kombiniert dabei zwei bereits existierende Technologien. Zum einen den CPU-Emulationscode von MAME und zum anderen nutzt es Teile von Wine  ("Wine ist not an Emulator"), dem Klassiker wenn es darum geht, Windows Programme und Spiele unter Linux zu starten.

Installation von Otvdm/WineVDM

Am einfachsten installieren sie WineVDM, wenn sie auf der Github-Seite auf "Releases" klicken. Laden Sie die Version mit "Latest" herunter und entpacken sie den Inhalt in einen Ordner Ihrer Wahl (z. B. C:\OTVDM). Mit der kleinen Installationsdatei "Install (no console)" wird das Installationsprogramm ausgeführt. Da die Installationsroutine einige Schlüssel in die Windows-Registrierung hinzufügt, sind Administratorrechte erforderlich.

Von nun an erkennt Windows 16-Bit EXE Dateien und übergibt sie automatisch an OTVDM. Somit läuft jetzt auch der alte Dateimanager WINFILE.EXE von Windows 3.x unter Windows 11.
Hinweis: für komplexere DOS Programme oder gerade Spiele sind spezialisierte Emulatoren wie DOSBox weiterhin die bessere Wahl.

Möchte man diese Funktionalität wieder deinstallieren, genügt ein Klick auf die Datei "uninstall.reg" und folgende Registry-Einträge werden gelöscht und damit die 16-Bit Unterstützung wieder aufgehoben:

Windows Registry Editor Version 5.00

[-HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\NtVdm64\OTVDM]
[-HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\NtVdm64\0OTVDM]
[-HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\WOW6432Node\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\NtVdm64\OTVDM]
[-HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\WOW6432Node\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\NtVdm64\0OTVDM]

Fazit

Mit diesem Tool kann man diese alten Schätze oft überraschend wieder zum Laufen bringen und so auch Software, die technisch eigentlich schon "abgeschrieben" war trotzdem noch benutzen. Ohne Projekte wie "WineVDM" wären viele Programme - sei es für Nischenanwendungen oder einfach aus Nostalgiegründen - auf neuer Hardware schlichtweg nicht lauffähig.

^{Bild: "Reversi" - Partie auf den Windows 11 PC gewonnen}