DOS Protected Mode Interface

DOS Protected Mode Interface, kurz DPMI, ist eine Programmierschnittstelle (API, englisch Application Programming Interface) für per DOS-Extender laufende PC-kompatible DOS-Programme. Mit deren Hilfe können Programme für MS-DOS (dem wichtigsten Vertreter von PC-kompatiblem DOS) den Protected Mode der x86-Architektur nutzen und umgehen damit die Limitierungen des bis dahin genutzten Real Mode, in dem der sogenannte „konventionelle Speicher“ mit 640 KiB (655.360 Byte, siehe auch Upper Memory Area) limitiert ist. DPMI ist zwar wesentlich komplexer als dessen Vorgänger VCPI, ist jedoch auch in Multitasking-Umgebungen wie Windows oder OS/2 funktionsfähig.^[1]

DPMI wurde ursprünglich 1989 von Microsoft für Windows 3.0 und OS/2 2.0 entwickelt. Die Technik ermöglicht es, DOS-Anwendungen im Protected Mode von 80286- (16-Bit) und 80386-Prozessoren (32-Bit) zu nutzen.

Unter DOS war damals bereits das von Phar Lap Software und Quarterdeck Office Systems gemeinsam entwickelte Virtual Control Program Interface (VCPI) verbreitet, das eine ähnliche Funktionalität für DOS-Programme bereitstellte, jedoch einen 32-Bit-x86-Prozessor („IA-32“ ab dem 80386) voraussetzte. Ein wesentliches Problem von VCPI war allerdings, dass auch die Programme im privilegierten Ring 0 laufen, weshalb VCPI keinen Speicherschutz bieten kann. Das ist unter DOS, wo Programme üblicherweise exklusiv und ohne Multitasking laufen, normalerweise kein Problem, unter den Betriebssystemen OS/2 und Windows jedoch schon.

1989 gab es bereits einige DOS-Programme, die den Protected Mode mittels VCPI nutzen. Als Microsoft DPMI vorstellte, gab es daher die Befürchtung, dass dies zu zwei verschiedenen, konkurrierenden und obendrein inkompatiblen Techniken führen könnte. Das wurde durch Microsoft selbst verhindert, denn die Spezifikation von DPMI wurde an ein Komitee abgegeben und von der Industrie gemeinsam weiterentwickelt. Die Weiterentwicklung von VCPI wurde daraufhin 1990 eingestellt.^[2][3]

Die Gründungsmitglieder des DPMI Committee waren Borland, IBM, Ergo Computer Solutions, Intelligent Graphics Corporation, Intel, Locus Computing Corporation, Lotus Development Corporation, Microsoft, Phar Lap Software, Phoenix Technologies, Quarterdeck Office Systems und Rational Systems (nun Tenberry Software).^[4]

Unter dem in den 1990er Jahren noch weit verbreiteten PC-Betriebssystem DOS wurde die DPMI-Spezifikation in Form von sogenannten DOS-Extender umgesetzt. Ein DOS-Extender (von englisch to extend, erweitern) schaltet den x86-Prozessor in den Protected Mode und bietet dabei eine standardisierte Umgebung für 16- und 32-Bit-Protected-Mode-Programme, wobei der DOS-Extender selbst als Abstraktionsschicht zum im 16-Bit-Real-Mode laufenden DOS und BIOS dient. Nach Beendigung der Anwendung schaltet der DOS-Extender in den Real Mode zurück und übergibt die Kontrolle wieder an das Betriebssystem. Besonders DOS-Programme können per DOS-Extender die Limitierung von konventionellem Speicher umgehen, ohne die bis dahin im Real Mode genutzten aufwändigeren Umwege von z. B. Bank Switching, XMS oder EMS nutzen zu müssen.

Mit DPMI wurde es erstmals möglich, dass auch DOS-Anwendungen die Möglichkeiten des Protected Mode von x86-Prozessoren ab dem 80286 nutzen konnten und zudem Inkompatibilitäten mit anderen Protected-Mode-Anwendungen oder -Betriebssystemen – durch die standardisierte Schnittstelle – verhindert wurden. Zudem ermöglicht DPMI (im Gegensatz zu VCPI) Multitasking, da sich Programme, die als Clients unterhalb des DOS-Extenders als DPMI Host im Ring 0 laufen, durch den Speicherschutz des Protected-Mode im Ring 3 nicht gegenseitig gefährlich werden können.

Unter Windows 3.x wird direkt im Betriebssystem ein DPMI Host bereitgestellt. Die DOS-Extender erkennen diesen Fall und beschränken sich dann auf das Durchreichen der entsprechenden Aufrufe, wodurch DOS-Programme, die per DPMI im Protected Mode laufen, auch unter Windows ausführbar bleiben. Ebenso funktionieren DPMI-DOS-Programme im DOS-Modus unter OS/2.

Betriebssysteme, die Unterstützung für DOS-Programme beinhalten, sowie grafische Aufsätze für DOS, die im Protected Mode laufen, haben DPMI 1.0 als Host bereits implementiert. Darunter:

• OS/2 ab Version 2.0
• Windows 3.x
• Windows 9x

Speichermanager, die einen vereinfachten DPMI-0.9-Host auch unter reinem DOS implementieren:

• 386MAX von Qualitas
• QEMM von Quarterdeck

Eine vollwertige Implementierung von DPMI 1.0 auch unter DOS ist die Ausnahme:

• DPMIONE (setzt DPMI 1.0 um) aus 386MAX von Qualitas, Inc.^[5]

Kompatible DOS-Extender, die von vielen für DOS geschriebenen Protected-Mode-Programmen genutzt werden, verwenden als DPMI-Client einen bereits vorhandenen DPMI-Host.

• DOS Protected Mode Services

• Dr. Dobbs Journal vol 15 October 1990 - Roll Your Own DOS Extender: Part I - S. 895

• DOS Protected Mode Interface (DPMI) Specification Version 0.9 (englisch)
• DPMI 1.0 Programming API Specification (englisch), bzw. als PDF (231K)

1. ↑ Ray Duncan: Power Programming – An Introduction to The DOS Protected Mode Interface. In: PC Magazine. Band 10, Nr. 3. Ziff Davis, 12. Februar 1991, S. 365 ff., S. 366 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche): “In the context of the problems it was design to solve, the VCPI works extremely well, but it is an inadequate platform for the multitasking of DOS extender applications.” 
2. ↑ Ray Duncan: Power Programming – An Introduction to The DOS Protected Mode Interface. In: PC Magazine. Band 10, Nr. 3. Ziff Davis, 12. Februar 1991, ISSN 0888-8507, S. 365 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 23. Dezember 2021]). 
3. ↑ Ray Duncan: Power Programming – DOS Extenders Old and New: Protected-Mode Programming in DOS. In: PC Magazine. Band 10, Nr. 4. Ziff Davis, 26. Februar 1991, ISSN 0888-8507, S. 385 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 13. Januar 2022]). 
4. ↑ Patricia Keefe: Team paves way for multitasking DOS extenders. In: Computerworld. Band 24, Nr. 21, 21. Mai 1990, ISSN 0010-4841, S. 50 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 13. Januar 2022]). 
5. ↑ Bob Smith: sudleyplace / DPMIONE. GitHub, abgerufen am 29. Dezember 2021 (englisch).