Windows herunterfahren

Das Beenden von Windows ist ein Thema, über das man normalerweise nicht viel nachdenkt. Dennoch kann es sich lohnen, sich damit zu beschäftigen, da Windows nicht nur heruntergefahren, sondern auch in den Ruhezustand versetzt werden kann. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun, und jede hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Wahl des Modus beeinflusst unter anderem den Stromverbrauch des PCs im vermeintlich ausgeschalteten Zustand, die Dauer des nächsten Einschaltens, die möglichen Schwierigkeiten beim Booten und vieles mehr. Dieser Artikel stellt die verschiedenen Modi zum Beenden von Windows vor.

Um zu verstehen, was beim Einschalten eines Windows-PCs passiert, hier eine kurze Zusammenfassung: Zunächst wird das «Basic Input/Output System» (BIOS) gestartet, das in der Firmware des Mainboards enthalten ist. Dies gilt auch für moderne Computer, die die Spezifikation des «Unified Extensible Firmware Interface» (UEFI) erfüllen. Das BIOS initialisiert die Hardware und überprüft, ob externe Geräte angeschlossen sind, wie z.B. eine USB-Maus, -Tastatur oder -Stick. Anschliessend sucht das BIOS nach dem Windows-Bootloader und übergibt ihm die Kontrolle. Der Bootloader prüft, ob das Betriebssystem auf einem BitLocker-verschlüsselten Laufwerk liegt und entsperrt es gegebenenfalls (per TPM, Kennwortabfrage, PIN-Eingabe usw.). Danach startet er Windows, das alle erforderlichen Treiber und Dienste lädt, Benutzerprofile lädt, den Desktop bereitstellt und den Anmeldedialog anzeigt. Nach der Anmeldung werden weitere Programme und Dienste von Windows geladen. Sobald dies abgeschlossen ist, können Sie loslegen. Dieser gesamte Vorgang wird auch als «Kaltstart» bezeichnet (ein «Warmstart» bezieht sich auf einen Neustart des Systems).

Windows geht beim Ausschalten einen umgekehrten Weg: Es meldet die angemeldeten Nutzerkonten ab, beendet alle laufenden Anwendungen und Dienste und schickt dann ein Signal an den PC, dass er sich ausschalten soll. Beim Ausschalten handelt es sich meistens um einen «Soft-Off»-Zustand, bei dem das Mainboard noch reagiert, wenn der Einschalter am Gehäuse gedrückt wird. Erst wenn der Schalter am Netzteil betätigt wird, zieht der Computer keine Energie mehr aus der Leitung. Notebooks haben keinen physischen Schalter und entleeren ihren Akku langsam, bis der Tiefentladeschutz eingreift.

Der wesentliche Nachteil des Herunterfahrens besteht darin, dass der PC beim nächsten Einschalten den Kaltstart durchlaufen muss, was Zeit kostet. Um Zeit zu sparen, fährt Windows heutzutage standardmäßig nicht mehr herunter, sondern wechselt in einen Schlafzustand. Auf den ersten Blick sieht es so aus, als wäre Windows beendet, und je nach Art des Schlafzustands kommt der PC sogar ohne Strom aus. Der Vorteil dabei ist, dass Windows beim nächsten Einschalten nur aufwachen muss. Die beiden wichtigsten Schlafzustände sind der «Ruhezustand» und «Energie sparen».

Ruhezustand

Im Ruhezustand beendet Windows weder Anwendungen noch meldet es die angemeldeten Nutzerkonten ab. Stattdessen friert es den aktuellen Zustand ein, einschließlich des Inhalts des Arbeitsspeichers, der in einer Ruhezustandsdatei namens Hiberfil.sys gesichert wird. Zudem hinterlässt Windows Hinweise an BIOS und Bootloader, dass es nur schläft, und schickt dann das Signal zum Ausschalten an den PC. Beim Aufwachen muss Windows im Wesentlichen nur den Inhalt der Hiberfil.sys zurück in den Arbeitsspeicher laden und ist dann einsatzbereit.

Sofern das BIOS erkennt, dass Windows nur schläft, kann es beim nächsten Einschalten Zeit sparen, indem es die Suche nach neu angeschlossener Hardware überspringt und möglichst wenige Gerätetreiber lädt. Diese Funktion wird als «Fast Boot» bezeichnet und hängt vom Hersteller des BIOS ab, der entscheidet, ob sie ins BIOS integriert wird und ob ein Schalter zum Ein- und Ausschalten von «Fast Boot» im BIOS-Setup vorhanden ist.

Eine Mischform aus Herunterfahren und Ruhezustand ist der «Schnellstart», den Microsoft mit Windows 8 eingeführt hat. Wenn Sie im Startmenü auf «Herunterfahren» klicken, fährt Windows nicht mehr herunter, sondern beendet alle laufenden Anwendungen und meldet die angemeldeten Nutzerkonten ab. Das Betriebssystem selbst geht in den Ruhezustand und speichert den Inhalt des RAM auf dem internen Datenträger. Beim Einschalten wirkt es wie ein Kaltstart, da Windows das Nutzerkonto und alle Anwendungen neu lädt.

Die Funktionen “Schnellstart” von Windows und “Fast Boot” im BIOS können gleichzeitig aktiviert sein, es ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Anders ausgedrückt: “Fast Boot” erfordert entweder den Schnellstart oder den Ruhezustand, während diese beiden Funktionen ohne “Fast Boot” auskommen können. Microsoft verwendet im Englischen den Begriff “Fast Startup” für den Schnellstart. Darüber hinaus findet man bei Microsoft auch die Bezeichnungen “Hiberboot” und “Hybrid shutdown”.

Energie sparen

Wenn ein Computer heruntergefahren ist oder sich im Ruhezustand/Schnellstart befindet, kann er vom Stromnetz getrennt oder der Akku entfernt werden. Die Funktion “Energie sparen” reduziert die Leistungsaufnahme, schaltet sie jedoch nicht komplett ab. Obwohl Windows in diesem Zustand den Anschein erweckt, als wäre der PC ausgeschaltet, ist dies nicht der Fall.

Stattdessen werden alle Hardwarekomponenten angewiesen, sich möglichst abzuschalten. Das Display kann beispielsweise ausgeschaltet werden, die Laufwerke können sich ausschalten und die Lüfter müssen nicht drehen, da der PC keine Wärme mehr produziert. Die Daten im Arbeitsspeicher (RAM) bleiben jedoch unverändert, daher wird der Zustand auch als “Suspend to RAM” bezeichnet. Eine kontinuierliche Stromversorgung ist erforderlich, da der RAM ein flüchtiger Speicher ist und seinen Inhalt sonst sofort vergisst.

Der Vorteil des Energiesparmodus liegt letztendlich darin, dass der Computer nach dem Einschalten viel schneller einsatzbereit ist als im Ruhezustand. Obwohl auch hier alle Hardwaregeräte aktiviert werden müssen, ist es nicht erforderlich, große Datenmengen zurück in den RAM zu laden. Dieser Geschwindigkeitsvorteil wird jedoch mit dem Nachteil erkauft, dass der PC weiterhin Energie benötigt, wenn auch nur in geringem Maße, aber konstant. Wenn Sie den PC ohne Stromkabel und Akku transportieren möchten, ist der Energiesparmodus daher nicht die richtige Wahl.

Der Stromverbrauch im Energiesparmodus hängt vom jeweiligen PC ab, ist jedoch in der Regel gering. Als Beispiele dienen unsere aktuellen optimalen PCs. Bei einem sparsamen Allrounder, der im Leerlauf 13 – 35 Watt verbraucht, sinkt die Leistungsaufnahme im Energiesparmodus auf unter 2 Watt.

Weitere Ruhezustände

Der “Hybride Ruhezustand” ist eine Kombination aus dem Ruhezustand und dem Energiesparmodus gewesen. Im Energiesparmodus benötigt der Computer eine konstante Stromversorgung. Doch was passiert, wenn der Computer nicht mit dem Stromnetz verbunden ist und der Akku leer wird? In diesem Fall würden alle Daten im RAM sofort verloren gehen. Das bedeutet, dass ungesicherte Änderungen von geöffneten Dokumenten und andere Daten, die bisher nur im RAM gespeichert sind und noch nicht auf dem Datenträger abgelegt wurden, verloren gehen würden.

Es gibt auch einen “Hybriden Ruhezustand”, der eine Mischung aus Ruhezustand und “Energie sparen” darstellt. Der Hintergrund ist, dass der Energiesparmodus eine konstante Stromversorgung benötigt. Was passiert jedoch, wenn der Computer nicht mit dem Stromnetz verbunden ist und der Akku irgendwann leer wird? Dann würde der Inhalt des RAM sofort verloren gehen, einschließlich ungesicherter Änderungen von geöffneten Dokumenten.

Der “Hybride Ruhezustand” bietet eine Lösung für dieses Problem. Windows wechselt in den Energiesparmodus und sichert gleichzeitig alles wie im Ruhezustand. Wenn kontinuierlich Strom verfügbar ist, wird der PC später aus dem Energiesparmodus aufgeweckt und ist einsatzbereit. Wenn der Akku jedoch leer ist, wird der PC aus dem Ruhezustand aufgeweckt. Dies dauert zwar länger, vermeidet aber den Verlust von Daten.

Zu guter Letzt sei noch auf den “Modern Standby” hingewiesen. Dieser Modus wurde bei Windows 8.1 als “Connected Standby” eingeführt und trägt seit Windows 10 den aktuellen Namen. Dabei befindet sich der Computer ähnlich wie ein Smartphone in einem besonders stromsparenden Leerlaufzustand (“low-power idle”), während die Netzwerkverbindung aktiv bleibt. Der PC kann also weiterhin beispielsweise Chatnachrichten oder E-Mails empfangen. Dieser Schlafmodus funktioniert jedoch nur bei speziell dafür ausgerüsteten Notebooks und kann bei anderen Systemen nicht aktiviert werden, da dazu viele Komponenten und deren Firmware zusammenarbeiten müssen. Geräte, die “Modern Standby” unterstützen, bieten keinen “Energiesparmodus”.

Sleep-Status

Es ist hilfreich, die im ACPI-Standard festgelegte Nummerierung der Ruhezustände zu kennen, um über die verschiedenen Beendigungsmethoden von Windows zu sprechen. Im Englischen werden sie als “Sleep-States” bezeichnet, und jeder Sleep State (oder kurz “S-State”) hat eine Nummer.

S0 bedeutet “kein aktiver Schlafmodus”, Windows und die Hardware sind also vollständig betriebsbereit. S1, S2 und S3 sind Energiesparmodi, was Windows mit “Energie sparen” meint. Für diese drei Modi gilt: Je höher die Zahl, desto geringer der Energiebedarf. S2 spart also mehr als S1 und S3 mehr als S2. Die meisten PCs unterstützen nur einen der drei Modi, nämlich S3.

S4 ist der Ruhezustand, bei dem der Inhalt des RAM auf dem internen Datenträger gespeichert wird (“Suspend to Disk”). S5 bedeutet “Soft-off”. Wie bereits erwähnt, reagiert der PC nur noch auf das Drücken des Einschalters, der mit dem Mainboard verbunden ist.

Rechner können aus den Sparmodi S3, S4 und bei einigen Systemen auch S5 auf andere Weise aufgeweckt werden, z.B. per Wake on LAN (WoL). Dafür muss der Netzwerkchip weiterhin mit Strom versorgt werden. Das Aufwecken per USB-Tastatur, USB-Maus oder zeitgesteuert mit der Windows-“Aufgabenplanung” ist häufig nur aus S3 oder S4 möglich und nicht aus dem S5-Modus. Bei einigen Systemen kann dies im BIOS-Setup geändert werden, jedoch wird dadurch mehr Hardware im S5-Modus mit Strom versorgt, was zu einem weniger sparsamen Schlafmodus führt.