J..NET. J.1 Überblick. Common Language Runtime Einheitliche Klassenbibliothek Visua l Studio.NET

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1 J..NET J.1 Überblick J.1.1.NET Plattform: Framework & Tools Common Language Runtime Einheitliche Klassenbibliothek Visua l Studio.NET Building Block Services Ständig verfügbare Internet-Dienste (Code-Updates, Suc hdienste, Messenger) Infrastruktur He utige 2000-Pro duktfa milie (zukünftig.net Enterprise Servers) Devices Mobile Geräte, auf denen.net Anwendungen laufen (Handy, Handheld) Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 1

2 J.1.2.NET Framework Zielsetzung: zur Entwicklung von verteilten XML-basierten Web-Anwendungen, E-Commerce, Bankverkehr, Server- & Browsergestützte Dienste, Web-Services nach Vorstellungen von Microsoft,. Sprachbezogenen Merkmale des.net Frameworks: sprachunabhängig durch Common Type System, plattformunabhängig durch Zwischencode, sprachübergreifende Laufzeitumgebung, C# als neue, Java-ähnliche Sprache, Kommunikationstechnische Merkmale: Serialisierung von Objekten über XML Formate, Gekapselte Kommunikation über HTTP & XML, wesentliche Teile standardisiert durch ECMA, Entfernte Methodenaufrufe. Aktuell.Net Framework 3.0: in Windows Vista integriert, vollständiges Programmierpaket, Workflow Services, Communication Services, GUI-Services, Card Space als Meta Sicherheitssystem... Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 2

3 J.2 Common Language Runtime Compiler generieren Zwischencode: Oberon C# C++ Compiler Compiler Compiler ASM Code IL Code IL Code IL Code Common Language Runtime JIT Compiler Betriebssystem Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 3

4 Common Language Runtime (CLR): sprachübergreifende Laufzeitumgebung, sprachübergreifende Klassenbibliothek, erweiterbares Format für Meta-Daten, sprachübergreifendes Typsystem. IL=MSIL: Microsoft Intermediate Language, IL für eine abstrakte Stackmaschine, vgl. Java Virtuelle Maschine. Managed Code: automatische Freispeichersammlung (GC), wird unter Regie der CLR ausgeführt, Fehlerbehandlung (Exceptions), Sicherheitsprüfungen, Versionsprüfungen. Ausführung durch Execution Engine (EE): Exe-Datei: IL-Code + Stub zum Laden der EE, nach dem Laden wird native Code erzeugt, Codeerzeugung durch JIT-Compiler. Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 4

5 J.2.1 MSIL als Assemblersprache für Stackmaschine Im Vergleich mit reinen Assembler-Sprachen eher an höhere Programmiersprachen angelehnt:.assembly hello {.method public static void Main() il managed {.entrypoint.locals(int32 V_0) // lokale 'var' ldc.i4.2 // push '2' ldc.i4.3 // push '3' add // addiere stloc.0 // speichere in 'var' ldloc.0 // push var call void [mscorlib]system.console::writeline(int32) ret Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 5

6 J.2.2.NET Klassenbibliotheken Umfangreiche Bibliotheken, z.b. System: System.Web Services UI Description HtmlControls Discovery WebControls Protocols Caching Security Configuration SessionState System.WinForms Design ComponentModel System.Drawing Drawing2D Printing Imaging Text System.Data System.Xml ADO SQL XSLT Serialization Design SQLTypes XPath System Collections Configuration Diagnostics Globalization IO Net Reflection Resources Security ServiceProcess Text Threading Runtime InteropServices Remoting Serialization Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 6

7 J.2.3 Objektmodell im Common Type System Typen sind sprachübergreifend eindeutig: Typen im Namespace System Object Value Type Type Enum Struct Boolean Char Int32... String Array Exception... Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 7

8 Werte-Typen: primitive Datentypen, Aufzählungen und Records. Referenz-Typen: Arrays, Klassen, Interfaces, und Delegates. Vererbung: einfache Klassenvererbung, mehrfaches Subtyping durch Interfaces. Boxing: Umwandlung zwischen primitiven Datentypen und Objekten, Vergleichbar den Typklassen (Integer, Double,...) in Java. x 5 public static void main() { int x = 5; object o = x; int y = (int)o; o y 5 5 System.Int32 Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 8

9 J.2.4 Delegates: Vergleichbar mit Prozedurvariablen in Pascal: Delegate Variable referenziert einen Methoden-Stub mit dazu passender Parametersignatur, Auch Event Mechanismen können mit Delegates realisiert werden. Delegate Beispiel (keine Events): using System; delegate void Delg(string s); public class Example { private static void Func1(string s) { Console.WriteLine(s); private void Func2(string s) {Console.WriteLine(17); public static void Main() { Delg d1,d2; Example e=new Example(); d1 = new Delg(Func1); d1("hello world"); d2 = new Delg(e.Func2); d2("hello world"); Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 9

10 J.2.5 Meta-Daten & Reflection Modul: Ist ein Container für Typen (bzw. Klassen) und enthält: Meta-Daten = Typbeschreibungen/Symboltabellen, IL-Code der Typen (Intermediate Language). Meta-Daten: Destillat aus den Symboltabellen des Compilers, zugreifbar zur Laufzeit (Überprüfen von Casts..), einheitliches Format, vgl. Java Reflection. Attribute: eigene Meta-Daten für Klassen & Methoden, auslesbar über System.Reflection. Source Code, z.b. Visual Basic (application1.vb) Typ A {... Typ B {... Typ C {... Compiler (C#, Java, Oberon, C++, VB) Modul Typ A MSIL Typ B MSIL Typ C MSIL Metadaten für A, B, C Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 10

11 J.2.6 Assemblies Werden automatisch durch den Compiler erstellt (Kein Linker), Dot-NET Anwendungen bestehen aus Assemblies (~Komponenten): Etwa entsprechend einem traditionell durch den Linker hergestellten Load-Module. Assemblies sind Container für eines oder mehrere Module, Module sind nur innerhalb des Assemblies bekannt, Neuer Wein in alten Schläuchen, ein Manifest pro Assembly. JIT-Compiler: Nicht zu verwechseln mit dem Quellcode-Compiler für C#, Java, Visual Basic... erzeugt aus dem IL-Code in den Assemblies CPU-Code, Codeerzeugung Methode für Methode, JIT-Lag beim ersten Aufruf. Sicherheits- und Versionsprüfungen der CLR erfolgen auf Ebene der Assemblies (Bytecode-Verifier in Java VMs). Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 11

12 J.2.7 Quellcode-Übersetzung: Manifest beschreibt Assembly: Identität: Name, Version, Ländercode, zugehörige Modulliste & Attribute, exportierte Typen & Ressourcen, referenzierte Assemblies. Statisch referenzierte Assemblies: werden erst bei Bedarf geladen, zur Übersetzungszeit bekannt, csc /r:mylib.dll abc.cs Assemblies dynamisch ladbar: lokal oder aus dem Internet, AppDomain.Load, AppDomain.ExecuteAssembly Assembly (xyz.dll) Source Code, z.b. Visual Basic (application1.vb) Typ A {... Typ B {... Typ C {... Compiler (C#, Java, Oberon, C++, VB) Modul Manifest Typ A MSIL Typ B MSIL Typ C MSIL Metadaten für A, B, C Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 12

13 J.2.8 Assembly Kategorien Private Assemblies: Normalerweise nur von einer Anwendung nutzbar, typischerweise im Anwendungsverzeichnis, Identifikation anhand einfachen Namens, keine Versionsprüfung. Shared Assemblies: Installation in Global Assembly Cache, Sind global für alle Anwendungen, obligatorische Versionsprüfung. Strong Names für Shared Assemblies: Kein Austausch möglich, Version, Kultur, Name, Key. Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 13

14 J.2.9 Signieren von Assemblies Verfahren mit öffentlichen Schlüsseln. Öffentlichen Schlüssel im Manifest ablegen. Der rechtmässige Erzeuger signiert Dateien mit privatem Schlüssel. Mithilfe des öffentlichen Schlüssels kann die Echtheit der Signatur geprüft werden. Klienten speichern mit dem Namen auch den öffentlichen Schlüssel. Schlüsselpaar erzeugen: sn.exe k c:\outf Main Compiler Manifest Ref.: MyLib PK=34e25c Key-Pair Quellen MyLib Compiler Manifest PK=34e25c Strong Name Signature Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 14

15 J.2.10 Versionierung Version im Manifest: Major.Minor.Revision.Build Klient standardmäßig an Version gebunden, die sein Manifest referenziert: Anpassung durch CFG-Datei mögl. à Lösung des DLL-Problems Culture-Attribute für Lokalisierung Side-by-Side Execution: Veschiedene Versionen gleichzeitig ladbar, Festplattenplatz ist preiswert, => private Assemblies empfohlen. Abschaffung der DLL-Hölle. App.exe Ref-1: Calc.DLL acab57 Ref-2: AdvMath.DLL (private) Calc.DLL acab57 AdvMath.DLL Ref-1: ab8157 Calc.DLL ab8157 Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 15

16 J.3 Kommunikation J.3.1 Application Domains Mehrere Application Domains pro Prozeß möglich. Application Domains sind virtuelle Prozesse: eigener Adressraum, aber nur User Prozess, CLR abstrahiert von OS-Prozessen. Gegenseitige Isolierung von Anwendungen: Besser nur eine unmanaged Anwendung pro Domain; Aber mehrere managed Anwendungen. Assemblies: Mehrere pro Domain, Header-Information, Metainformation, IL Code. Marshaling Prozeß 1 Prozeß 2 AppDomain AppDomain AppDomain Objekt Objekt Objekt Marshaling Objekt Objekt Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 16

17 Marshalling für Aufrufe zwischen Application Domains. XML / SOAP als Serialisierungsformat. Marshal-By-Value: Kopie an Ziel senden (Standard), keine Verbindung zw. Kopie & Original, auto. Serialisierung mit Attribut Serializable, Einschränkung durch Var-Attr. NonSerialized, individuelle Serial. durch Interface ISerializable. Marshal-By-Reference: nur Referenz an Ziel senden keine Kopien, Verbindung zwischen Referenz & Original durch Stellvertreter-Objekt (Proxy). Implementierung durch Ableiten einer Klasse von System.MarshalByRefObject. Remoting erfolgt immer dann, falls Marshalling notwendig ist Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 17

18 J.3.2 Channel & Formatter Channel: bidirekt. Kommunikation zw. 2 Endpunkten, TcpChannel, HttpChannel & SmtpChannel, eigene Channels mögl. à IChannel. Formatter: definiert Wire-Format (Channel-Protokoll) Formate: Soap über HTTP à interoperabel Binary über TCP à schnell eigene Formate möglich à IFormatter wird vom Channel dynamisch angefordert. Serialisierung mithilfe der Metainformation im Assembly MyService MyObj HTTPChannel Winsock: Socket TCP:345 StackBuilderSink (URI:MyObj) MyObj CLR AppDomain User Prozeß BS Kern myhost.org Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 18

19 [Serializable] class Point : ISerializable { private int x,y; public void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext ctx) { Type t = this.gettype(); info.addvalue("x",x); info.addvalue("y",y); public void ToFile (string file) { FileStream fs = new FileStream(file,FileMode.Create); SoapFormatter form = new SoapFormatter(); form.serialize(fs,this); class FormatterTester { static void Main(string[] args) { Point p = new Point(); p.tofile("test.dat"); Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 19

20 J.3.3 Aktivierung von Objekten durch den Server Server meldet Objekt im System an und Klienten verbinden sich damit. SingleCall: für jeden Aufruf ein neues Objekt. Singleton: ein Objekt für alle Klienten. Server: public class ServerObject : MarshalByRefObject { public int print(string s) { public class MyServer { public static int Main(string [] args) { HttpChannel chan = new HttpChannel(999); ChannelServices.RegisterChannel(chan); RemotingConfiguration.RegisterWellKnownServiceType( typeof(serverobject), "myendpoint", WellKnownObjectMode.Singleton); Console.ReadLine(); Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 20

21 Klient: public class Client { public static int Main(string [] args) { ServerObject factory; string EP=" factory = (ServerObject) RemotingServices.Connect(typeof(ServerObject), EP); factory.print("hallo"); Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 21

22 J.3.4 Aktivierung von Objekten durch den Klienten Der Server meldet die Klasse im System an. Die Klienten können selbst Objekte erzeugen. Klient kann die Lebensdauer der Objekte steuern. Verbindungsorientiert (vgl. DCOM). Server: public class MyServer { public static int Main(string [] args) { HttpChannel chan = new HttpChannel(999); ChannelServices.RegisterChannel(chan); RemotingConfiguration.ApplicationName = myobj"; RemotingConfiguration.RegisterActivatedServiceType(typeof(ServerObject)); Console.ReadLine(); Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 22

23 Klient: public class Client { public static int Main(string [] args) { object[] attrs = new object[1]; Object[0] = new UrlAttribute(" ObjectHandle oh = Activator.CreateInstance("Server","ServerObject",attrs); if (oh!=null) { ServerObject so = (ServerObject)oh.Unwrap(); so.print("hallo"); Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 23

24 J.3.5 Lease Manager pro Domain Verwaltet die Lebenszeit der klientenaktivierten Objekte. Objekte deren Lebenszeit abgelaufen ist, werden der GC zugeführt. Verlängerung durch Sponsor oder via Methodenaufruf des Klienten. public class ServerObject : MarshalByRefObject { public int v=0; public override Object InitializeLifetimeService() { ILease lease = (ILease)base.InitializeLifetimeService(); if (lease.currentstate == LeaseState.Initial) { lease.initialleasetime = TimeSpan.FromSeconds(10); lease.sponsorshiptimeout = TimeSpan.FromSeconds(20); lease.renewoncalltime = TimeSpan.FromSeconds(20); return lease; Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 24

25 J.3.6 Proxy Transparent-Proxy (TP): Klient hat Zeiger auf TP, enthält Beschreibung der Methoden und Felder, kann nicht erweitert oder ersetzt werden, bei Remoting IMessage erzeugen und Invoke von Real-Proxy rufen. Real-Proxy: anpaßbar z.b. für Lastverteilung. K l i e n t P r o x y I M e s s a g e S i n k T r a n s p a r e n t P r o x y C h a n n e l S e r v e r m m t h A t h B I n v o k e S y n c P r o c e s s M e s s a g e v a r V R e a l P r o x y Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 25

26 J.3.7 Kontexte Zusätzliche Dienste für Objekte durch Kontextattribute. zwischen Kontexten ist Marshalling notwendig. ein oder mehrere Kontexte pro AppDomain. gruppiert zusammengehörige Objekte. AppDomain Marshaling Kontext 1 Kontext 2 Objekt Objekt Objekt Property Property Property Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 26

27 kontextfreie & kontextgebundene Objekte. kontextgebunde Obj. stets von System.ContextBoundObject abgeleitet. Kontext-Attribut: werden untersucht beim Erzeugen des Objektes, kontrollieren die Erzeugung von Kontexten, kein oder mehrere Attribute pro Objekt. Kontext-Property: zugreifbar über Namen: Thread.CurrentContext.GetProperty( name ) bieten in der Regel Funktionen zum Kontrollieren der Sinks, implementiert IContextProperty, passive Dienste für Typen. Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 27

28 Sink: aktive Dienste durch Abfangen von Nachrichten, erzwingt bestimmte Politik für einen Kontext, werden dynamisch erzeugt und installiert, verschied. Schnittstellen vordefiniert. verkettet mit anderen Sinks. ObjR ef prop1 prop2 TP RP Sink Sink Sink Sink For matter Compiler Chann els Ob ject Sink Sink Sink Sink prop3 prop4 Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 28

29 J.4 Web-Programmierung J.4.1 Active Server Pages Script-Code eingebettet in HTML-Seiten wird auf Server ausgeführt. Erzeugt dynamische HTML-Seiten für den Klienten. Skriptsprachen: VBScript & Jscript. Microsoft Web-Server notwendig. ASP-Dateien. Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 29

30 J.4.2 ASP.NET Web Applikationen Web Applikationen: ASPX-Dateien in Web-Server Verzeichnis, Code in separaten Dateien (*.cs, *.mod), Kompilation beim ersten Aufruf, Klient erhält nur HTML. Web Controls: laufen auf dem Server, ersetzen HTML Input-Tags, im Code über ID zugreifbar. Klient erzeugt Ereignis, Server verarbeitet es: Web Client Event Event Message Aufruf Event Handler Server Parse Message Event Handler Antwort Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 30

31 Beispiel.aspx: Page Inherits="SeiteBerechnen" Src="Simple.cs" %> <html> <head><title>asp.net Hypotheken Rechner</title></head> <body> <form runat="server"> <asp:button Text="knopf" OnClick="click" RunAt="server" id="button1" /> </form> </body> </html> Simple.cs: public class SeiteBerechnen : Page { protected Button button1; public void click(object sender, EventArgs e) { & Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 31

32 J.4.3 ASP.NET Web Dienste Web Dienste: ASMX-Dateien (*.asmx), Methoden mit Attribut WebMethod. plattform- u. sprachunabhängige Komponenten. Techniken: XML: Datenaustausch SOAP: Methodenaufruf WSDL: Beschreibung eines Dienstes DISCO: Erforschen eines bekannten URLs UDDI: Auffinden von Diensten (Verzeichnis) Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 32

33 Beispiel.asmx: WebService Language="C#" Class="MyService" %> using System; using System.Web.Services; public class MyService : WebService { [WebMethod] public int add(int a, int b) { return a+b; Methoden-Aufruf über HTTP: Verteilte Betriebssysteme, 2007/2008, P. Schulthess, VS, Universität Ulm J - 33