Microsoft.NET Architektur. Matthias Nübling

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1 Microsoft.NET Architektur Matthias Nübling

2 Gliederung Common Language Runtime Assemblies Ausführungsmodell Interoperabilität Sicherheit

3 .NET Ziele Einheitliches Programmiermodell für unterschiedliche Programmiersprachen C#, VB.NET, C++, J#,... für unterschiedliche Anwendungstypen Desktop Anwendungen Web Applikationen Web Services Anwendungen für mobile Endgeräte

4 Einheitliches Programmiermodell Konsistentes sprachunabhängiges API.NET Framework VB Forms MFC/ATL ASP Windows API

5 .NET Ziele Robuste und sichere Laufzeitumgebung Vereinfachung der Installation Interoperabilität Plattformunabhängigkeit Komponentenkonzept

6 .NET Framework und Tools! "! # ASP.NET und XML Web Services ADO.NET: Data und XML Windows User Interface $ %& '.NET Framework Base Class Library Common Language Runtime

7 Common Language Runtime (CLR) Einheitliche Laufzeitumgebung Stellt Dienste zur Verfügung für Entwicklung Interoperabilität von Programmiersprachen Erhöhte Produktivität Auslieferung Einfaches, zuverlässiges Deployment Weniger Versionierungsprobleme Betrieb Performance Zuverlässigkeit Skalierbarkeit Sicherheit DLL Hell

8 CLR: Einheitliches Integrationsmodell Sprachintegration Layer (VBRUNxx.DLL) (MSVCRT.DLL) Layer (VBRUNxx.DLL) (MSVCRT.DLL) Kontext Concurrency Transaktionen Class-Loader Remoting Microsoft Transaction Server (MTXEX.DLL) COM Runtime (OLE32.DLL) COM+ Runtime (OLE32.DLL) Common Language Runtime (MSCOREE.DLL) (MSCORLIB.DLL)

9 CLR: Aufgaben Codemanagement Generierung von nativen Code aus MSIL Laden und Ausführen von Managed Code Erzeugung und Verwaltung von Metadaten Verifikation der Typsicherheit Versionsprüfungen Sicherheitsprüfungen Speicherverwaltung Garbage Collection Fehlerbehandlung (Exception Handling) Interoperation von.net Framework Objekten und COM Objekten sowie Win32 DLLs Unterstützung von Entwicklerservices (Profiling, Debugging, etc.)!

10 CLR: Architektur Base Class Library Support Thread Support Type Checker Security Engine COM Marshaler Exception Manager Debug Engine IL to Native Compilers Code Manager Class Loader Garbage Collector "

11 Module und Assemblies Typen werden in Dateien definiert Ein Typ muß immer vollständig in einer Datei definiert werden Keine Header- und Source- Dateien Eine Datei kann aber mehrere Typen umfassen Dateien werden zu Module übersetzt Module werden zu Assemblies zusammengefaßt Assembly Modul Datei Typ ""

12 Module Source Code (mod1.cs) Typ A { } Typ B { } csc csc /target:module /out:mymod.mod mod1.cs Compiler (C#, VB.NET, etc.) Typ C { } Modul MyMod.mod MSIL-Code für Typ A MSIL-Code für Typ B MSIL-Code für Typ C Metadaten für die Typen A, B und C "

13 Metadaten und Reflection Ein Modul dient als Container für Typen Ein Modul enthält den IL-Code der Typen Beschreibung der Typen Die Beschreibung der Typen wird mit Metadaten bezeichnet Jedes Modul enthält Metadaten Compiler erstellt Metadaten on the fly "

14 Metadaten und Reflection Metadaten sind für alle Module auf die gleiche Art und Weise aufgebaut Einheitliches Format Über Programmiersprachen hinweg verwendbar Metadaten eines Moduls können zur Laufzeit ausgelesen und geändert werden Diesen Vorgang nennt man Reflection.NET Framework stellt entsprechende Klassen über den Namespace System.Reflection bereit "

15 Assemblies.NET Anwendungen bestehen aus Assemblies Assembly = Komponente Ein Assembly ist ein Container für Module Assemblies sind logische Einheiten für Auslieferung Kapselung von Typen Sicherheit Referenzierung Versionierung Side-by-side Ausführung "

16 Aufbau eines Assembly Manifest Beschreibung der Bestandteile eines Assemblies (Version, exportierte Typen, Abhängigkeiten etc.) Metadaten Beschreibung aller Typen des Assemblies Microsoft Intermediate Language (MSIL, IL) Alle.NET Sprachen werden in IL übersetzt (Managed Code) IL wird vor der Ausführung immer in Maschinencode übersetzt Resourcen Weitere Dateien, z.b..bmp,.jpg XYZ.DLL Manifest Metadaten MSIL Resourcen "

17 Bestandteile eines Assembly Assembly aus einer Datei Assembly aus mehreren Dateien File1.dll File2.dll Graphic.jpg Logo.gif Manifest Metadaten MSIL Metadaten MSIL Resource Resource File3.dll Manifest "

18 Manifest Jedes Assembly enthält genau ein Manifest welches das Assembly beschreibt Das Manifest enthält Assembly-Identität Name + Version + Ländercode (Culture) Liste der Dateien, aus denen das Assembly besteht Abbildung von Typen auf Module Referenzierte Assemblies Exportierte Typen und Resourcen Attribute, z.b. Sichtbarkeit "

19 Manifest und Metadaten Manifest Name Version Ländercode (Culture) Andere Assemblies Sicherheitsattribute Exportierte Typen Metadaten Klassen Basisklassen Implementierte Interfaces Datenelemente Methoden Attribute "!

20 Verwendung von Metadaten Serialisierung (z.b. SOAP) Andere Compiler Typ Browser Schema Generator Source Code Compiler Assembly (Manifest, Metadaten und Code) XML Format (WSDL) Reflection Designers Debugger Profiler Proxy Generator

21 Assemblies: Übersetzen von Sourcen Source Code (app1.cs) Typ A { } Typ B { } csc csc /target:library app1.cs Compiler (C#, VB.NET, etc.) Typ C { } Assembly (app1.dll) Modul Manifest MSIL-Code für Typ A MSIL-Code für Typ B MSIL-Code für Typ C Metadaten für die Typen A, B und C "

22 Assemblies: Binden von Modulen csc csc /target:module /out:app2.mod app2.cs csc csc /target:module /out:app3.mod app3.cs al al /target:library /out:app1.dll app2.mod app3.mod Assembly (app1.dll) Manifest Modul 1 (app2.mod) MSIL-Code für Typ D MSIL-Code für Typ E Metadaten für D und E Modul 2 (app3.mod) MSIL-Code für Typ F MSIL-Code für Typ G Metadaten für F und G

23 Kategorien von Assemblies Private Assemblies: Assemblies können nur von genau einer Anwendung benutzt werden Öffentliche Assemblies: Assemblies können global von allen Anwendungen benutzt werden

24 Private Assemblies Identifikation anhand eines einfachen Namens, z.b. Calculator Keine Versionsüberprüfung Installation per Filecopy Standardmäßig befinden sich Assembly und Anwendung im gleichen Verzeichnis Verzeichnis kann per.config-datei definiert werden

25 Öffentliche Assemblies Identifikation über einen Starken Namen (Strong Name) Versionsüberprüfung durch die Runtime Installation im Global Assembly Cache ( SDK-Tool gacutil.exe) systemweiter Speicherbereich normale Dateien keine Registry-Einträge, o. ä. Eindeutigkeit des Namens wird mit Hilfe der Public- Key-Verschlüsselung hergestellt Strong Name = Identität + Public Key Attribut Originator im Manifest Wenn möglich sind lokale Assemblies den globalen vorzuziehen

26 Starke Namen (Strong Names) Starke Namen identifizieren ein Assembly Ein starker Name setzt sich zusammen aus Assembly-Name Version (Major.Minor.Build.Revision) Sprache (Culture) Öffentlicher Schlüssel (Public Key) Vorteile Garantierte Eindeutigkeit von Namen Schutz vor Bildung neuer Versionen durch andere Integritätsprüfungen: Garantie, daß der Inhalt des Assembly seit der Erzeugung nicht geändert wurde

27 Global Assembly Cache (GAC) Globale Assemblies können von jeder Applikation auf dem Rechner referenziert werden Abgelegt als Dateien in (c:\winnt\assembly) Hinzufügen von Assemblies zum GAC Installationsprogramm Windows Explorer (Shell Erweiterung wird mit dem.net Framework SDK installiert..net Framework Konfigurations-Tool ( )

28 Signierung öffentlicher Assemblies IL Metadata Hash PE File Hash Value Signed with Private Key RSA Digital Signature Manifest AssemblyDef Table FileDef Table Embedded in PE File Public Key (Originator) RSA Digital Signature Embedded in PE File Public Key (Originator)

29 Signierung öffentlicher Assemblies Keyfile erstellen sn sn k k orgkey.snk Versions- und Keyfile-Information im Sourcecode angeben #if #if STRONG [assembly: System.Reflection.AssemblyVersion(" ")] [assembly: System.Reflection.AssemblyKeyFile("orgKey.snk")] #endif Beim Kompilieren des öffentlichen Assemblies wird der Public Key im Manifest eingetragen Client, der das Assembly referenziert, erhält beim Kompilieren einen Hashwert des Public Key (Public Key Token)!

30 Signierung öffentlicher Assemblies Übersetzung csc csc /define:strong /target:library /out:areverser.dll AReverser.cs Installation im Global Assembly Cache gacutil /i /i AReverser.dll Löschen aus dem Global Assembly Cache gacutil /u /u AReverser

31 Demo: Signierung "

32 CLR: Übersetzung und Ausführung Quell- Code VB.NET Compiler C# Compiler C++ Compiler MSIL Assembly Assembly Assembly Ngen Common Language Runtime JIT Compiler Maschinen- Code Managed Code CLR Services Managed Code CLR Managed Code Unmanaged Code Operating System Services

33 Übersetzung JIT Compiler Erzeugt optimierten Maschinencode Code-Erzeugung vor dem erstmaligen Aufruf einer Methode Verifiziert den IL Code Code-Erzeugung zur Installationszeit Reduziert die Startup-Zeit Versionsprüfungen werden durchgeführt

34 Managed Code Sämtlicher Code wird unter Aufsicht der Common Language Runtime ausgeführt Runtime führt Sicherheitsüberprüfungen aus Runtime übernimmt Speicherverwaltung und Fehlerbehandlung ( GC, Exceptions) Runtime führt Versionsprüfungen aus Dieser Code wird mit managed code (verwalteter Code) bezeichnet

35 Laufzeit-Hosts ASP.NET Internet Explorer Ausführbare Shell Weitere in Zukunft z.b. SQL Server (Yukon) Laufzeit-Hosts können auch selbst entwickelt werden

36 Sprach-Interoperabilität Common Type System (CTS) Die Menge aller möglichen Datentypen, die von einer.net-programmiersprache verwendet werden kann Common Language Specification (CLS) Die Untermenge des CTS, die von jeder Sprache unterstützt werden muß. Sie garantiert die Interoperabilität von unterschiedlichen Sprachen.NET-Programmiersprachen Microsoft: VB.NET, C#, C++, J#, JScript Third-Party: Cobol, Eiffel, Smalltalk, Scheme, Oberon, Haskell, Java, Python, Perl,

37 Sprach-Interoperabilität CTS VB.NET CLS C#

38 Common Type System Werttypen Klassen Arrays Interfaces Delegates Verschachtelte Typen Enumerationen Pointer verwaltete Pointer, nichtverwaltete Pointer, nichtverwaltete Funktions-Pointer

39 Common Type System Felder Properties Methoden Events Elementeigenschaften Abstract, virtual, final (C#: sealed) Literal, Konstante Statisch, per Instanz Public, private, family (C#: protected), assembly (C#: internal) Override!

40 Interoperabilität.NET stellt zwei Interoperabilitätsmechanismen zur Vergügung, mit denen von verwalteten auf unverwalteten Code zugegriffen werden kann (und umgekehrt) P/Invoke (Platform Invocation) für den Zugriff auf nichtverwaltete Dynamic Link Libraries (DLLs) COM Integration für den Zugriff auf COM- Komponenten. Der umgekehrte Fall wird auch unterstützt.

41 Security Verteilte Applikationen können Code dynamisch über das Internet laden und ausführen (mobiler Code) Manipulierter Code kann Systeme und Daten beschädigen Bisherige Security Mechanismen: Security bezieht sich auf User und Ihre Rollen Code wird mit Rechten des Users ausgeführt Beschränkter Zugriff auf Ressourcen (Verzeichnisse, Files, Konfiguration) "

42 CLR Security Rollen-basierte Security Benutzer gehört zu einer Gruppe Benutzer muss sich authentifizieren Prinzipal Konzept (Gruppenrechte) Code access security Zusätzlich zur Rollen-basierten Security Bietet Schutz vor manipulierten Code Security Modell basiert auf Permissions Code benötigt Rechte um Operationen auszuführen

43 Permissions (Rechte) Permissions sind Objekte, die den Zugang zu bestimmten Ressource kontrollieren Was wird kontrolliert? Dateisystem, Netzwerk, User Interface, Registry, Datenbank, Environment Variablen, Code kann Permissions anfordern (request) Die CLR gewährt Permissions auf Anforderung, wenn der Aufrufer vertrauenswürdig ist (grant) Permissions können von der aufrufenden Funktion angefordert werden (demand)

44 Deklarative Permissions Über Attribute Spezielle Permissions für Assembly, Klasse oder Methode Lower Lever Security überschreibt Higher Level Security! Zur Ladezeit wird entschieden ob Permission gewährt wird using using System.Security.Permissions; [FileIOPermissionAttribute(SecurityAction.Demand)] public public static static string string ReadData() ReadData() { // // lese lese File File ein ein }

45 Imperative Permissions Über expliziten Code Erzeuge ein Permission Objekt und rufe seine Methoden auf Schutz bezieht sich auf Methode Zur Laufzeit wird entschieden ob Permission gewährt wird using using System.Security.Permissions; String String fullpath fullpath = Directory.GetFullPathInternal(fileName); FileIOPermission FileIOPermission p = new new FileIOPermission( FileIOPermissionAccess.Read, fullpath); fullpath); p.demand(); p.demand();

46 Security Checks Applikationen umfassen mehrere Assemblies.exe Assembly Assemblies aus der Framework Class Library Fremde Library, Mobile Code, etc. Wenn ein Assembly ein anderes aufruft wird Security Grenze überschritten Vor Ausführung einer sensiblen Operation checkt die CLR den Call-Stack Kontrolle ob jedes Assembly am Call-Stack die nötigen Permissions hat Dieser Stack-walk heißt Demand

47 Stack Walking Jede Methode hat bestimmte Berechtigungen Call Stack wächst nach unten Methode M1 B1 P Methode M2 B2 P Methode M3 B3 P Methode M4 fordert Permission P P Methode M4 B4 P wird mit den Berechtigungenaller Aufrufer am Stack über M4 verglichen

48 Stack Walk Modifikatoren Modifikatoren überschreiben das Ergebnis des Stack-Walks Assert Ich verbürge mich für meine Aufrufer. Permission nicht weiter prüfen Security Loch Deny Permission wird explizit verweigert PermitOnly Erlaubt Zugriff auf eine spezielle Ressource

49 Fragen? Uff...!

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