Programowanie w srodowisku sieciowym

1
Programowanie w srodowisku sieciowym
Uniwersytet Lódzki Katedra Informatyki
W. Bartkiewicz
1. Wprowadzenie do platformy .NET
2
Literatura podstawowa

• Orlowski S., C Tworzenie aplikacji sieciowych,
  Helion, 2007.

3
Literatura dodatkowa

• Perry S.C., Core C i .NET, Helion, 2006.

4
Literatura dodatkowa

• Perry S.C., Core C i .NET, Helion, 2006.
• Troelsen A., Jezyk C i platforma .NET, Mikom,
  2006.

5
Cele platformy .NET

• Platforme .NET zaprojektowano jako zintegrowane
  srodowisko, które w zalozeniu ma umozliwiac
  wytwarzanie i uruchamianie aplikacji
  internetowych, bazujacych na Windows Forms, a
  nawet aplikacji dla urzadzen mobilnych.
• Cele platformy
• Zapewnienie logicznie spójnego obiektowego
  srodowiska dla rozmaitych aplikacji.
• Zapewnienie srodowiska, które pozwoli
  zminimalizowac konflikty wersji heterogenicznych
  skladników aplikacji, i tym samym uproscic proces
  dystrybucji i instalacji kodu.
• Zapewnienie srodowiska, które bedzie bazowalo na
  certyfikowanych standardach i które bedzie dawalo
  mozliwosc zarzadzania przez dowolny system
  operacyjny.
• Zapewnienie srodowiska zarzadzanego, w którym
  weryfikacja kodu pod wzgledem bezpieczenstwa
  wykonywania bedzie mozliwie prosta.

6
Infrastruktura wspólnego jezyka (CLI)

• U podstaw tworzonej platformy legla specyfikacja
  standardu infrastruktury wspólnego jezyka (Common
  Language Infrastructure CLI).
• Prezentowane wyzej postulaty dla platformy
  aplikacyjnej sa w zasadzie niemozliwe do
  realizacji w przypadku srodowiska dzialajacego na
  poziomie natywnego kodu wynikowego. Dlatego CLI
  definiuje niezalezne od platformy systemowej
  srodowisko wykonywania kodu wirtualnego.
• Specyfikacja obejmuje przede wszystkim
• Definicja wspólnego jezyka posredniego (Common
  Intermediate Language CIL), który musi byc
  generowany przez kompilatory zgodne ze standardem
  CLI.
• System typów, który definiuje typy danych
  obslugiwane przez wszystkie zgodne jezyki
  programowania (Common Type System CTS).

7
Platforma .NET

• Platforma .NET jest implementacja standardów CLI.
  Dzieli sie ona na dwie podstawowe czesci
• Wspólne srodowisko uruchomieniowe (Com-mon
  Language Runtime CLR).
• Biblioteka klas platformy (Framework Class
  Lib-rary FCL).

8
Wspólne srodowisko uruchomieniowe (CLR)

• Wspólne srodowisko uruchomieniowe (CLR) zarzadza
  calym cyklem zycia aplikacji, a takze zapewnia
  automatyczne zarzadzanie pamiecia.
• Srodowisko CLR obsluguje takze cala integracje
  jezyków programowania, odpowiadajac za
  bezproblemowa wspólprace kodu napisanego w
  róznych jezykach i skompilowanego za pomoca
  róznych kompilatorów.
• Kompilatory spelniajace wymagania CLI generuja
  kod posredni interpretowany przez srodowisko CLR,
  a nie kod dla konkretnego procesora. Kod ten
  nazywany jest wspólnym jezykiem posrednim (CIL),
  jezykiem posrednim (IL), lub jezykiem posrednim
  Microsoft (MSIL).
• W praktyce kod posredni jest umieszczany w
  plikach EXE lub DLL, ale nie sa to standardowe
  pliki wykonalne.
• Wymagaja one uzycia kompilatora na biezaco
  (Just-In-Time JIT), który w czasie wykonywania
  aplikacji dokona interpretacji jezyka posredniego
  na odpowiedni kod maszynowy.

9
Wspólne srodowisko uruchomieniowe (CLR)

• Za zarzadzanie jezykiem posrednim odpowiada
  srodowisko CLR. Dlatego kod ten nazywamy kodem
  zarzadzanym (managed code).
• Kod posredni jest kluczem do spelnienia wymogów
  formalnych stawianych platformie .NET
• Poniewaz elementy aplikacji integrowane sa za
  pomoca niezaleznego od jezyka zródlowego, ale
  jednolitego dla wszystkich jezyków zródlowych,
  kodu posredniego, integrowane moga byc elementy
  wygenerowane za posrednictwem róznych
  kompilatorów.
• Poniewaz proces tworzenia kodu maszynowego
  przeniesiony zostal na poziom kompilatora JIT
  wbudowanego w srodowisko, wiec ten sam kod
  posredni wykonywany moze byc na róznych
  platformach systemowych, zawierajacych wlasne
  srodowiska CLR.

10
Platforma .NET
11
Metadane

• Poza generowaniem kodu posredniego, kompilatory
  CLI generuja w kazdym module kodu odpowiednie
  metadane, zbiór tabel zapewniajacy modulom
  wlasnosc samoopisywania.
• Metadane obejmuja informacje o pakiecie
  (zestawie) kodu (assembly), do którego dany kod
  nalezy oraz kompletny opis samego kodu, a przede
  wszystkim opisy typów i ich skladowych.
• Metadane wykorzystywane sa przede wszystkim przez
  kompilator JIT, pobierajacy informacje niezbedne
  do weryfikacji kodu oraz badania zgodnosci typów.
• Metadane wykorzystywane sa równiez przez
  podstawowy skladnik CLR w dziedzinie zarzadzania
  pamiecia, odsmiecacz pamieci (garbage collector).
  Uzywa on metadanych do okreslenia, kiedy pola w
  ramach danego obiektu odwoluja sie do innych
  obiektów.
• Platforma .NET zawiera zbiór klas,
  wykorzystujacych metadane do odpytywania obiektów
  o ich strukture. Tego rodzaju funkcjonalnosc
  nazywamy refleksja (reflection).

12
Wspólny system typów (CTS)

• Dla integracji na plaszczyznie jezyka
  posredniego, elementów aplikacji stworzonych z
  wykorzystaniem róznych jezyków zródlowych,
  niezbedne jest, aby jezyki te obslugiwaly wspólny
  zestaw typów danych i specyfikacje jezyków.
• Wspólny system typów (Common Type System CTS)
  definiuje bazowy zbiór typów danych dla kazdego
  jezyka zgodnego ze specyfikacja CLI.
• System CTS definiuje nie tylko same typy, ale
  takze ich zachowania gwarantujace pelna zgodnosc
  ze srodowiskiem CLR.
• Okresla on równiez sposób deklarowania i
  tworzenia typów niestandardowych oraz mechanizm
  zarzadzania cyklem zycia instancji tych typów.

13
Wspólny system typów (CTS)
Object
Typy referencyjne (sterta)
Typy wartosciowe (stos)
Typy proste
Klasa
Struktury
Interfejs
Typy wyliczeniowe
Tablica
14
Specyfikacja wspólnego jezyka (CLS)

• Kompilator zgodny ze specyfikacja wspólnego
  systemu typów (CTS) gwarantuje jedynie, ze jego
  typy beda prawidlowo obslugiwane przez srodowisko
  uruchomieniowe CLR. Sama zgodnosc typów nie
  oznacza jeszcze, ze dany jezyk moze byc
  integrowany z innymi jezykami.
• Taka mozliwosc wymaga zgodnosci z bardziej
  restrykcyjnym zbiorem specyfikacji wspólnego
  jezyka (Common Language Specification CLS),
  które definiuja podstawowe reguly wspólpracy
  jezyków programowania.
• Wspomniane specyfikacje stanowia minimalny zestaw
  wymagan, które musza byc spelnione przez kazdy
  kompilator zapewniajacy pelna zgodnosc ze
  srodowiskiem CLR.

15
Moduly kodu .NET

• Kompilatory umieszczaja caly kod wykonywany na
  platformie .NET w specjalnych modulach kodu,
  nazywanych pakietami lub zestawami (assemblies).
• Kazdy taki zestaw logicznie postrzegany jest jako
  pojedynczy plik EXE lub DLL. Fizycznie moduly te
  moga skladac sie z kolekcji plików, zawierajacych
  sam kod oraz niezbedne zasoby.

16
Elementy modulu kodu .NET

• Manifest. Kazdy modul kodu .NET musi zawierac
  jeden plik, zawierajacy tzw. manifest.
• Manifest jest zbiorem tabel metadanych,
  zawierajacym listy nazw wszystkich plików w danym
  zestawie (pakiecie), odniesienia do modulów
  zewnetrznych, oraz informacje identyfikacyjne dla
  danego modulu (np. nazwa, numer wersji, w
  niektórych przypadkach równiez niezbedne
  sygnatury cyfrowe).
• Ladujac modul, srodowisko CLR otwiera manifest w
  pierwszej kolejnosci, aby miec mozliwosc
  identyfikacji pozostalych elementów zestawu.
• Metadane. Oprócz tabel manifestu, kompilator .NET
  generuje jeszcze tabele definicji oraz
  referencji.
• Tabele definicji zawieraja kompletny opis typów
  stosowanych w kodzie posrednim modulu.
  Przykladowo kompilator C generuje tabele
  definiujace typy, metody, pola, parametry i
  wlasciwosci.
• Tabele referencji zawieraja informacje o
  wszystkich odniesieniach do typów i pozostalych
  modulów.

17
Wlasciwosci modulów

• Do uruchomienia aplikacji wymagane sa tylko te
  moduly (zestawy, pakiety), bez których nie mozna
  przeprowadzic inicjalizacji. Pozostale sa
  ladowane na zadanie (wedlug potrzeb).
• Modul kodu .NET wyznacza tzw. granice wersji.
  Pole wersji w manifescie stosowane jest do
  wszystkich elementów zestawu, wlacznie z typami i
  zasobami.
• Zestaw .NET wyznacza równiez granice
  bezpieczenstwa, od której zaleza wszystkie
  uprawnienia dostepu. Niektóre elementy modulu
  dostepne sa jedynie wewnatrz niego.
• Modul .NET moze miec charakter prywatny w obrebie
  aplikacji. Zestawy (pakiety) prywatne moga byc
  umieszczane bez zadnej rejestracji w katalogach
  bazowych aplikacji. Moga byc równiez zarzadzane z
  wykorzystaniem specjalnych plików
  konfiguracyjnych aplikacji.
• Modul .NET moze miec równiez charakter
  wspóldzielony. Zestawy (pakiety) wspóldzielone
  rejestrowane sa w srodowisku .NET, w tzw.
  globalnej pamieci podrecznej zestawów (Global
  Assembly Cache GAC).

18
Biblioteka FCL

• Biblioteka klas platformy (Framework Class
  Library FCL) jest zbiorem klas i innych typów
  (interfejsów, typów wyliczeniowych i struktur),
  które sa dostepne dla zarzadzanego kodu
  napisanego w dowolnym jezyku zgodnym ze
  specyfikacja srodowiska uruchomieniowego CLR.
• Biblioteki te zwiazane sa wiec ze srodowiskiem
  .NET i sa jednakowe dla wszystkich kompilatorów.
• Zasoby w ramach biblioteki FCL podzielone sa na
  logiczne grupy nazywane przestrzeniami nazw
  (namespaces).
• Do najwazniejszych przestrzeni nazw w bibliotece
  FCL naleza
• System Elementarne typy danych, dzialania
  matematyczne, czyszczenie pamieci, wiele
  powszechnie stosowanych wyjatków oraz atrybutów
  predefiniowanych.
• System.Collections Klasy kontenerowe (np.
  ArrayList, Queue, SortedList), jak równiez typy
  podstawowe oraz interfejsy umozliwiajace
  tworzenie kontenerów niestandardowych.

19
Biblioteka FCL

• System.Data, System.Data.Common,
  System.Data.OleDb, System.Data.SqlClient
  Operacje na bazach danych.
• System.Diagnostics Debugowanie i sledzenie
  wykonania kodu zródlowego.
• System.Drawing, System.Drawing.Drawing2D,
  System.Drawing.Printing Typy opakowujace GDI,
  obsluga drukarki, zaawansowane klasy obslugi
  grafiki.
• System.IO Obsluga operacji wejscia/wyjscia.
• System.NET Programowanie sieciowe.
• System.Reflection, System.Reflection.Emit
  Odpytywanie informacji o typach podczas dzialania
  programu, dynamiczne tworzenie i wywolywanie
  wlasnych typów uzytkownika.
• System.Runtime.InteropServices Wspólpraca z
  kodem niezarzadzanym (np. biblioteki DLL w C,
  komponenty COM).
• System.Runtime.Remoting Komponenty .NET
  Remoting.

20
Biblioteka FCL

• System.Security System bezpieczenstwa wbudowany
  w srodowisko .NET (zarzadzanie prawami dostepu,
  szyfrowanie, itp.).
• System.Threading Watki, wspólbieznosc.
• System.Web Aplikacje internetowe, m.in.
  ASP.NET, uslugi sieciowe XML.
• System.Windows.Forms Komponenty wspomagajace
  tworzenie GUI.
• System.XML Obsluga danych w formacie XML.

21
Biblioteka FCL

• Korzystanie z przestrzeni nazw w C
• Nazwy elementów innych przestrzeni nazw
  kwalifikowane sa nazwa przestrzeni nazw i kropka.
• Np. odwolanie do klasy Bitmap z System.Drawing
• new System.Drawing.Bitmap(20, 20)
• Wlaczenie przestrzeni nazw umozliwia dalsze
  odwolania do jej elementów bez kwalifikacji nazwa
  namespacea
• using System
• ...
• new Bitmap(20, 20)
• Wlaczenie przestrzeni nazw nie dotyczy jej
  podprzestrzeni.
• using System
• using System.Drawing