.NET als Komponenteninfrastruktur

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.NET als Komponenteninfrastruktur
Vortragender
Boris Tsarev
Seminar Komponentenbasierte Software-Entwicklung
WS 04/05 Prof. Löhr, Karl Pauls
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Inhalt

• Was ist eine .NET Komponente?
• Architektur von .NET Framework
• .NET Assemblies
• Komponenten in .NET
• Enterprise Component Services in .NET

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Was ist eine Softwarekomponente?

• Eine Softwarekomponente ist
• eine wiederverwendbare binäre Einheit
• zur Komposition von Anwendungen
• definiert Schnittstellen und stellt Dienste
  bereit
• kann allein installiert werden
• kann von Drittanbieter erstellt oder benutzt
  werden
• an Szyperski angelehnt

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Aspekte der Granularität von Softwarekomponenten

• Eine Komponente bildet eine Einheit bezüglich
• Abstraktion
• Kompilierung
• Auslieferung
• Installation
• Konfiguration
• Lokalisierung
• Laden

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Inkonsistente Nutzung des Begriffs Komponente
in .NET

• To be a component, a class must implement the
  System.ComponentModel.IComponent interface and
  provide a basic constructor that requires no
  parameters or a single parameter of type
  IContainer.
• MSDN Library
• Komponente wird an einigen Stellen der
  Dokumentation als Synonym von .NET Assembly
  verwendet
• .NET Framework SDK
• In this book, a component is a .NET class.
• .NET Components von Juwal Löwy
• Sprachunabhängigkeit auf Klassenbasis bereits zur
  Entwicklungszeit!
• Component Services auf Basis der Klassen!

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Was ist eine .NET Komponente?

• Eine Definition, die der allgemeinen Definition
  zur Softwarekomponente gerecht ist
• Jede .NET Assembly ist eine Komponente, sofern
  sie öffentliche Klassen bereitstellt.
• www.it-visions.de Dr. Schwichtenberg

Assembly
Öffentliche Klasse1
Öffentliche Klasse2
Interne Klasse3
Interne Klasse4
7
Architektur von .NET Framework
.NET Programmiersprachen
Ein gemeinsames Typsystem für alle .NET Sprachen
Umfangreiche Klassen-Bibliothek
Laufzeitumgebung
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Common Language Infrastructure - CLI
.NET Assembly
C
Compiler C
Intermediate Language Metadata
VB.NET
Compiler VB.NET
Loader
C
Compiler C
...
IL JIT-Compiler
J
Compiler C
Execution
Virtual Execution System
CLI ist ECMA und ISO-Standard!
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Common Language Runtime (CLR)

• CLR ist die Microsoft Implementierung von CLI
• Laufzeitumgebung zur Ausführung von Managed Code
• Laden von .NET Assemblies/Modulen
• Auflösung von Verweisen auf Assemblies
• Sicherheits- und Versionsüberprüfungen
• Speicherverwaltung
• Übersetzung in native code und Ausführung
• Fehlerbehandlung

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JIT-Übersetzung
Class Loader
Class Loader
load
11
Interoperabilität mit .NET

• Interoperabilität zwischen verschiedenen .NET
  Programmiersprachen
• Gemeinsames Typsystem (Common Type System)
• Gemeinsame Zwischensprache (Common Intermediate
  Language)
• Richtlinien bei der Übersetzung in IL (Common
  Language Specification)
• Mächtige Klassenbibliothek, die allen
  Programmier-sprachen zur Verfügung steht

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Interoperabilität mit .NET - Beispiel
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Plattformunabhängigkeit mit .NET

• Laufzeitumgebung für die jeweilige Plattform
  (Windows - CLR, FreeBSD und Mac OS X Rotor,
  Linux - Mono)
• .NET Compact Framework für mobile Geräte
• Standardisierter Satz von Instruktionen für die
  Zwischensprache

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Assemblies Übersicht

• Was ist eine Assembly?
• Aufbau einer Assembly
• Erstellung von Assemblies
• Installation von Assemblies

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Was sind Assemblies?

• Assemblies sind die Bestandteile einer .NET
  Anwendung
• Eine Assembly ist die kleinste Einheit bezüglich
• Installation
• Versionierung
• Sicherheitsaspekte
• Ausführung bzw. Einbindung
• Assemblies sind logische Gebilden
• Können aus mehreren Dateien bestehen
• Die Beziehung der Dateien in einer Assembly ist
  auf Dateiebene nicht ersichtlich
• selbst-beschreibend keine Zusatzinformation
  nötig, um die Assembly zu starten oder nutzen

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Arten von Assemblies (1)

• Statische Assembly
• liegt physisch als Datei(en) vor
• Dynamische Assembly
• wird dynamisch mittels Reflektion erstellt
• Klasse System.Reflection.Assembly
• Ausführbare Assembly (.EXE) Out-process
  Assembly
• kann direkt gestartet werden
• hat einen Einstiegspunkt statische Main-Methode
• Klassen-Bibliothek (.DLL) In-process Assembly
• kann nur in der Umgebung einer ausführbaren
  Assembly genutzt werden

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Arten von Assemblies (2)

• Einzeldatei Assembly
• besteht aus genau einer Datei
• Mehrdatei Assembly
• ist auf mehreren Dateien verteilt
• Private Assembly
• liegt im Verzeichnis oder einem Unterverzeichnis
  der .NET Anwendung, von der sie genutzt wird
• kann von anderen Assemblies außerhalb des
  Verzeichnisses nicht genutzt werden
• Shared Assembly öffentliche Assemby
• wird auf dem Zielsystem an einem allen bekannten
  Ort installiert Global Assembly Cache (GAC)
• kann von allen genutzt werden

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Aufbau einer Assembly

• Assemblies bestehen aus
• Ein oder mehreren .NET-Modulen
• Ressourcen-Dateien (Bilder, Textdateien, usw.)
• Assembly-Manifest (verpflichtend)
• Diese Bestandteile können beliebig auf Dateien
  verteilt werden bzw. mehrere Bestandteile in
  einer Datei integriert werden
• Die Dateien einer Assembly müssen auf dem
  Zielsystem im gleichen Ordner liegen

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.NET Module managed module

• Ein .NET Modul ist die kleinste kompilierbare
  Einheit
• Ein .NET Modul enthält
• Definition von Typen und deren Implementierung
  übersetzt in IL
• Metadata Beschreibung der enthaltenen Typen und
  ihre sichtbare Elemente, sowie globale
  Definitionen (Aufzählungen, Delegate)

.NET Module
IL-Code
Metadata
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Verteilung von Assemblies auf Dateien
Einzeldatei-Assembly
Mehrdatei-Assembly
Mehrdatei-Assembly
.DLL oder .EXE
.DLL oder .EXE
Manifest
Manifest
IL-Code
Metadata
Resources
Resources
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Warum Mehrdatei-Assemblies?

• Rücksicht auf kleine mobile Geräten und Internet
  Anwendungen
• CLR lädt einen .NET Modul oder Ressourcen-Datei,
  nur wenn sie gebraucht wird
• Wenn diese in der Assembly-Datei eingebettet
  sind, werden sie mitgeladen
• Bei einer direkt vom Internet gestarteten .NET
  Anwendung schließt laden auch herunterladen
  ein!
• ..., aber aufwendigere Administration

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Assembly-Manifest

• Assembly-Identität
• Assembly-Name
• Version
• Culture-Information
• Öffentlicher Schlüssel des Erstellers
• Liste aller Dateien, aus der die Assembly besteht
• Typ-Information wo sich von außen
  referenzierbaren Typen befinden
• Liste aller statisch referenzierten Assemblies
• Weitere Assembly-Attributen wie z.B. Product,
  Company usw.

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Erstellung von AssembliesBeispiel Banking
Klassendiagramm
1

BankServer
Account
createAccount (AccountNumstring)
readonly AccountNum string
deleteAccount (AccountNumstring)
AccountBalance double
checkAccountBalance (AccountNum string) double
takeMoney (Amount double)
putMoney (Amount double)
payoutAccount (AccountNumstring, Amountdouble)
payinAccount (AccountNumstring, Amountdouble)
Demo Quellcode
BankClient
static Main()
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Erstellung von Einzeldatei-Assemblies

• Visual Studio .NET erzeugt beim Kompilieren eines
  Projekts standardmäßig Einzeldatei-Assemblies
• Console-Tools
• C Compiler csc.exe
• VB.NET Compiler vbc.exe
• Assembly Linker AL.exe
• Erstellung einer Klassen-Bibliothek (.DLL)
• gt csc /targetlibrary Bank.cs
• -gt Bank.dll
• Erstellung einer ausführbarer Assembly (.EXE)
• gt csc /targetexe /rBank.dll BankClient.cs
• -gt BankClient.exe

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Erstellung von Mehrdatei-Assemblies

• Erstellung einer Mehrdatei-Assembly
• Quellcode als .NET Module kompilieren
• gt csc /targetmodule Account.cs -gt
  Account.netmodule
• An einem wichtigen .NET Modul das
  Assembly-Manifest anhängen
• gt csc /targetlibrary /addmoduleAccount.netmodul
  e Bank.cs -gt Bank.dll
• Alternativ das Assembly-Manifest getrennt
  erstellen
• gt csc /targetmodule /addmoduleAccount.netmodule
  Bank.cs -gt Bank.netmodule
• gt al /outBank.dll /tlibrary Account.netmodule
  Bank.netmodule -gt Bank.dll

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Ressourcen in Assemblies

• Während der Kompilierung
• gt csc /resourceMenu.txt /rBank.dll
  BankClient.cs
• -gt Die Datei Menu.txt wird in BankClient.exe
  eingebettet
• gt csc /linkresourceMenu.txt /rBank.dll
  BankClient.cs
• -gt Die Datei Menu.txt wird nur verlinkt
• Nutzung von Ressourcen im Code
• Assembly a Assembly.GetExecutingAssembly()
• Stream strm a.GetManifestResourceStream
  (Menu.txt)
• StreamReader sr new StreamReader(strm)
• string s sr.ReadToEnd()
• sr.Close()

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Assemblies-Inhalt anzeigen lassen

• IL Disassembler - ILDASM.exe
• Zeigt das Assembly-Manifest, den Aufbau, die
  enthaltenen Typen und deren Implementierung in IL
  an
• .NET Component Inspector
• Startet die Assembly und erkundet sie mittels
  Reflection

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Installation von privaten Assemblies

• Private Assemblies werden von einer Anwendung
  benutzt
• Eindeutige Bindung über Assembly-Name
• Installation erfolgt durch Kopieren
• Keine Einträge in der Registry nötig!
• Installationsort von privaten Assemblies
• Selbes Verzeichnis wie Anwendung
• Unterverzeichnis mit Namen der Assembly
• Unterverzeichnis angegeben als Suchpfad in der
  Konfigurationsdatei der Anwendung
  Anwendung.exe.config

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Installation von öffentlichen Assemblies

• Öffentliche Assemblies können von allen .NET
  Anwendungen genutzt werden
• Eindeutige Bindung über Strong-Name
• Sie werden in Global Assembly Cache (GAC)
  installiert
• Erfordert Toolunterstützung
• Durch Installer auf dem Zielsystem
• Gacutil.exe für Entwickler
• In GAC können ohne Probleme unterschiedliche
  Versionen einer Assembly installiert werden - No
  more DLL-Hell!
• Side-by-Side Execution CLR kann parallel
  mehrere Versionen einer Assembly laden

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Global Assembly Cache

• Zentraler Speicherort aller öffentlichen
  Assemblies
• Vorübersetzte Assemblies für die aktuelle
  Plattform werden in NativeImages_.. abgelegt
• CLR prüft zuerst in NativeImages
• Vorübersetzung mit Ngen.exe (Native Image
  Generator)

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Strong Names öffentlicher Assemblies

• Öffentliche Assemblies werden durch ihren Strong
  Names eindeutig identifiziert und referenziert
• Bestandteile von einen Strong Name
• Name der Assembly
• Öffentlicher Schlüssel des Herstellers
• Culture (Sprache-Land) z.B. en-US, de-AT
• Version ltMajorgt.ltMinorgt.ltBuildgt.ltRevisiongt
• Beispiel

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Digitale Signierung von Assemblies

• Öffentliche Assemblies werden digital signiert
• CLR überprüft die Echtheit der Assemblies

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Erstellung von öffentlichen Assemblies

• Generierung von einem Schlüsselpaar
• gt sn -k MyCompany.keys
• Auf die Schlüsseldatei bei der Kompilierung
  hinweisen
• assemblyAssemblyKeyFile("MyCompany.keys")
• oder al.exe /keyfileMyCompany.keys
• gt csc /tlibrary Bank.cs
• -gt Bank.dll ist signiert und kann in GAC
  installiert werden
• Installation in GAC mit gacutil.exe
• gt gacutil /i Bank.dll

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Versionskontrolle (1)

• Private Assemblies im Programmverzeichnis der
  .NET Anwendung, die sie nutzt
• Für jede .NET Anwendung kann man die genau
  passende Version einer privaten Assembly haben
• Bei öffentlichen Assemblies ist die Version ein
  Teil der Identität der Assembly
• CLR sucht standardmäßig die genaue Version

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Versionskontrolle (2)

• In GAC können mehrere Versionen einer Assembly
  installiert werden
• Side-by-Side Execution
• Mehrere Versionen einer Assembly können
  gleichzeitig laufen, ohne sich gegenseitig zu
  stören
• Abwärtskompatibilität nicht unbedingt nötig
• Vermeidung von DLL-Hell
• Unmanaged DLLs können nur in einer Version im
  System vorliegen
• Bei Update einer DLL, können u.U. Applikation,
  die die alte Version genutzt hatten, nicht mehr
  lauffähig sein

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Versionskontrolle - Konfiguration

• In der Konfigurations-Datei Anwendung.exe.config
  können Verweise auf Assemblies zu neuen Versionen
  umgeleitet werden
• Die Datei kann vom Anbieter der .NET Anwendung
  mitgeliefert werden
• BankClient.exe.config
• lt?xml version"1.0"?gt
• ltconfigurationgt
• ltruntimegt
• ltassemblyBinding xmlns"urnschemas-microsoft-
  comasm.v1"gt
• ltdependentAssemblygt
• ltassemblyIdentity name"Bank"
  publicKeyToken"dc759fdd93618f15" /gt
• ltbindingRedirect oldVersion"1.0.0.0-1.1.0
  .0" newVersion"2.0.0.0" /gt
• lt/dependentAssemblygt
• lt/assemblyBindinggt
• lt/runtimegt
• lt/configurationgt

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Konfiguration von CLR und Assemblies

• Die Konfiguration von CLR basiert auf
  XML-Konfigurationsdateien
• Pfad Windows\Microsoft.NET\Framework\
  Versionsnummer\CONFIG
• Machine.config
• Security.config
• und weitere
• Im Verzeichnis der jeweiligen .NET Anwendung
• Anwendung.exe.config
• Web.config für ASP.NET Anwendungen
• Visuelles Konfigurationstool
• Control Panel -gt Administrative Tools -gt
• -gt .NET Configuration 1.1

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.NET als Komponenteninfrastruktur

• Eine Komponenteninfrastruktur besteht aus
• APIs,
• Entwicklungsumgebung,
• Laufzeitumgebung
• und Administrationtools
• zu Entwicklung, Erstellung, Installation,
  Administration und Ausführung von Komponenten

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Komponentenmodell von .NET Framework

• Namespace System.ComponentModel
• Basis-Schnittstellen IComponent, IContainer
• Basis-Klassen Component, Container
• Eine Komponente ist eine Klasse, die die
  Schnittstelle System.ComponentModel.IComponent
  implementiert oder eine Implementierung davon
  erbt
• .NET Framework bietet automatisch visuelle
  design-time Unterstützung von allen Typen, die
  IComponent implementieren
• Drag-and-drop auf ein Formular
• Einstellung können direkt in Properties-Window
  angegeben werden
• Der entsprechende Quellcode wird generiert

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Design-Time Attribute

• Durch Attribute im Quellcode kann das Verhalten
  des Designers beeinflusst werden
• Beispiel Category- und Description-Attribute
• Category("Appearance")
• public Color BorderColor
• Description("The Click event of the button")
• public event EventHandler Click
• Andere Attribute
• Browsable
• DefaultProperty
• DefaultValue
• usw.

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Class vs. Component vs. Control

• Empfehlungen bei der Entwicklung von Komponenten
  MSDN/Library

Situation (Eine Klasse, die ...) Empfehlung
externe Ressourcen (Datenbanken etc.) nutzt implementiere IDisposable
durch visuellen Designer manipulierbar implementiere System.ComponentModel. IComponent
durch visuellen Designer manipulierbar fernaufrufbar per Referenz (MarshalByReference) erbe von System.ComponentModel. Component
durch visuellen Designer manipulierbar fernaufrufbar durch Kopieren (MarshalByValue) erbe von System.ComponentModel. MarshalByValueComponent
durch visuellen Designer manipulierbar visuelle Oberfläche bietet erbe von System.Windows.Forms.Control oder System.Web.UI.Control
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Komponenten in .NET

• Komponenten, die IComponent implementieren
• Controls
• Komponenten mit GUI auf einer Windows Form
• ASP.NET Server Controls
• Serverseitige Komponenten mit UI auf einer Web
  Form durch HTML auf der Clientseite
  repräsentiert
• Serviced Components
• COM Komponenten

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Beispiel InfoUserControl und MyTimer

• MyTimer
• eigene Implementierung eines Timers als
  Komponente
• erbt von Component
• bietet keine visuelle Oberfläche
• InfoUserControl
• erbt von System.Windows.Forms.UserControl
• Basisklasse für eigene Controls
• hat visuelle Oberfläche
• kann als Container für andere Controls dienen
• Focusmanagement, Positionsmanagement, Keyboard
  handling

Demo!
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ASP.NET Server Controls

• ASP.NET Web Form
• Container für ASP.NET Server Controls
• wird zu einer Klasse kompiliert und auf der
  Server ausgeführt
• das Ergebnis ist die dynamische Erstellung einer
  HTML-Seite, die an den Client verschickt wird
• ASP.NET Server Controls
• können auf Web Forms positioniert werden
• werden durch HTML und Javascript
  browserspezifisch auf der Clientseite
  repräsentiert
• wiederverwendbar
• ASP.NET Control Gallery - http//www.asp.net/contr
  olgallery/

Demo!
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Serviced Components

• Serviced Components sind Komponenten, die .NET
  Enterprise Services nutzen
• .NET Enterprise Services werden durch COM
  realisiert
• COM ist das Ergebnis von Integration von COM und
  MTS (Microsoft Transaction Server)
• COM ist standard Bestandteil von Windows 2000
  und höher
• Die .NET Assembly, die die serviced Komponente
  enthält, wird als Teil einer COM Anwendung
  registriert

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.NET Enterprise Services

• Instance management
• Objektpooling
• JITA (Just in-time Activation)
• automatisch Fernaufrufe
• Transaktionen
• Queued components
• Web Services
• ... und weitere

47
Programmierung von serviced Komponenten

• Serviced Komponenten erben von
  System.EnterpriseServices.ServicedComponent
• keine statische Methoden und Variablen
• keine parametriesierte Konstruktoren
• Konfigurierung der Dienste
• Deployment-spezifische Dienste durch COM
  Explorer
• Nicht deployment-spezifische durch Attribute im
  Quellcode (einige davon durch COM Explorer
  veränderbar)

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Programmierung von serviced Komponenten

• Am Beispiel des Bank-Servers
• using System.EnterpriseServices
• assembly ApplicationName("Bank")
• assembly ApplicationActivation(ActivationOption.
  Server)
• ...
• ObjectPooling(MinPoolSize 1, MaxPoolSize 1,
  CreationTimeout 60000)
• JustInTimeActivation(true)
• public class BankServer ServicedComponent
• protected override bool CanBePooled()
• return true
• ...
• AutoComplete(true)
• public void createAccount(string strAccountNum)
  ...
• ...

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Administration von serviced Komponenten

• Erstellung
• csc /tlibrary Bank.cs
• gacutil /i Bank.dll
• csc /texe /rBank.dll BankClient.cs
• Registrierung
• regsvsc Bank.dll
• Konfiguration durch COM Explorer
• Control Panel/Administrative Tools/Component
  Services

Demo!
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Zusammenfassung

• .NET als Komponenteninfrastruktur
• Programmierspracheninteroperabilität
• Plattformunabhängigkeit
• Aufteilung größerer Anwendung in Assemblies
• Versionskontrolle, Side-by-Side Execution
• Flexible Konfigurationsmöglichkeiten von CLR
• Umfangreiche Framework Class Library
• Design-time Unterstützung von Komponenten durch
  .NET Framework IComponent
• Komponenten mit UI (Controls)
• Controls auf Windows Forms
• Server Controls auf Web Forms (ASP.NET)
• Serviced Komponenten und .NET Enterprise
  Services

51
Quellen (1)

• J. Löwy, Programming .NET Components, OReilly,
  2003
• A. Kühnel, Visual C, Galileo Computing, 2003
• http//www.components-online.com (03.01.2005)
• http//www.sdmagazine.com (03.01.2005)
• http//www.msdn.microsoft.com/library/
  (09.01.2005)
• Henrik Zellmer, .NET Versioning and Deployment,
  DISCOURSE Verteile Systeme mit .NET, 2003,
  http//kbs.cs.tu-berlin.de/mwerner/
  discourse/documents /BlockLV03/zellmer-deploy.pdf
  (09.01.2005)
• J. Heinzelreiter, .Net Assemblies, 2002,
  http//webster.fh-hagenberg.at/staff/jheinzel/PRG6
  /Docs/Assemblies.pdf (09.01.2005)

52
Quellen (2)

• J. Heinzelreiter, .Net Architektur, 2002,
  http//webster.fh-hagenberg.at/staff/jheinzel/PRG6
  /Docs/DotNet-Architektur.pdf (09.01.2005)
• J. Löwy, COM and .NET Component Services,
  OReilly, 2001
• J. Löwy, .NET Enterprise Services, www.dotned.nl/
  downloads/juvallowy.pdf, (16.01.2005)
• Mary Kirtland (Microsoft), COM Internals,
  http//se2c.uni.lu/tiki/se2c_bib_download.php?id5
  23 (16.01.2005)

53

• Danke für die Aufmerksamkeit!