Geum.ru

Что такое Microsoft. Net?

Вид материалаДокументы
Управляемый код
JIТ-компиляция, или оперативная компиляция
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9

ILDASM — дисассемблер промежуточного языка Microsoft


Дисассемблер промежуточного языка Microsoft ILDASM (Microsoft Intermediate Language Disassembler) может отображать метаданные и инструкции языка MSIL, связанные с соответствующим .NET-кодом. Дисассемблер ILDASM является очень полезной утилитой, которая используется при отладке приложений. Он позволяет более глубоко понять инфраструктуру платформы .NET. Кроме того, дисассемблер промежуточного языка Microsoft ILDASM можно использовать для изучения кода библиотеки классов .NET Framework [Дисассемблер ILDASM можно найти в меню Tools (Сервис) Visual Studio.NET. Он находится также в подкаталоге Microsoft.NETFrameworkSDKBm. Дисассемблер можно активизировать, щелкнув два раза на его названии в окне Проводника (Explorer) или с помощью командной строки. Если вы активизируете дисассемблер ILDASM с помощью командной строки (или из среды VS.NET), то используйте ключ /ADV для получения доступа к некоторым его дополнительным возможностям.].

Инструкция newobj создает новую объектную ссылку, используя параметр конструктора [Формально он не является параметром. В промежуточном языке IL используется стек; конструктор представляет собой лексему метаданных, записанную в стек.]. Инструкция stloc сохраняет значение в локальной переменной. Инструкция Idloc загружает значение локальной переменной [Подробно промежуточный язык Microsoft MSIL описан в документах Европейской Ассоциации производителей ЭВМ (European Computer Manufacturers′ Association — ЕСМА). Особенно рекомендуется изучить раздел "Partition III- CIL Instruction Set", посвященный системе команд.]. Настоятельно рекомендуем вам поэкспериментировать с дисассемблером ILDASM и изучить его возможности.

Возможность взаимодействия языков, или функциональная совместимость


Так как компиляторы всех языков программирования транслируют на один общий промежуточный язык и используют общую библиотеку базовых классов (Base Class Library), то открывается возможность взаимодействия поддерживаемых языков. Иными словами, поддерживаемые языки могут в определенных пределах рассматриваться как функционально совместимые. Но поскольку все части общей системы типов CTS реализованы не во всех языках, не удивительно, что один язык может обладать свойствами, которые отсутствуют в другом.

Спецификация общего языка (Common Language Specification — CLS) определяет подмножество общей системы типов CTS, содержащее основные функциональные возможности, которые должны быть реализованы во всех .NET-языках для того, чтобы они могли взаимодействовать друг с другом. Именно согласно этой спецификации класс, написанный на Visual Basic.NET, может быть производным от класса, написанного на управляемом C++ или С#. Следствием использования спецификации общего языка CLS является возможность межъязыковой отладки. Примером соблюдения правил спецификации общего языка CLS является то, что вызовы методов могут не поддерживать переменное число аргументов, хотя такая конструкция и может быть выражена в языке MSIL.

Требование совместимости со спецификацией общего языка CLS предъявляется только к общедоступным свойствам. Например, класс может содержать приватный член, который не совместим со спецификацией общего языка CLS, и при этом являться базовым классом для класса, реализованного на другом языке, поддерживаемом платформой .NET. Например, общедоступные (public) и защищенные (protected) имена классов, код которых написан на языке C++ и С#, не должны отличаться только регистром используемых символов, поскольку в таких языках как VB.NET регистр клавиатуры (регистр прописных и строчных букв) не учитывается. Но имена приватных (private) полей могут различаться именно регистром клавиатуры (т.е. прописными и строчными буквами).

Компанией Microsoft предлагается несколько языков программирования, совместимых со спецификацией общего языка CLS: C#, Visual Basic.NET, и C++ с управляемыми расширениями. Независимые разработчики предлагают и другие языки программирования (их уже больше дюжины). Компания ActiveState занимается реализацией языков Perl и Python. Компания Fujitsu реализует язык COBOL.

Управляемый код


В примере Serialize (Сериализация) второй экземпляр объекта Customer (Клиент) был присвоен той же переменной, которой раньше был присвоен первый экземпляр. При этом для удаления первого экземпляра класса из памяти деструктор не вызывался. В данном примере ни одна из выделенных областей памяти никогда не освобождалась. Для освобождения памяти от объектов, которые являются экземплярами классов, объявленных с помощью ключевого слова _дс (сборщик мусора), платформа .NET использует автоматическую сборку мусора. Если память, выделенная в управляемой динамически распределяемой области памяти, становится висячей или выходит из области видимости, то она заносится в список участков памяти, подлежащих освобождению. Периодически система инициирует процесс сборки мусора. Освободившаяся в результате этого память возвращается в динамически распределяемую область памяти. Благодаря автоматическому управлению памятью утечка памяти в системе исключается. Утечка памяти является одной из самых распространенных ошибок при программировании на языках С и C++. В большинстве случаев за счет использования автоматической сборки мусора распределение памяти в динамически распределяемой области памяти происходит значительно быстрее по сравнению с классическими схемами. Обратите внимание, что такие переменные KaKpcust и plist являются управляемыми указателями на объекты, а не самостоятельными объектами. Именно вследствие этого и возможна сборка мусора.

Сборка мусора — одна из нескольких служб, предоставляемых общеязыковой средой выполнения CLR программам, выполняющимся на платформе .NET [Формально метаданные, общая система типов CTS (Common Type System), спецификация общего языка CLS и виртуальная система выполнения (Virtual Execution System— VES) также являются частью общеязыковой среды выполнения CLR. Прилагательное "общеязыковая" означает, что среда выполнения является общей для всех языков. Система виртуального выполнения VES загружает и выполняет .NET-программы и поддерживает динамическое связывание. Обратитесь к документам, описывающим общеязыковую инфраструктуру (Common Language Infrastructure — CLI), а именно, к разделу "Partition I: Concepts and Architecture", посвященному концепциям и архитектуре. Эти документы переданы для дальнейшего рассмотрения Европейской Ассоциации производителей ЭВМ (European Computer Manufacturers′ Association — ЕСМА). Упомянутые документы загружаются вместе с набором инструментальных средств разработки программного обеспечения .NET Framework SDK.]. Данные, участвующие в процессе сборки мусора, инициируемом общеязыковой средой выполнения CLR, называются управляемыми данными. Управляемый код— это код, который способен использовать службы, предоставляемые общеязыковой средой выполнения CLR. .NET-компиляторы, которые генерируют код на языке MSIL, могут генерировать управляемый код.

Управляемый код не удовлетворяет требованиям типовой безопасности автоматически. Язык C++ может послужить тому классическим примером. Чтобы класс участвовал в сборке мусора (т.е. был управляемым), при его объявлении следует использовать атрибут _дс (сборщик мусора). Компилятор для C++ запрещает в таких классах использовать арифметические операции над указателями. Тем не менее, код на C++ не может быть надежно проверен на типовую безопасность, поскольку используются библиотеки на С и C++.

Проверка кода на типовую безопасность происходит перед его компиляцией. Такая проверка является необязательной и может быть пропущена, если код аттестован. Одно из самых существенных отличий проверяемого кода от непроверяемого состоит в том, что в проверяемом коде не могут использоваться указатели. Код, в котором используются указатели, может разрушить общую систему типов CTS и в результате его трансляции может получиться код, не удовлетворяющий типовой безопасности.

Код, который удовлетворяет типовой безопасности, не может быть легко разрушен. Например, перезапись буфера не может повредить другие структуры данных или программы. К коду, удовлетворяющему требованиям типовой безопасности, можно применить политику безопасности [Более подробно этот вопрос обсуждается в главе 13 "Зашита".]. Например, можно разрешить или запретить доступ к некоторым файлам, или элементам пользовательского интерфейса. Вы можете предотвратить выполнение кода, полученного из неизвестных вам источников. Чтобы предотвратить разрушение системы безопасности платформы .NET, вы можете запретить доступ к неуправляемому коду. Благодаря типовой безопасности можно также изолировать выполняемые ветви кода .NET друг от друга [Области приложений (Application Domains) обсуждаются в главе 8 "Классы каркаса .NET Framework".].

Сборки


Еще одной функцией общеязыковой среды выполнения CLR является загрузка и запуск .NET-программ. .NET-программы разворачиваются в виде одной или нескольких сборок. Сборкой является один или несколько исполняемых файлов или файлов динамически подключаемых библиотек (DLL) вместе со связанными с ними метаданными. Метаданные, которые описывают всю сборку целиком, хранятся в декларации (манифесте) сборки. Декларация сборки, или манифест сборки содержит, например, список сборок, от которых зависит данная сборка.

В нашем примере Serialize (Сериализация) сборка содержит всего лишь один файл, Serialize . ехе. Этот файл включает и метаданные, и код. Поскольку декларация хранится в самой сборке, а не в отдельном файле (как это имеет место для библиотеки типов или системного реестра), она всегда синхронизирована с этой сборкой. Могут существовать несколько версий одной сборки, причем номер версии является частью имени сборки. Если необходимо использовать уникальное имя сборки, вы можете использовать открытый/индивидуальный ключ шифрования, для того чтобы сгенерировать уникальное (строгое) имя.

Сборки могут быть развернуты приватно (privately) либо публично (publicly). В случае приватного (privately) развертывания, все необходимые приложению сборки копируются в тот же каталог, в котором находится само приложение. Как мы уже знаем, версия сборки является частью ее имени. Следовательно, несколько версий сборки могут быть развернуты в одном или в разных каталогах и при этом мешать друг другу они не будут. "Проклятие (ад) динамически подключаемых библиотек (DLL)" больше не действует.

Если сборка должна быть общедоступна для совместного использования, в глобальном кэше сборок (Global Assembly Cache — GAC) делается соответствующая запись, позволяющая другим сборкам отыскать ее. Для сборок, при разворачивании которых применяется глобальный кэш сборок GAC, необходимо использовать строгие имена [Более детально это обсуждается в главе 7 "Сборки и развертывание".]. Возможность развертывания сборок, а также функциональная совместимость языков программирования позволяют создавать компоненты почти автоматически.

JIТ-компиляция, или оперативная компиляция


Перед выполнением на конкретной машине, код на промежуточном языке Microsoft— MS1L (Microsoft Intermediate Language) транслируется оперативным компилятором, или ЛТ-компилятором (JIT — "just-in-time" или "как раз вовремя") в собственный (внутренний) код. Во время работы программы некоторые участки кода выполняться никогда не будут. Следовательно, более эффективной может оказаться трансляция кода из промежуточного языка MSIL в собственный (внутренний) код, осуществляемая по мере необходимости в процессе выполнения приложения. Собственный (внутренний) код при этом сохраняется с целью повторного его использования.

После загрузки типа, к каждому его методу загрузчик присоединяет заглушку. При первом вызове заглушка передает управление ЛТ-компилятору, который генерирует собственный (внутренний) код и сохраняет адрес оттранслированного собственного (внутреннего) кода в заглушке. При последующих вызовах метода управление передается непосредственно собственному (внутреннему) коду.

Производительность


Возможно, вам понравилась предложенная модель безопасности и простота использования управляемого кода, но вас волнует вопрос о производительности приложений. В то время, когда появились высокоуровневые языки программирования, программистов, пишущих приложения на самых примитивных языках ассемблера, волновал этот же вопрос.

Общеязыковая среда выполнения CLR разрабатывалась с прицелом на высокую производительность приложений. Ведь только при первом вызове метода общеязыковая среда выполнения CLR осуществляет проверку правильности и затем выполняет оперативную компиляцию в собственный (внутренний) код, в который встроены средства безопасности, например проверка границ массивов. Когда метод вызывается в следующий раз, непосредственно выполняется собственный (внутренний) код. Схема управления памятью спроектирована так, чтобы достичь высокой производительности. Распределение памяти происходит почти мгновенно, при этом из управляемой динамически распределяемой области памяти берется следующий доступный участок. Освобождение памяти выполняется сборщиком мусора, который реализован на основе эффективного алгоритма.

За все это вы расплачиваетесь тогда, когда при проверке безопасности приходится просматривать стек. При создании Web-страниц используется компилируемый, а не интерпретируемый код. В результате, ASP.NET-приложения работают намного быстрее, чем ASP-приложения.

В 95 процентах кода надежность и легкость его создания с лихвой компенсирует незначительные потери в производительности. При создании высокопроизводительных серверных приложений также могут использоваться такие технологии как библиотека ATL Server или неуправляемый C++.

Резюме


Платформа .NET решает многие проблемы, которые в прошлом омрачали процесс разработки Windows-приложений. Теперь существует одна для всех поддерживаемых платформой языков программирования парадигма разработки приложений. Нет больше противоречий между ожидаемыми возможностями приложения и возможностями языка программирования, на котором реализуется приложение. Развертывание приложений стало более рациональным и включает совершенную стратегию управления версиями. Метаданные, система безопасности на основе атрибутов, проверка правильности кода и автономность сборок, удовлетворяющих требованиям типовой безопасности, делают разработку безопасных приложений значительно более легкой. Детальнее это будет обсуждаться дальше. Кроме того, платформа .NET обеспечивает создание каркаса (инфраструктуры) для базовых системных служб. Но в случае необходимости вы можете расширить или даже заменить его.

Общеязыковая среда выполнения CLR является прочным базисом, который служит отправной точкой при разработке приложений будущего. Общеязыковая среда выполнения CLR представляет собой основу. Ее элементами являются общая система типов CTS, метаданные, спецификация общего языка CLS, а также система виртуального выполнения (Virtual Execution System— VES), которая выполняет управляемый код12. В следующих главах мы увидим, что платформа .NET облегчает разработку как приложений, предназначенных для поставщиков услуг, так и для клиентских решений. Использование унифицированной платформы .NET позволяет компании Microsoft, а также независимым разработчикам более легко реализовывать нужные расширения.

Все это стало возможным благодаря творческому объединению старых технологий — промежуточного языка, проверки типовой безопасности, и, конечно же, метаданных — в общеязыковой среде выполнения CLR. Изучая различные свойства платформы .NET, вы увидите, что метаданные таятся повсюду.

Более подробно затронутые вопросы будут обсуждаться в данной книге в ходе дальнейшего изложения материала. В следующей главе рассматриваются управляемые расширения языка C++.