.Net開發(fā)平臺研究(一
2024-07-10 13:07:38
供稿：網(wǎng)友
.net開發(fā)平臺研究
總結(jié):
.net開發(fā)平臺的發(fā)布標志著近十年來微軟開發(fā)平臺第一個重大的轉(zhuǎn)變。這個開發(fā)平臺包括一個用于加載和運行應(yīng)用程序的新的軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（.net framework和asp.net），一個新的開發(fā)環(huán)境（visual studio .net），以及支持該結(jié)構(gòu)的編程語言。
微軟希望隨著這個新平臺的發(fā)布，評論不再將這個平臺作為朦朧的軟件，而且開發(fā)者也將發(fā)現(xiàn)該平臺使得windows上web應(yīng)用程序（尤其是web service）的開發(fā)更為容易。這樣或許會使更多的開發(fā)者擁護公司的操作系統(tǒng)和服務(wù)器產(chǎn)品，并將他們從與java平臺的競爭中吸引過來。
微軟的客戶可以將該平臺用作應(yīng)用程序的更可靠、更安全和更統(tǒng)一的標準，而微軟的合伙伙伴則可以通過幫助為該平臺創(chuàng)建早期的勝利來加強與公司的聯(lián)系。不過，無論是客戶還是合伙廠商都應(yīng)該意識到，新的平臺要求他們從根本上掌握新的應(yīng)用程序編程接口和編程語言，而且它能將他們鎖定在微軟的操作系統(tǒng)和服務(wù)器產(chǎn)品上。
1. 名詞簡介：
微軟發(fā)布了.net開發(fā)平臺，這是自1993年7月隨著windows nt3.0出現(xiàn)的win32 api后微軟軟件開發(fā)平臺的第一次大升級。比起win16來，win32提供了更多功能強大的api，但沒有對工具和技術(shù)進行引人注目的改變。與之不同的是，.net開發(fā)平臺在開發(fā)者用以創(chuàng)造應(yīng)用程序的工具和技術(shù)上做了根本的改變。
.net開發(fā)平臺使得開發(fā)者創(chuàng)建運行在internet information server (iis）（互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)器）web服務(wù)器上的web應(yīng)用程序更為容易，它也使創(chuàng)建穩(wěn)定、可靠而又安全的windows桌面應(yīng)用程序更為容易。.net開發(fā)平臺包括以下內(nèi)容：
·.net framework（架構(gòu)），包括：common language runtime（clr）（通用語言運行環(huán)境），這是用于運行和加載應(yīng)用程序的軟件組件；新的類庫，分級組織了開發(fā)者可以在他們的應(yīng)用程序中用來顯示圖形用戶界面、訪問數(shù)據(jù)庫和文件以及在web上通信的代碼集。
·.net開發(fā)者工具，包括：visual studio .net integrated development environment （ide）（visual studio .net集成開發(fā)環(huán)境），用來開發(fā)和測試應(yīng)用程序；.net編程語言（例如visual basic .net和新的visual c#），用來創(chuàng)建運行在clr下并且使用類庫的應(yīng)用程序。
·asp .net，一個取代以前的active server pages （asp）的特殊類庫，用來創(chuàng)建動態(tài)的web內(nèi)容和web服務(wù)器應(yīng)用程序，這些都將采用諸如html、xml和simple object access protocol（soap）（簡單對象訪問協(xié)議）等internet協(xié)議和數(shù)據(jù)格式。
（有關(guān)該平臺組件的概貌，請參看“.net開發(fā)平臺”示意圖。）
2． 微軟為什么需要一個新的開發(fā)平臺？
微軟希望能夠藉此平臺保留住它龐大的windows開發(fā)用戶的基礎(chǔ)，否則由于java向開發(fā)者所做的硬件與操作系統(tǒng)（oss）無關(guān)性的承諾，這些用戶群可能會轉(zhuǎn)向其它的平臺。開發(fā)者本身不會給微軟（或任何其他針對此事的公司）帶來很多收益。不過，windows程序員是公司內(nèi)對微軟產(chǎn)品（例如windows本身）的極大的支持力量，而商用軟件的開發(fā)者形成了向客戶發(fā)售微軟產(chǎn)品的重要渠道。如果微軟可以讓開發(fā)者在新的.net開發(fā)平臺下寫應(yīng)用程序的話，那么就會有更多的公司購買windows server和.net enterprise server （.net企業(yè)服務(wù)器），包括sql sever 、exchange 、share point、commerce server以及biztalk等。
微軟尤其推重.net開發(fā)平臺用于開發(fā)一種新型的應(yīng)用程序：web services, 或者和web上其他應(yīng)用程序交換xml格式數(shù)據(jù)的服務(wù)器應(yīng)用程序。（有關(guān)web services的概貌，請參看“web services：是什么與為什么”。）微軟認為web services（為此公司已注冊了名為“xml web services”的商標）是公司將現(xiàn)有的、孤立的應(yīng)用程序集成到更大的商務(wù)（以及b2b）系統(tǒng)中的一種成本低而效用高的方法。微軟希望web services成為吸引程序員在新的平臺和產(chǎn)品上開發(fā)的“必有”的應(yīng)用程序類型，正如帶有圖形用戶界面的桌面應(yīng)用程序吸引程序員在早期版本的windows上進行開發(fā)那樣。微軟本身也計劃使用該平臺開發(fā)它自己的公共web services（稱作.net my services），它將給internet上的客戶提供數(shù)據(jù)存儲以及其他的功能。
.net開發(fā)平臺
.net開發(fā)平臺是一組用于建立web服務(wù)器應(yīng)用程序和windows桌面應(yīng)用程序的軟件組件，用該平臺創(chuàng)建的應(yīng)用程序在common language runtime（clr）（通用語言運行環(huán)境）（底層）的控制下運行。clr是一個軟件引擎，用來加載應(yīng)用程序，確認它們可以沒有錯誤地執(zhí)行，進行相應(yīng)的安全許可驗證，執(zhí)行應(yīng)用程序，然后在運行完成后將它們清除。類庫集提供了使應(yīng)用程序可以讀寫xml數(shù)據(jù)、在internet上通信、訪問數(shù)據(jù)庫等的代碼。所有的類庫都建立在一個基礎(chǔ)的類庫之上，它提供管理使用最為頻繁的數(shù)據(jù)類型（例如數(shù)值或文本字符串）的功能，以及諸如文件輸入/輸出等底層功能。
web服務(wù)器應(yīng)用程序通常依賴于asp.net，一個處理web請求的服務(wù)器端的庫。asp.net又依賴一個用于發(fā)送和接收soap信息的web services庫，以及一個用于以瀏覽器接收用戶輸入并動態(tài)地生成web頁面以示響應(yīng)的web用戶接口（ui）（有時稱作web 表單）。windows桌面應(yīng)用程序通過使用win表單庫（也稱作windows 表單）可以顯示一個圖形ui。
最后，visual studio .net提供了一個用于在該平臺上創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形integrated development ewironment（ide）（集成開發(fā)環(huán)境）。程序員可以使用一種或多種.net編程語言，來編寫他們的代碼，例如微軟自己的visual basic .net（vb.net），visual c++, visual c#和jscrjpt .net等。大量其它的.net編程語言可以從第三方廠商獲得。
.net framework核心：
所有在.net開發(fā)平臺上創(chuàng)建的應(yīng)用程序運行都需要運行兩個核心塊：
common language runtime（clr）（通用語言運行環(huán)境），這是一個軟件引擎，用來加載應(yīng)用程序，確認它們可以沒有錯誤地運行，進行相應(yīng)的安全許可驗證，執(zhí)行應(yīng)用程序，然后在完成后將它們清除。
.net framework類庫，向程序員提供所需用來編寫在clr的控制下運行的代碼的軟件組件。它們按照單一有序的分級組織提供了一個龐大的功能集——從文件系統(tǒng)到對xml功能的網(wǎng)絡(luò)訪問的每一樣功能。
web服務(wù)器應(yīng)用程序也可以使用asp .net，這個類庫將在做詳細解釋。桌面應(yīng)用程序不需要asp .net。
clr有兩個主要的目標：
·提高應(yīng)用程序的穩(wěn)定性和安全性
·減少應(yīng)用程序開發(fā)者所必須寫的冗長而又易出錯的底層代碼的容量
這兩個目標類似于諸如sun和ibm等廠商試圖用unix和主機上的java平臺去解決的問題。為了解決windows上的這些問題，clr對加載和執(zhí)行應(yīng)用程序的編程模型做了根本的改變。
3． web services：是什么與為什么
web services是一個軟件組件，它通過將消息以xml格式進行編碼，并將消息通過標準的internet協(xié)議（例如hypertext transfer prorocol (http）（超文本傳輸協(xié)議））發(fā)送出去來與其它的應(yīng)用程序進行通信。一個web services類似于這樣一個web站點：沒有用戶接口，向應(yīng)用程序而非用戶提供服務(wù)。web services不從瀏覽器獲得請求并返回相應(yīng)的web頁面，而是從應(yīng)用程序接收xml格式的請求消息，執(zhí)行任務(wù)，然后向應(yīng)用程序返回xml格式的響應(yīng)消息。
ibm和微軟一致提倡將soap作為一種用于web services的消息標準。一條soap消息如同一封信，由一個基于xml格式的“信封”和載有消息數(shù)據(jù)的“正文”兩部分組成，“信封”部分包含一個指明消息接收者地址的頭部和一系列投遞選項（例如加密信息）。
（微軟喜歡將此編程模型稱作“xml web services”——采用“xml”意在強調(diào)其開放性?！沁@個基于一套world wide web consortium （w3c）協(xié)議標準的模型，業(yè)界習(xí)慣上簡單稱其為“web services”。）
微軟和ibm等其他供應(yīng)商提倡將web services作為用于internet上的互連應(yīng)用程序通信的程序設(shè)計模型。這些公司相信通過internet相互連接的應(yīng)用程序，將增強與它們的合作供應(yīng)商和客戶協(xié)同工作的商務(wù)能力。通過在一個現(xiàn)有的公司應(yīng)用程序的頂層創(chuàng)建一個web services層，各個組織可以允許外部系統(tǒng)通過internet（或企業(yè)intranet）調(diào)用應(yīng)用程序的功能，但卻不必修改應(yīng)用程序本身。例如，有幾家公司正在創(chuàng)建web services，來充當(dāng)駐留在主機內(nèi)的訂單一入口應(yīng)用程序的前端，這允許客戶的訂貨系統(tǒng)通過internet提交訂單。作為公司內(nèi)整合由各個部門獨立開發(fā)的應(yīng)用程序，以降低伴隨公司合并與購并而來的it整合費用的方法，將web services放在現(xiàn)有應(yīng)用程序的頂層相當(dāng)重要。
微軟也希望使用web services進入服務(wù)供應(yīng)商領(lǐng)域，通過internet向付費客戶提供必要的服務(wù)。計劃中的服務(wù)首要的是.net my services，一套由微軟管理的數(shù)據(jù)存儲web services，包括由單個用戶輸入的個人信息，例如信用卡號和日歷安排。桌面和web服務(wù)器應(yīng)用程序，如果獲得了用戶的許可，將通過web services協(xié)議從那些internet上的數(shù)據(jù)庫中取回信息。
4． clr如何工作？
一個應(yīng)用程序是作為稱作匯編的文件或文件集進入clr的。這個匯編包是microsoft intermediate languagl (msil）代碼，clr將其翻譯成可執(zhí)行的本機代碼。由于可以對從msil到本機代碼的應(yīng)用程序翻譯的控制，使得clr可以管理應(yīng)用程序的執(zhí)行并且防止各種問題的發(fā)生，因此也就有了術(shù)語可控制代碼。
除了msil代碼，匯編還包含有詳細描述了msil代碼正確執(zhí)行所需的各種相關(guān)數(shù)據(jù)類型的元數(shù)據(jù)。最后，匯編還包括一個清單——一個列出了匯編中所有文件和軟件組件的文檔，該文檔還指出clr在哪里可以找到具有應(yīng)用程序運行所需組件的其它匯編。
為了加載一個應(yīng)用程序，clr使用匯編的清單來確定應(yīng)用程序所需的匯編的正確版本。然后clr檢查應(yīng)用程序的全部匯編——即，msil代碼本身與描述它的元數(shù)據(jù)——從而確認代碼是“類型安全”的，這表明它只執(zhí)行對恰當(dāng)數(shù)據(jù)類型的恰當(dāng)?shù)牟僮鳎ㄒ簿褪钦f，它不會允許開發(fā)者使用一個整數(shù)作為一個函數(shù)指針），而且它只訪問經(jīng)過授權(quán)可以訪問的內(nèi)存位置。
接下來clr加載應(yīng)用程序的匯編中的msil，并且在此過程中，收集有關(guān)匯編的“證據(jù)”，例如：
·它是從哪里下載或安裝的
·它需要執(zhí)行什么功能（也就是說，它是否需要寫文件或發(fā)e-mail）
·什么用戶試圖運行它
· 匯編是否擁有來自信任的開發(fā)者的數(shù)字簽名，以及進行數(shù)字簽名后匯編是否有改動。
執(zhí)行控制代碼
common language runtime (clr）（通用語言運行環(huán)境）組件（以灰色顯示）加載并運行應(yīng)用程序。
（1）class loader（類加載器）將應(yīng)用程序的匯編加載到內(nèi)存中。匯編包括microsoft intermediate language[msil]代碼、描述應(yīng)用程序的匯編中的軟件組件的元數(shù)據(jù)，以及其他應(yīng)用程序所需的組件。
接下來，class loader使用應(yīng)用程序匯編的元數(shù)據(jù)，試圖加載任何應(yīng)用程序所需的組件的支持匯編。例如，它可能加載包含一個桌面應(yīng)用程序所需的圖形用戶接口（gui）控制的匯編。class loader 使用versioning polily（版本政策）（由應(yīng)用程序的開發(fā)者或者系統(tǒng)管理員指定）采確定加載它所支持的哪些版本匯編。例如，一個versioning policy可能要求只能使用特定版本的gui組件，即使有更多最近的版本可以利用。這消除了組件版本問題，這樣的問題在過去十分普遍地存在于windows應(yīng)用程序中。
（2）一旦應(yīng)用程序和受支持的匯編加載后，verifier就得檢查它的內(nèi)容以確保它是類型安全的（type-safe），并且確定對于應(yīng)用程序適當(dāng)?shù)陌踩S可。這是加強安全過程的第一步。
（3）本機編譯器將msil轉(zhuǎn)換為可控制的本機代碼，這是處理器相關(guān)代碼，它知道如何與clr提供的服務(wù)，例如碎片整理（聲明內(nèi)存不再為應(yīng)用程序所用）或clr安全系統(tǒng)（將增強應(yīng)用程序的安全許可），進行行交互。
這些證據(jù)構(gòu)成了.net framework中的安全要素，使得clr可以判斷是否運行應(yīng)用程序，以及運行時需要具有什么許可。
接下來，clr將msil代碼翻譯成處理器可以執(zhí)行的本機代碼。（微軟將此稱為“可控制的本機代碼”，以與“不可控制的本機代碼”相區(qū)分，后者是用c++這樣較老的語言寫的，clr對其沒有控制。）一項稱為just-in-time（jit）編譯的能力使得clr能將翻譯過程延遲至真正需要它時，這樣就使clr避免翻譯不常用的代碼。（關(guān)于這個過程的圖解說明，請參看 “執(zhí)行可控制代碼”示意圖。）
最后，clr監(jiān)控著翻譯代碼的運行，并且定期清空應(yīng)用程序釋放的內(nèi)存（使用一個稱作“碎片整理”的進程）。
clr的好處：
clr通過下列方法增強了應(yīng)用程序的可靠性：
它減少了不同版本組件間的沖突。clr可以幫助避免在一臺機器上安裝相沖突的軟件組件時發(fā)生的問題——現(xiàn)在的windows應(yīng)用程序如果試圖加載不正確版本組件時可能失敗。當(dāng)crl加載一個應(yīng)用程序時，它使用元數(shù)據(jù)和匯編清單來確保它加載了所有組件的正確版本。例如如果應(yīng)用程序需要訪問數(shù)據(jù)庫，clr就使用清單中的信息來尋找并加載版本正確的數(shù)據(jù)訪問組件。系統(tǒng)也允許并列安裝多個版本的組件。
它減少了由于通常的編程錯誤所帶來的bug和安全漏洞的數(shù)量。clr監(jiān)控代碼以確保它不會有通常的編程錯誤，這些錯誤可能導(dǎo)致程序執(zhí)行不正確的功能，例如試圖使用一個整數(shù)作為函數(shù)指針，強行將數(shù)值型數(shù)據(jù)存放到分配給文本數(shù)據(jù)的位置，或者是載入數(shù)據(jù)時覆蓋代碼（由于緩沖溢出）。減少來自這些通常的編程錯誤的bug意味著應(yīng)用程序不但運行得更可靠，而且攻擊者有機可乘的漏洞和弱點也更少。
增強的安全性能使惡性代碼的運行更為困難。因為clr可以理解每個應(yīng)用程序的代碼的身份和來源，所以它可以決定應(yīng)用程序是否被允許執(zhí)行特定的任務(wù)（例如讀寫本地存儲器或者發(fā)送e-mail）。這給現(xiàn)在的安全模型增加了另外一層保護，在現(xiàn)在的安全模型中應(yīng)用程序在運行它的用戶帳號的安全背景下運行（例如，管理員機器上所有的應(yīng)用程序都用管理員級的許可在運行）。
內(nèi)存泄漏更少。如果內(nèi)存和組件分配給一個應(yīng)用程序使用，但卻得不到釋放，這樣就會導(dǎo)致系統(tǒng)超出內(nèi)存運行，要么會沖擊系統(tǒng)，要么就需重新啟動、釋放內(nèi)存。clr的內(nèi)存管理和碎片整理可大大降低這種問題發(fā)生的可能性。
組裝函數(shù)（plumbing functions）減少了bug，同時也節(jié)約了開發(fā)者的時間。最后，clr提供了許多與內(nèi)存和對象管理、數(shù)據(jù)編組，以及線程（thread）相關(guān)的低級的，或組裝函數(shù)。這不僅通過降低bug的發(fā)生可能性而建立了更好的可靠度，而且還使得程序員能將精力集中于用于他們特定的應(yīng)用程序的“行業(yè)”代碼上，而不必重新實現(xiàn)標準的windows函數(shù)。
從windows的過渡
最后，clr執(zhí)行的一項非常重要的功能是在可控制代碼和不可控制代碼（即脫離clr運行的傳統(tǒng)的windows代碼）間起中介作用。特別地，它使開發(fā)者可以將新的.net代碼與現(xiàn)存的windows庫和com組件結(jié)合起來，并將一個應(yīng)用程序逐漸地從老平臺遷移到新平臺上來。（請參看“混合可控制代碼與不可控制代碼”示意圖）。
不過，需要指出的是，不可控制代碼脫離clr的控制而運行，因此有可能沖擊應(yīng)用程序，泄露內(nèi)存，或者通過緩沖溢出打開安全漏洞。一個.net應(yīng)用程序只是和它的最弱環(huán)節(jié)——它的不可控制代碼一樣強壯。
類庫統(tǒng)一windows api
