Как работает net framework

Обновлено: 02.07.2024

С точки зрения разработчика ОС Windows - это в первую очередь набор базовых функций Win API, реализованных в виде DLL. До 1993 г. в Windows основной моделью создания многокомпонентных приложений было именно использование вспомогательных модулей поддержки в виде DLL (в свое время пришедших на смену классическому варианту, предполагающему создание единого исполняемого модуля путем включения в него процедур из двоичных LIB-библиотек). В 1993 г. Microsoft предложила новую модель многокомпонентных приложений - COM (Common Object Model). По большому счету, главная идея здесь состоит в применении в дополнение к исполняемому коду метаданных, обеспечивающих автоматический контроль за передачей параметров (а также унификация форматов параметров).

Конечно, можно говорить о достоинствах COM по сравнению с традиционными DLL (хотя достоинства всегда сопровождаются и недостатками, в данном случае в виде снижения производительности), но я категорически не согласен с высказываниями некоторых авторов, смысл которых сводится к следующему: "После выхода COM разработчики поняли, что им больше не надо писать весь код приложений с нуля". Если вдуматься, использование готовых компонентов - ключевая технология программирования на протяжении всей истории этого вида деятельности.

Структура и логика работы

Собственно, с точки зрения разработки приложений именно в этом заключается новизна (но лишь относительная, для Windows-программирования) данного решения: вспомогательные функции отделены от бизнес-логики приложений, реализуемой с помощью конкретных языков. Кроме очевидного преимущества такой унификации функций (зачем писать отдельные функции, вычисляющие синус, для разных языков?), это создает хорошие предпосылки для улучшения управления оперативной памятью. Ведь, как известно, огромное число проблем надежности программ связано с использованием разных механизмов динамического распределения пространства в различных языках.

Common Language Runtime

Однако, в отличие от Java, CLR будет выполнять код не в режиме классического интерпретатора, а путем предварительной компиляции в машинный код отдельных фрагментов программы или целого приложения (рис. 2). Первый вариант - основной, при этом применяется так называемый Just-In-Time компилятор, который выполняет преобразование MSIL в машинный код по мере обращения к соответствующим процедурам (т. е. неиспользуемые фрагменты программы вовсе не компилируются). Данный подход также хорошо известен; он, в частности, уже более шести лет используется в платформе "1С:Предприятие".

Как известно, режим интерпретации имеет два главных преимущества по сравнению с использованием машинного кода: повышение безопасности программ (точнее, защищенности системы в целом от действия конкретных программ) и упрощение адаптации программ к конкретной аппаратной платформе. С учетом этого рассмотрим структуру CLR-модулей.

CLR-модули состоят из исполняемого кода и метаданных. Метаданные (например, различные декларации полей, методов, свойств и событий) широко применяются и в COM-технологии, что и составляет ее основное отличие от обычных двоичных DLL. В CLR состав метаданных значительно расширен, что позволяет более эффективно контролировать версии, проверять надежность источников поступления программ и т. п.

Исполняемый код в основном представлен в виде "управляемого кода" (возможны и фрагменты "неуправляемого кода", но они будут отныне большой редкостью). Это означает, что CLR не просто преобразует MSIL в машинные инструкции, а выполняет эти действия с учетом определенных внешних установок. Например, Модуль1 может задать свой собственный набор прав, предоставляемый вызываемому им Модулю2, запретив, в частности, любые операции изменения файлов.

Эта возможность широко используется в многопользовательской Интернет-игре для программистов "Террариум", анонсированной на форуме PDC 2001. В ней каждый может написать программные модули, реализующие выбранные стратегии, которые другие участники загружают на свои компьютеры. Безопасность тут обеспечивается именно благодаря четкому контролю за допустимыми действиями "инородных тел". В общем, в CLR мы видим реализацию идей Интернет-браузеров, которые представляют промежуточную среду выполнения программ, но только со значительно более высоким уровнем управляемости прав.

Во-первых, реализована иерархическая система имен объектов типа, получившая название "пространство имен". Теперь вместо плоского идентификатора "ИмяПриложения.ИмяКласса" можно использовать "ИмяПриложения.Имя1.Имя2. ИмяКласса".

Во-вторых, изменен порядок регистрации объектов, что непосредственно связано с появлением еще одного нового термина - сборка (Assembly).

Пример взаимодействия компонентов

В целом эта манипуляция ничем не отличается от создания COM-объекта в VB 6.0, за исключением лишь синтаксиса операции возврата значения функции (раньше мы бы просто написали NowTime = Now).

Посмотрим теперь на структуру проекта в окне Solution Explorer (рис. 3). Отметим, что физически наш проект называется ClassLibrary3, а логическое имя библиотеки - MyClassLibrary (смысл этих компонентов прояснится в дальнейшем). Помимо модуля класса, здесь в явном виде описаны три ссылки на базовые классы, подключенные к проекту по умолчанию. Впрочем, на самом деле подключенных классов гораздо больше (например, в их число входят все классы библиотеки Microsoft.Visual Basic). Здесь же виден новый модуль с описанием данной сборки AssemblyInfo.vb, содержимое которого можно не только посмотреть, но и отредактировать (рис. 4). Кроме того, видно, что к проекту были автоматически подключены еще два базовых класса (см. ключевое слово Imports) и что данную библиотеку можно зарегистрировать и в качестве COM-объекта - тут прописан ее GUID.

Рис. 3. Структура проекта ClassLibrary.

Рис. 4. Описание сборки проекта.

Теперь создадим DLL и посмотрим каталог ClassLibrary3, куда записаны файлы проекта (рис. 5). Результирующий файл ClassLibrary3.dll находится в подкаталоге BIN, а в OBJ - еще несколько копий этой же DLL, полученных в результате отладки.

Рис. 5. Состав файлов проекта.

Для отладки сервера создадим клиентскую программу в виде Console Application, в которой с помощью сформированного ранее компонента попробуем получить текущее время. Для этого откроем окно Add Reference и с помощью кнопки Browse подключим к проекту библиотеку ClassLibrary3.dll (рис. 6). Введем такой код:

Запустим его на выполнение и убедимся, что все работает, как задумано. По крайней мере, внешне все не отличается от того, как мы раньше работали с COM-объектами (только все теперь делается заметно медленнее). Но отметим один любопытный момент. Опять откроем проект ClassLibrary3 и заменим в нем старый код на такой вариант:

Откомпилируем его, полностью заменив старую DLL. Но если мы сейчас зайдем в каталог ConsoleApplication2\Bin, где хранится созданный ранее исполняемый файл клиентского проекта, и запустим его на выполнение, то он будет работать без проблем в старом варианте. Почему? Да потому, что в этом же каталоге вы обнаружите предыдущий вариант ClassLibrary3.dll, которая была автоматически переписана при подключении соответствующей ссылки.

Становится понятен смысл операторных скобок Namespace, использованных в коде класса, - с их помощью описывается иерархическая система имен объектов. Подправим этот код, чтобы можно было применять более компактное обращение к именам объектов:

Теперь "сухой остаток": что же нового мы увидели на этом простом примере по сравнению с традиционным использованием COM-объектов?

Во-первых, проблема согласования версий применяемых компонентов решается тривиальным копированием нужных файлов в каталог клиентского приложения (в том числе с помощью создания специальной копии COM-библиотек). Во-вторых, с помощью операторных скобок Namespace мы можем создавать иерархическую систему имен объектов в отличие от двухзвенной DllName.ClassName, принятой в COM, которая теперь является частным случаем.

Покажем детальнее, как создать такую систему имен, на примере проекта типа Class Library и имени ClassLibraryN:

Соответственно, в клиентском приложении используемые нами классы будут описаны следующим образом:

Обратите внимание, что тут мы специально использовали одинаковое имя Class1 для разных объектов (находящихся в зоне действия разных пространств имен).

Конечно, эти новшества полезны, но я бы пока избегал использования эпитетов "революционные". К тому же нужно посмотреть, как это все работает в реальных проектах.

Хорошо забытое старое

Действительно, за разговорами о DLL, объектных библиотеках и сборках и прочем мы как-то подзабыли, что проблема повторного использования программных компонентов и их унификация возникла не 10 лет назад. Именно для решения этой задачи еще лет 40 назад была реализована идея разделения процедур компиляции (трансляция исходных модулей в объектные) и компоновки (объединения объектных модулей в один загрузочный), которая подразумевала, в частности, что для создания одной программы можно применять разные языки программирования, в том числе с использованием единых библиотек подпрограмм.

При этом еще во времена MS-DOS широко применялась технология, позволявшая либо выделить вспомогательные функции приложения в виде автономного модуля поддержки (полного аналога нынешних DLL), либо включить их в состав единого исполняемого файла. И никакого DLL Hell!

Конечно, такие параллели весьма условны, но все же остается некоторое чувство беспокойства: почему реализация в общем-то достаточно простых идей влечет за собой столь быстрый рост требований к аппаратным ресурсам? Может быть, для того, чтобы поэффективнее загрузить дополнительные вычислительные мощности, которые постоянно появляются в результате действия закона Мура?

Другие статьи из раздела

ООО «ИТ-экспо»
С 26 по 29 октября 2010 года состоялась 21-ая ежегодная выставка информационных и коммуникационных технологий Softool
Выставка прошла при поддержке Российской академии наук, Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации, Правительства Москвы …

DataLine
День открытых дверей в дата-центре DataLine
27 октября 2010 г. компания DataLine совместно с агентством Cnews провели День Открытых дверей в центре обработки данных на улице Боровой дом 7 …

OKI Data Corporation
OKI Data Corporation объявляет о начале работы ООО «ОКИ Системс Рус»
Компания OKI Data Corporation, один из лидеров в разработке технологических решений для печати, объявила об официальном начале работы российской …

Adaptec by PMC
RAID-контроллеры Adaptec Series 5Z с безбатарейной защитой кэша
Опытные сетевые администраторы знают, что задействование в работе кэш-памяти RAID-контроллера дает серьезные преимущества в производительности …

Chloride
Трехфазный ИБП Chloride от 200 до 1200 кВт: Trinergy
Trinergy — новое решение на рынке ИБП, впервые с динамическим режимом работы, масштабируемостью до 9.6 МВт и КПД до 99%. Уникальное сочетание …

30 ноября 2021 г. | Он-лайн формат
Dell Technologies Forum 2021

Ежедневные советы от диджитал-наставника Checkroi прямо в твоем телеграме!

Для чего нужна платформа

приложение нужно создать для разных платформ ОС,
необходимо разработать масштабируемый продукт с высокой производительностью,
для разработки требуется платформа с открытым исходным кодом.

Система Windows 8 и 8.1 работает с версией 4.5.1, а Windows 10 требуется версию поновее — 4.6, 4.6.1 или 4.6.2

На момент написания этой статьи наиболее актуальная версия — 4.8. Устанавливают её через автономный или веб-установщик.

Веб-установщик весит около 2 МБ, и загружает все компоненты онлайн, поэтому нужно стабильное соединение с интернетом.
Автономный установщик весит около 60 МБ, зато все компоненты можно установить даже без интернета. Многие разработчики выбирают именно автономный установщик, потому что он всегда под рукой.

Оба установщика имеют одинаковые версии и процесс установки по ним несложный, надо просто следовать инструкциям системы.

Как устранить неполадки при установке

Проверьте версию Windows

Если вы хотите использовать версию, которую не поддерживает ваша система, вам придётся обновить систему до Windows 8.1 или Windows 10.

Перезагрузите компьютер

Соберите журналы установки

Так должен выглядеть запущенный файл Collect.exe

Коротко о главном

Приложения (программы) можно разрабатывать на разных языках программирования, которые поддерживают эту технологию.

совместное использование разных языков программирования;
безопасность и переносимость программ;
общую модель программирования на базе платформы Windows.

общеязыковая исполнительная среда CLR ( Common Language Runtime );
библиотека базовых классов.

Библиотека базовых классов включает в себя определение разнообразных примитивов, которыми могут быть: потоки, графические API-интерфейсы, реализация баз данных, файловый ввод-вывод и прочее.

3. Какой принцип действия общеязыковой среды выполнения CLR ( Common Language Runtime )?

Основное назначение CLR – превратить промежуточный код MSIL в исполнительный код в процессе выполнения программы.

Рис. 1. Процесс преобразования исходного кода в код на языке MSIL ( CIL или IL ) и создание файла сборки ( *.dll или *.exe )

Исполнительная среда CLR отвечает за определение места размещения сборки (assembly).

Запрашиваемый тип, который размещается в сборке (например, класс ArrayList или другой тип), определяется в двоичном файле ( *.dll или *.exe ) с помощью считывания метаданных этого файла.

После этого CLR размещает в памяти считанный из сборки тип.

Затем CLR превращает CIL-код в соответствующие инструкции, которые подстраиваются под конкретную платформу (в зависимости от ПК, операционной системы и т.п.). Кроме того, на этом этапе происходят необходимые проверки на предмет безопасности.

Последним происходит выполнение запрашиваемого программного кода.

4. Что такое промежуточный язык MSIL ( Microsoft Intermediate Language ) или CIL ( Common Intermediate Language )?

MSIL есть псевдокодом. MSIL определяет набор инструкций, которые:

могут переноситься на разные платформы;
не зависят от конкретного процессора.

Фактически, MSIL – это язык переносного ассемблера

Сборка предназначена для сохранения пространств имен ( namespaces ). Пространства имен содержат типы. Типами могут быть классы, делегаты, интерфейсы, перечисления, структуры.

Сборка может содержать любое количество пространств имен. Любое пространство имен может содержать любое количество типов (классов, интерфейсов, структур, перечислений, делегатов).

6. Что размещается в сборках?

В сборках размещается CIL -код ( MSIL -код или IL -код) и метаданные.

7. Что такое манифест ( manifest )?

Манифест – это описание самой сборки с помощью метаданных.

В манифесте размещается информация:

о текущей версии сборки;
сведения о культуре (локализация строчных и графических ресурсов);
перечень ссылок на все внешние сборки, которые нужны для правильного функционирования.

Если в исходном коде используются библиотеки базовых классов (например из сборки mscorlib.dll ), то они загружаются с помощью загрузчика классов.

JIT -компилятор осуществляет компиляцию сборки с учетом (привязкой) аппаратных и программных особенностей компьютера, на котором происходит запуск приложения.

После этого приложение выполняется.

9. Какие существуют виды сборок?

Существует два вида сборок:

однофайловые сборки;
многофайловые сборки.

Сборка, которая состоит из одного единого модуля ( *.dll или *.exe ) называется однофайловой. В однофайловых сборках все необходимые CIL -инструкции, метаданные и манифесты размещаются в одном, четко определенном пакете.

В многофайловой сборке один из модулей есть главным ( primary ).

10. В каком файле размещается главная сборка библиотеки MS Visual Studio?

Главная сборка размещается в файле “ mscorlib.dll ”.

11. Что такое общая система типов CTS ?

CTS ( Common Type System ) – система типов, которая содержит полное описание всех возможных типов данных и программных конструкций, которые поддерживаются общеязыковой исполнительной средой CLR . Также здесь описывается то, как эти сущности могут взаимодействовать между собою.

Типами могут быть классы, интерфейсы, структуры, перечисления, делегаты.

12. Какое назначение общеязыковой спецификации CLS?

14. Что такое пространство имен ( namespace )?

Пространство имен предназначено для объединения группы типов, которые связаны между собою с семантической точки зрения. Типы размещаются в сборках ( assembly ). Под типами понимаются классы, делегаты, интерфейсы, структуры, перечисления.

Примеры названий пространств имен:

Например, в пространстве имен System.Data размещаются основные типы для работы с базами данных, в пространстве имен System.Collections размещаются основные типы для работы с коллекциями.

15. Как вывести содержимое сборок, пространств имен и типов в MS Visual Studio ?

В системе Microsoft Visual Studio есть утилита Object Browser , которая вызывается с меню View (рисунок 3).

Рис. 3. Вызов утилиты Object Browser

В результате откроется окно Object Browser , в котором будут отображаться сборки, которые используются в определенной технологии.

Рис. 4. Окно Object Browser с выделенной сборкой mscorlib.dll

Если раскрыть содержимое сборки mscorlib (знак “ + ”), то будет отображен список всех пространств имен данной сборки (рисунок 5). Как видно из рисунка, сборка включает пространства имен Microsoft.Win32 , System , System.Collections , System.Collections.Concurrent и много других.

Рис. 5. Сборка mscorlib и список пространств имен, которые входят в нее

Аналогично раскрывается любое из пространств имен. В пространствах имен описываются типы. В типах описываются методы, свойства, константы и т.п.

На рисунке 6 изображен класс BinaryReader из пространства имен System.IO . По всей видимости, в классе реализованы методы с именами BinaryReader() , Close() , Dispose() , FillBuffer() и прочие.

Рис. 6. Содержимое класса BinaryReader

Для подключения пространства имен используется ключевое слово using .

Примеры подключения пространств имен:

После подключения пространства имен можно обращаться к типам, которые в них реализованы.

Почему так происходит? Что это такое и зачем нужен NET Framework ?

Наверное, вы знаете, что основное занятие программистов — написание кода. При этом они используют различные языки программирования, позволяющие сказать компьютеру, что он должен делать:

Но есть одна проблема — языки программирования довольно примитивны. С их помощью можно легко выполнять простые действия вроде сложения и умножения. А всё остальное требует долгой и усердной работы. Хотите вывести текст или изображения на экран? Тогда придётся написать много кода, используя самые простые элементы языка.

Как установить Microsoft NET Framework

На момент написания статьи самая свежая версия — Microsoft NET Framework 4,7 . Именно её мы и будем устанавливать:

Microsoft Net Framework можно установить и через Центр обновления Windows . Но многие отключают обновление Windows , поэтому данный метод будет предпочтительнее.

Перед установкой — Microsoft Net Framework можно установить на Windows 10 , Windows 8.1 и Windows 7 SP1 как на 32-битные, так и на 64-битные системы. Чтобы установка прошла без ошибок, Microsoft рекомендует иметь на жестком диске минимум 2.5 ГБ свободного пространства.

Microsoft предлагает два вида установщиков: веб-установщик и автономный установщик. Веб-установщик весит меньше 2 МБ, и скачивает все необходимые компоненты во время инсталляции. Поэтому вам потребуется стабильное соединение с интернетом.

Автономный установщик весит около 60 МБ, и не требует доступа к интернету во время инсталляции.

Оба установщика содержат одинаковые версии NET Framework , но мы предпочитаем использовать автономный установщик. Он надёжнее, и всегда будет под рукой, если потребуется переустановить NET Framework . После скачивания процесс установки не должен вызвать затруднений — просто следуйте инструкциям, появляющимся на экране. И тогда вы быстрее поймете, зачем нужен NET Framework 4 .

Обратите внимание, что версия 4.7 — это выполняемое обновление версий 4 , 4.5 , 4.5.1 , 4.5.2 , 4.6 , 4.6.1 и 4.6.2 . Поэтому не удаляйте предыдущие версии после установки. NET Framework 3.5 SP1 и более старые версии устанавливаются отдельно.

По умолчанию NET Framework инсталлирует английскую версию независимо от того, какой вы используете установщик. Для локализации нужно скачать соответствующий языковой пакет. На данный момент языковые пакеты для версии 4.7 доступны только в виде автономных установщиков.

Ещё кое-что о Microsoft Net Framework

Еще одна причина, зачем нужен NET Framework . Несколько лет назад Microsoft открыла исходный код NET Framework , позволив всем желающим вносить свой вклад в разработку платформы. В результате Microsoft стала самой активной организацией на GitHub .

Дайте знать, что вы думаете по данной теме в комментариях. Мы очень благодарим вас за ваши комментарии, лайки, отклики, дизлайки, подписки!

Пожалуйста, оставьте ваши отзывы по текущей теме материала. За комментарии, дизлайки, подписки, лайки, отклики огромное вам спасибо!

Читайте также: