Программирование мобильных устройств на платформе .NET Compact Framework

Салмре Иво

■ Сетевой доступ. Возможность доступа к сети может быть разрешена или запрещена компонентам. 

■ Доступ к собственному коду. Возможность осуществления вызовов собственных кодов может быть разрешена или запрещена компонентам.

В варианте .NET Framework, ориентированном на настольные компьютеры и серверы, доступны не только эти, но и многие другие разрешения, которые могут определяться в качестве политик. По данному вопросу имеется обширная литература и документация.

.NET Compact Framework проектировалась с учетом поддержки описанной модели безопасности, основанной на политиках. Однако в первом выпуске .NET Compact Framework политика безопасности определялась очень просто: "Весь код пользуется полными доверительными отношениями". Это означает, что приложения, предназначенные для .NET Compact Framework v1.1, выполняющейся на устройстве, будут выполняться в этой среде с тем же набором разрешений, с которым на устройстве выполняются собственные коды.

Решение о закреплении

разрешенных полномочий на уровне "выполнения в условиях полных доверительных отношений" для первого выпуска .NET Compact Framework было продиктовано исключительно прагматическими соображениями. В ходе обсуждений, сопровождавших ранние опыты внедрения данного продукта, стало очевидным, что первая волна конкурентоспособных приложений для мобильных устройств будет, скорее всего, представлена приложениями, которые явным образом устанавливаются на устройствах пользователями или администраторами, а не загружаются и выполняются на лету. Подобные виды приложений начали уже в заметной степени вытеснять традиционные приложения для устройств на основе собственных кодов, и поэтому использование аналогичной модели полномочий вполне соответствовало сложившейся ситуации. Если бы мы располагали неограниченным временем для проектирования, построения, тестирования и окончательного уточнения политик безопасности на основании откликов пользователей, то модель, используемая в первой версии, была бы проработана более тщательно. Однако в результате многочисленных дискуссий мы поняли, что не это требование будет определять успешность выполнения приложений в нашей первой версии продукта. В силу этого создание более совершенного механизма политик безопасности было отложено до следующего выпуска, что дало возможность сконцентрировать усилия на разработке других средств, вошедших в первую версию. Это решение далось нелегко, однако, по прошествии уже достаточно большого времени, мы по-прежнему убеждены в его правильности. Следует отметить, что на некоторых из устройств, пользующихся массовым спросом, например, на некоторых смартфонах, эксплуатируются политики безопасности, требующие, чтобы приложения, основанные на собственных кодах, были снабжены криптографическими подписями; в случае таких устройств в отношении приложений, основанных на управляемом коде, действуют те же политики.

В дальнейшем желательно внедрить модель безопасности, поддерживающую загрузку кода на лету и присвоение полномочий на основе подтверждений, предоставляемых кодом. Поэтому весьма вероятно, что в будущих версиях .NET Compact Framework будет предусмотрено несколько различных уровней доверительности и полномочий, охватывающих интервал от "полного доверия" на основе предоставляемых подтверждений до весьма ограниченных возможностей для кода, пользующегося низким уровнем доверительности. Кроме того, различные типы мобильных устройств будут, вероятно, характеризоваться заданием на них различных политик. На некоторых устройствах политики будут определяться конечными пользователями, на других — администраторами, изготовителями оборудования или же сетевыми операторами, обслуживающими то или иное устройство. Поддержка этих возможностей будет осуществляться встроенной моделью обеспечения безопасности доступа.

Мультимедиа

Еще одной областью, от явной поддержки которой в первом выпуске .NET Compact Framework мы решили отказаться, является работа с мультимедийной информацией. Это, например, означает, что разработчики, желающие воспроизводить звуки или показывать видео, должны использовать для этой цели собственные коды. Как и в предыдущем случае, если бы для разработки, тестирования и доработки этих средств у нас было больше времени, то их поддержка была бы обеспечена уже в первом выпуске .NET Compact Framework. Анализ отзывов, полученных нами от лиц, проводивших первые испытания этого продукта, позволил сделать вывод, что применительно к тем видам приложений, в создании которых в настоящее время существует потребность, поддержка данных возможностей не являлась критическим фактором успешности. По всей вероятности, в будущих версиях .NET Compact Framework поддержка мультимедийной информации будут более интенсивной.

Оглядываясь назад, мы можем констатировать, что принятое нами решение было правильным.

Как запускается и выполняется код

При первоначальном запуске приложения на основе управляемого кода загрузка, верификация и запуск кода осуществляются за несколько шагов. Когда такое приложение уже запущено и выполняется, среда выполнения управляемого кода продолжает играть важную роль во время загрузки новых классов и JIT-компиляции кода, когда это оказывается необходимым, а также в процессе управления памятью, отводимой для приложения. Полезно иметь более или менее полное общее представление о том, как все это происходит. Процесс запуска и выполнения приложения можно пояснить при помощи описанных ниже шести шагов: 

1. Загружается управляемое приложение. Двоичный заголовок приложения указывает операционной системе на то, что оно не является приложением в собственных кодах. Вместо того чтобы просто предоставить возможность выполняться инструкциям кода, загружается исполнительный механизм .NET Compact Framework, которому сообщается о том, что он должен запустить приложение на выполнение.

2. Исполнительный механизм находит класс, содержащий "главную" точку входа "main", с которой должно начинаться выполнение приложения.

Таковым является класс с сигнатурой функции, соответствующей виду static void Main. В случае обнаружения типа с такой сигнатурой происходит загрузка класса и производится попытка выполнения "главной" процедуры (шаги 3 и 4).

3. Загружается класс. Информация о классе загружается и верифицируется с той целью, чтобы убедиться в корректности и согласованности определения класса. Все методы (то есть точки входа исполняемого кода) класса обозначаются как "некомпилированные".

4. Исполнительный механизм пытается выполнить указанную процедуру. Если уже имеется откомпилированный код, связанный с процедурой, осуществляется выполнение этого кода.

5. Если исполнительный механизм обнаруживает, что свойство или метод, которые требуется запустить на выполнение, не откомпилированы, они компилируются по требованию. Производится загрузка содержащейся в классе информации, которая необходима методу. Код верифицируется для гарантии того, что он содержит безопасные, допустимые и корректно сформированные IL-инструкции, а затем подвергается JIT-компиляции. Если метод ссылается на другие типы, которые еще не были загружены, осуществляется необходимая загрузка определений соответствующих классов и типов. Методы, содержащиеся в классах, не компилируются до тех пор, пока в этом не возникнет необходимости; именно в этом и состоит смысл JIT-компиляции.

6. Выполняется скомпилированный к этому моменту метод. Если возникает необходимость в распределении памяти для типов или методов, исполнительному механизму направляются соответствующие запросы. Любые вызовы классов методами возвращают нас к шагу 5.

На первый взгляд, вышеперечисленные действия требуют выполнения большого объема работы, однако в действительности все происходит очень быстро.

Что такое "тип"?

На заметку! "Типом" являются любые данные, с которыми может работать программист. Это можно сформулировать и иначе, сказав, что типами являются любые типы данных и классы. Все является типом, включая целые и десятичные числа, другие скалярные величины, строки и классы. Любая "сущность", которой вы можете манипулировать внутри кода, является экземпляром типа. Классы являются специальными типами в том смысле, что они содержат не только данные, но и код, и поддерживают такие объектно-ориентированные свойства, как наследование.

На заметку! После загрузки определений классов и других типов в память, их верификации и компиляции эти данные размещаются в распределенной памяти точно так же, как и любые другие данные, которые разработчики распределяют в своих приложениях. Рассмотрим пример. Предположим, вы создаете объект ArrayList:

System.Collection.ArrayList aList = new System.Collection.ArrayList;

При этом выполняются следующие операции:

1. Вышеприведенный код представляется в вашем приложении на промежуточном языке IL. Этот IL-код подвергается JIT-компиляции во время выполнения непосредственно перед тем, как выполняться в первый раз. Этот код помещается в распределенную память.

2. По окончании JIT-компиляции кода исполнительный механизм пытается определить, загружена ли информация о типе System.Collections.Array в память; если это не так, выполняется распределение памяти для этого типа, а также загрузка и связывание определения с классом ArrayList.

3. Во время выполнения приведенного выше фактического кода должен быть выполнен конструктор объекта ArrayList. Если соответствующий код еще не загружался и не подвергался JIT-компиляции, осуществляется распределение памяти для кода конструктора и JIT-компиляция этого кода. Выполняется загрузка кода, его верификация и JIT-компиляция, и память, распределенная для кода этого конструктора, связывается с конструктором класса ArrayList.

То же самое относится и к любому другому загружаемому типу или вызываемому методу; если необходимая работа по их загрузке не была до этого выполнена, они загружаются и компилируются по мере необходимости, и используемая для этого память связывается с типом.

Описанное распределение и отслеживание памяти играет очень важную роль. Как далее будет показано, к данным о коде и определениях классов, как и к любым другим объектам, могут применяться операции сборки мусора.

Управление памятью и сборка мусора

В процессе своего обычного выполнения ваш код периодически инициирует загрузку определений типов в память, компиляцию и выполнение кода, а также размещение объектов в памяти и их удаление из памяти. .NET Compact Framework проектировалась таким образом, чтобы обеспечить наилучший баланс между скоростью запуска, устойчивостью и непрерывностью выполнения кода даже в условиях существования жестких ограничений на объем доступной памяти. Для достижения этой цели загрузчик классов, механизм JIT-компиляции, а также модули распределения памяти и сборки мусора работают скоординированным образом.

Вероятнее всего, выполнение вашего кода будет сопровождаться периодическим созданием новых объектов и их последующим уничтожением после того, как необходимость в них исчезает. Эффективное удовлетворение запросов памяти для размещения объектов и ее освобождение достигаются в .NET Compact Framework за счет утилизации освобождаемой памяти путем так называемой "сборки мусора" (garbage collection). Операции по сборке мусора в той или иной форме используются в большинстве современных сред выполнения управляемого кода.