2.2Выбор платформы для реализации
Исходя из концепции Пандоры и того, что новые модули для системы будут создаваться студентами при выполнении курсовых работ, можно сформировать требования к платформе:
-
массовая доступность платформы (чтобы студентам не пришлось покупать новое оборудование, устанавливать другую ОС или громоздкий фреймворк);
-
возможность поиска и создания классов, объявленных в подключаемых библиотеках;
-
возможность взаимодействия классов написанных на разных языках;
-
среди поддерживаемых языков должны быть языки преподаваемые на 609-ой кафедре (или крайне сходные с ними).
Всем этим требования удовлетворяет Microsoft .NET Framework для Windows.
.NET Framework работает на всех версиях Windows начиная с Windows XP включая серверные версии. Также он поддерживает следующие архитектуры процессоров x86, x64 и ia64. Доля поддерживаемых ОС на март 2010 составляла более 90%, что достаточно ярко отражает доступность платформы.
При компиляции .NET сборок в них сохраняется подробная информация обо всех объявленных классах, интерфейсах и других типах. В .NET также присутствуют удобные средства для динамической загрузки сборок, нахождения и создания классов из динамически загруженных сборок, а также использования методов и свойств этих классов.
С использованием .NET Framework можно писать практически на любом языке программирования (существуют компиляторы для более чем 50 языков). Однако, официально поддерживаются Microsoft только следующие языки:
-
С++/CLI – привязка языка C++ стандарта ISO к .NET Framework (студентам знающим C++ не придется тратить время на изучение нового языка);
-
C# – интуитивно понятен и довольно близок по синтаксису к C++, поэтому его изучение не займет много времени у студентов, знающих C++;
-
VB.NET – дальнейшее развитие Visual Basic 6.0, который также довольно известен;
-
JScript.NET – язык с похожим на JavaScript синтаксисом;
-
F# – функциональный язык программирования.
Из-за значительных усовершенствований была выбрана последняя версия Microsoft .NET Framework 4. Единственным минусом этого выбора является то, что .NET Framework 4 на данный момент не установлен на многих ПК и для работы системы придется его скачать. Эта проблема со временем решиться, так как .NET Framework устанавливается вместе с обновлениями Windows, а в последних версиях Windows он устанавливается вместе с ОС. Тем не менее, для уменьшения объема загружаемых библиотек (для тех, у кого еще не стоит .NET 4), будет использоваться Microsoft .NET Framework 4 Client Profile (облегченная версия фреймворка).
Так как при отображении результатов расчета необходимо отрисовывать сложные графические объекты, для визуализации используется WPF (Windows Presentation Foundation). В отличие Windows Forms (другой технологии визуализации) WPF использует DirectX, а соответственно векторную графику и мощности видеокарты. При частом разбиении сетки это даст большое преимущество по сравнению с Windows Forms. Однако, WPF и Windows Forms совместимы, поэтому любой визуальный модуль может быть написан как полностью на WPF, так и с использованием Windows Forms контролов. Ради использования WPF пришлось отказаться от поддержки архитектуры процессоров ia64, но это небольшая жертва из-за малой распространенности таких процессоров.
2.2.1Обзор технологии .NET Framework
Платформа .NET Framework — это один из компонентов системы Windows. Он позволяет создавать и использовать приложения нового поколения. Назначение платформы .NET Framework:
-
создание целостной объектно-ориентированной среды программирования допускающей различные варианты реализации: код может храниться и выполняться локально; выполняться локально, а распространяться через Интернет; или выполняться удаленно;
-
предоставление среды выполнения кода, в которой число конфликтов при развертывании программного обеспечения и управлении версиями будет сведено к минимуму;
-
обеспечение безопасности выполнения кода в среде — в том числе кода, созданного неизвестным разработчиком или разработчиком с частичным доверием;
-
предоставление среды выполнения кода, позволяющей устранить проблемы, связанные с производительностью сред на основе сценариев или интерпретации;
-
унификация работы разработчиков в совершенно разных приложениях: как в приложениях Windows, так и в веб-приложениях;
-
использование промышленных стандартов во всех областях обмена данными и, как следствие, обеспечения совместимости кода, созданного в .NET Framework, с другими программами.
Платформа .NET Framework состоит из двух основных компонентов: среды CLR и библиотеки классов .NET Framework. Среда CLR — это фундамент платформы .NET Framework. Это своеобразный агент, управляющий кодом во время его выполнения, предоставляющий ключевые службы, связанные с такими процессами, как управление памятью, потоками и удаленными операциями, а также обеспечивающий безопасность типов и другими способами контролирующий правильность кода, гарантируя безопасность и стабильность приложений. Понятие управления кодом является для среды основополагающим. Код, созданный для среды, называется управляемым. Любой другой код называется неуправляемым кодом. Библиотека классов, второй основной компонент платформы .NET Framework, является обширным объектно-ориентированным набором типов, которые можно использовать для разработки самых различных приложений — от классических приложений с интерфейсом командной строки или графическим интерфейсом пользователя до новейших приложений на базе технологий ASP.NET, например веб-форм и веб-служб.
Платформа .NET Framework может располагаться на неуправляемом компоненте, который загружает среду CLR в собственные процессы и инициирует выполнение управляемого кода — тем самым создавая среду приложений, в которой может выполняться как управляемый, так и неуправляемый код. Платформа .NET Framework сама предоставляет несколько хост-приложений и поддерживает хост-приложения сторонних разработчиков.
На рисунке ниже показаны связи между средой CLR, библиотекой классов, приложениями и всей системой в целом. Он также дает представление о том, как управляемый код работает в более крупной архитектуре.
Платформа .NET Framework в составе системы
2.2.2Функции среды CLR
Среда CLR отвечает за управление памятью, работу потоков, выполнение кода, проверку безопасности кода, компиляцию и другие системные службы. Эти функции включены в управляемый код, выполняемый в среде CLR.
Управляемым компонентам присваиваются разные уровни доверия на основании ряда факторов, связанных с их происхождением (Интернет, корпоративная сеть, локальный компьютер). От уровня доверия зависит способность управляемого компонента осуществлять доступ к файлам, реестру и прочим важным функциям даже в пределах одного активного приложения.
Среда отвечает за управление доступом для кода. Например, пользователь может указать, что тот или иной исполняемый файл, встроенный в веб-страницу, может показывать анимацию или проигрывать мелодию, но не может осуществлять доступ к персональным данным пользователя, файловой системе или сети. Это позволяет максимально расширить возможности надежного программного обеспечения, развертываемого через Интернет.
Кроме того, среда обеспечивает стабильность кода за счет применения инфраструктуры, осуществляющей проверку кода и типов — так называемой системы общих типов CTS. Система CTS гарантирует наличие полного описания в каждом управляемом коде. Как у Майкрософт, так и у сторонних разработчиков есть различные компиляторы, создающие управляемый код по стандарту CTS. Такой код может потреблять другие управляемые типы и экземпляры, неизменно сохраняя правильность и безопасность типов.
Управляемая среда также помогает устранить многие распространенные проблемы, связанные с программным обеспечением. Например, структура объектов и ссылки на них в среде CLR обрабатываются автоматически и освоождаются, когда перестают использоваться. Такое автоматическое управление памятью позволяет устранить две ошибки, наиболее часто встречающиеся в приложениях: утечку памяти и недействительные ссылки.
Кроме всего прочего, среда CLR повышает эффективность разработки. Независимо от того, на каком языке программист пишет приложение, он в полной мере может использовать все функции среды CLR, библиотеку классов и компоненты, написанные другими разработчиками на других языках программирования. Если поставщик решит создать компилятор приложений для среды CLR, он вполне может это сделать. Подобный компилятор позволяет использовать функции платформы .NET Framework в коде, написанного на соответствующем языке, благодаря чему значительно упрощается процесс миграции готовых приложений.
Среда разрабатывалась для приложений нового поколения, однако она отлично поддерживает существующее программное обеспечение. Совместимость управляемого и неуправляемого кода позволяет разработчикам не отказываться от необходимых компонентов COM и библиотек DLL.
При разработке среды целью было повышение производительности. Хотя в среде CLR доступно множество стандартных служб, управляемый код никогда не бывает интерпретируемым. Функция, известная как JIT-компиляция, позволяет выполнять любой код на машинном языке той системы, на которой он запускается. В то же время, диспетчер памяти устраняет возможность ее фрагментации и корректирует размещение ссылок, за счет чего мы получаем дополнительное повышение производительности.
Наконец, среда может располагаться на высокопроизводительных серверных приложениях, таких как Microsoft SQL Server и службы IIS. Такая инфраструктура позволяет использовать при создании бизнес-логики управляемый код, сохраняя при этом высокий уровень производительности, характерный для передовых производственных серверов, поддерживающих размещение среды.
2.2.3Библиотека классов .NET Framework
Библиотека классов .NET Framework — это набор стандартных типов, тесно связанных со средой CLR. Библиотека классов является объектно-ориентированной. В ней содержатся типы, на основании которых ваш управляемый код может выводить нужные функции. Это не только обеспечивает простоту использования типов в .NET Framework, но и сокращает количество времени, необходимое для изучения новых возможностей платформы. Кроме того, компоненты сторонних разработчиков могут полностью интегрироваться в библиотеку классов .NET Framework.
К примеру, классы коллекций в .NET Framework позволяют реализовать ряд интерфейсов, которые затем вы можете использовать для создания собственных классов. Классы коллекций, которые вы создадите, будут тесно интегрированы в набор классов .NET Framework.
Поскольку библиотека классов является объектно-ориентированной, типы в .NET Framework позволяют выполнять ряд стандартных операций программирования: управление строками, сбор данных, подключение к базам данных, доступ к файлам. В библиотеке также есть типы, поддерживающие самые разнообразные специализированные ситуации, с которыми вы сталкиваетесь при разработке приложений. Платформу .NET Framework можно использовать для создания следующих приложений и служб:
-
консольных приложений;
-
приложений с графическим интерфейсом пользователя для системы Windows;
-
приложений ASP.NET;.
-
мобильных приложений;.
-
веб-служб;
-
служб Windows.
|
