Folien - Vorlesungen

Eine Entwicklungsumgebung im Web
IFC-Seminar WS98/99
20.01.1999
Holger Otte
Ziel der Arbeit
Ziel:
Ausführung von Java-Programmen in einem Web-Browser
• Start sowohl von Kommandozeile als auch in Browser
• Zugriff auf System.in und System.out
• ohne Zugriff auf native Methoden
• Shell
Erweiterungen:
• Quellcode ansehen,
• editieren und abspeichern,
• neu übersetzen
Inhalt
• Dynamisches Zuladen und Ausführen eines Java-Programms
• Umlenken der Standardeingabe und -ausgabe
• ClassLoader
• Aufbau des Systems
– Prozeßverwaltung
– Virtuelles Dateisystem
– Terminaltreiber
• Abschlußbetrachtung
• Ausblick
Dynamisches Zuladen und Ausführen eines
Java-Programms
• Reflection-API
try {
Class cl = Class.forName(className);
Method m = cl.getMethod ("main",
new Class[] {args.getClass()});
m.invoke (null, new Object[] {args});
} catch (ClassNotFoundException e) {
} catch (InvocationTargetException e) {
} catch (IllegalAccessException e) {
} catch (NoSuchMethodException e) {
}
Umlenken der Standardeingabe und -ausgabe
• Methoden der System-Klasse:
– setIn(InputStream in)
– setOut(PrintStream out)
– setErr(PrintStream err)
• obwohl System.in, System.out, System.err als public final deklariert!?
• Umlenken auf TextArea => Terminaltreiber
• Implementierung mit Methoden der Klasse TextArea:
– append(String str)
– setCaretPosition(int position)
– addKeyListener(KeyListener l)
Nachteile/Probleme der vorgeschlagenen Lösung
• Zugriff auf Standardeingabe und -ausgabe über Klasse FileDescriptor
• Probleme bei parallel betriebenen Programmen:
–
–
–
–
alle Applets eines Browser laufen in einer virtuellen Maschine
nur ein System.in und ein System.out für alle Applets
Probleme sowohl bei zwei oder mehr Terminals, als auch
in einem Terminal mit Hintergrundbetrieb
• Laden von Klassen mit Class.forName() unflexibel
Verbesserungsvorschlag 1:
Verteiler-InputStream
• Idee:
– System.in auf Verteiler-InputStream umlenken
– Verteiler-InputStream handelt in Abhängigkeit vom lesenden
Thread
– entsprechender Verteiler-OutputStream
Programm 1
Programm 2
Programm 3
read()
System.in
Verbesserungsvorschlag 1:
Verteiler-InputStream
• Problem:
– Unterklassen von Reader synchronisieren in Methode read auf
Objekt lock
– lock wird in InputStreamReader auf InputStream gesetzt
– mit
new InputStreamReader(System.in)
synchronisiert InputStream auf System.in
==> liest ein Thread, so kann kein anderer mehr lesen
==> Idee unbrauchbar
Wie lädt die virtuelle Maschine dynamisch Klassen zu?
• Klasse ClassLoader bzw. Unterklasse von ClassLoader
• Zu Klassenname Binärform finden ==> Datei, URL, Speicher
• Virtuelle Maschine: interne Tabelle mit Spalten
– Klassenname
– ClassLoader
– Class-Objekt
• Zwei Klassen sind identisch, falls:
– Klassenname identisch und
– ClassLoader identisch
• Klasse referenziert weitere Klassen => gleicher ClassLoader
Implementierung ClassLoader
• Unterklasse der abstrakten Klasse java.lang.ClassLoader
• Methoden:
– implementieren:
• Class loadClass(String name)
– zurückgreifen auf:
• Class defineClass(String name,
byte data[],
int offset,
int length)
• void resolveClass(Class c)
• Class findSystemClass(String name)
Verbesserungvorschlag 2:
ClassLoader ersetzt Klasse System
• ClassLoader lädt statt Systemklassen eigene Versionen dieser Klassen
• eigene Klasse System:
– jedes Programm bekommt seine „eigene“ Klasse System
– System.in, System.out, System.err können für jedes Programm
unabhängig gesetzt werden
• Problem:
– Java Systemklasse greift auf alte Systemklasse zu
Möglichkeiten durch den Einsatz eines eigenen
ClassLoaders
• Klassen können flexibel zugeladen werden:
– von lokaler Platte
– übers Netz (URL)
– aus Speicher
• Programme können parallel ausgeführt werden:
– jedes Programm bekommt seine „eigene“ System-Klasse
• weitere System-Klassen können durch eigene ersetzt werden:
– Klassen des java.io - Pakets => virtuelles Dateisystem
– Runtime-Klasse
• ==> Simulation Komponenten eines Betriebssystems
System - Aufbau
Java Programme
Eigene System-Klassen
virtuelles
Dateisystem
Prozeßverwaltung
VM
TerminalTreiber
Prozeßverwaltung
Aufgaben
• Sicherheitsbeschränkungen, Thread eines Prozesses darf nicht:
– auf Speicherbereich eines anderen Prozesses, d.h. auf dessen Objekte
und Methoden zugreifen
– Threads eines anderen Prozesses manipulieren
– unbeschränkt auf System-Klassen zugreifen (Bsp: System.exit())
• Prozeß besitzt eigene Standardeingabe und -ausgabe, Dateiverbindungen
• kontrollierendes Terminal
• Vererbung
Prozeßverwaltung
Realisierung
• Sicherheitsbeschränkungen ==> Sandbox-Modell
• innerhalb der Sandbox ist alles erlaubt,
• Zugriffe auf Umgebung enden mit SecurityException
• Wesentliche Konzepte:
– ClassLoader
– SecurityManager
Prozeßverwaltung
SecurityManager
• befragt, bevor Systemklasse potentiell sensible Operation ausführt
• ggf. Auslösen SecurityException
• Beispiel: Methode canRead() in Klasse java.io.File
public boolean canRead() {
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null) {
security.checkRead(path);
}
return canRead0();
}
==> SystemSecurityManager
Prozeßverwaltung
SystemSecurityManager
• Netzwerkzugriff
• Zugriffe auf das lokale Dateisystem
• Virtuelle Maschine und Umgebung
• Zugriff auf Threads
• Anlegen eines ClassLoaders
Prozeßverwaltung
Implementierung
• Klasse SystemSecurityManager
• Klasse Process:
– ProcessClassLoader
– ProcessManager
– ThreadGroup für User-Threads
• Klasse ProcessManager
– Verwaltung Prozesse
– Signale vom kontrollierenden Terminal
• Klasse JIDProcess
– Schnittstelle für Anwendungen
Prozeßverwaltung
Wann ist ein Prozeß zu Ende?
• Organisation von Threads in ThreadGroups
• Prioritäten
• Ende der Virtuellen Maschine: alle nicht Dämon-Threads beendet
• Dämon-Threads
– unerheblich für Frage nach dem Ende der virtuellen Maschine
– Bsp.: Garbage Collection
– Methode setDaemon()
• Ende eines Prozesses: alle nicht Dämon-Threads des Prozesses beendet
Prozeßverwaltung
Lebenszyklus eines Threads
VM
new Thread()
Thread
ThreadGroup
<init>
setPriority()
add()
start()
run()
exit()
Threadzustände:
deaktiviert
remove()
aktiviert
zerstört
Prozeßverwaltung
Lösungsvorschläge Ermittlung Prozeßende
• Regelmäßige Überprüfung
– Nachteil: Prozeßende erst mit Verzögerung festzustellen
• Eigene Thread-Klasse
– Problem: Threads, die in Systemklassen gestartet werden
• Einklinken in remove-Methode der ThreadGroup
– Nachteil: Dämon-Threads werden erfaßt
• oder ...
Prozeßverwaltung
Realisierung: Ermittlung Prozeßende
WaitThreadGroup
UserThreadGroup
Join()
WaitThread
join()
WaitThread
join()
WaitThread
join()
Thread
checkAccess()
System
Thread
Thread
ProcessSecurityManager
Security
checkAccess()Manager
Virtuelles Dateisystem
• Orientierung an Klassen aus dem Paket java.io.*:
– File
– FileDescriptor
– FileInputStream, FileOutputStream
• Aufbau des virtuellen Dateisystems:
– FileSystem
– FD, Filp
– VFile, VDirectory
• VFile:
–
–
–
–
Datei auf Festplatte
Datei auf bel. URL
Datei im Speicher der Virtuellen Maschine
Terminal
Abschlußbetrachtung
• Realisiert:
– Ausführen von Java-Programmen im Browser
– Parallelbetrieb mehrerer Programme
– Quellcode ansehen, verändern, speichern
• Problematisch
– Virtuelles Dateisystem
– Compilieren von Java-Klassen
==> Java-Compiler in Java geschrieben
==> Quellen von SUN
Ausblick
• Lösung Compilerproblem
• Ausbau virtuelles Dateisystem
– Schnittstellen zu File-Servern
– Benutzer-Management
– verteiltes Dateisystem
• verteilte Prozesse
• Ausbau Entwicklungsumgebung
– Debugger
– Interface-Builder