Eine Entwicklungsumgebung im Web IFC-Seminar WS98/99 20.01.1999 Holger Otte.

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1 Eine Entwicklungsumgebung im Web IFC-Seminar WS98/99 20.01.1999 Holger Otte

2 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

3 Inhalt Dynamisches Zuladen und Ausführen eines Java-Programms Umlenken der Standardeingabe und -ausgabe ClassLoader Aufbau des Systems –Prozeßverwaltung –Virtuelles Dateisystem –Terminaltreiber Abschlußbetrachtung Ausblick

4 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) { }

5 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)

6 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

7 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 System.in read()

8 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

9 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

10 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)

11 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

12 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

13 System - Aufbau Java Programme Eigene System-Klassen virtuelles Datei- system Prozeß- verwal- tung Terminal- Treiber VM

14 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

15 Prozeßverwaltung Realisierung Sicherheitsbeschränkungen ==> Sandbox-Modell innerhalb der Sandbox ist alles erlaubt, Zugriffe auf Umgebung enden mit SecurityException Wesentliche Konzepte: –ClassLoader –SecurityManager

16 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

17 Prozeßverwaltung SystemSecurityManager Netzwerkzugriff Zugriffe auf das lokale Dateisystem Virtuelle Maschine und Umgebung Zugriff auf Threads Anlegen eines ClassLoaders

18 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

19 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

20 Prozeßverwaltung Lebenszyklus eines Threads new Thread() VMThreadThreadGroup add() setPriority() run() exit()remove() start() Threadzustände: deaktiviertaktiviertzerstört

21 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...

22 Prozeßverwaltung Realisierung: Ermittlung Prozeßende Join() WaitThread Thread join() WaitThreadGroupUserThreadGroup ProcessSecurityManager System Security Manager checkAccess()

23 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

24 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

25 Ausblick Lösung Compilerproblem Ausbau virtuelles Dateisystem –Schnittstellen zu File-Servern –Benutzer-Management –verteiltes Dateisystem verteilte Prozesse Ausbau Entwicklungsumgebung –Debugger –Interface-Builder