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 einesJava-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

System.in

read()

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 Datei-system

Prozeß-verwal-

tung

Terminal-Treiber

VM

ProzeßverwaltungAufgaben

• 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

ProzeßverwaltungRealisierung

• Sicherheitsbeschränkungen ==> Sandbox-Modell

• innerhalb der Sandbox ist alles erlaubt,

• Zugriffe auf Umgebung enden mit SecurityException

• Wesentliche Konzepte:– ClassLoader– SecurityManager

ProzeßverwaltungSecurityManager

• 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

ProzeßverwaltungSystemSecurityManager

• Netzwerkzugriff

• Zugriffe auf das lokale Dateisystem

• Virtuelle Maschine und Umgebung

• Zugriff auf Threads

• Anlegen eines ClassLoaders

ProzeßverwaltungImplementierung

• Klasse SystemSecurityManager

• Klasse Process:– ProcessClassLoader– ProcessManager– ThreadGroup für User-Threads

• Klasse ProcessManager– Verwaltung Prozesse– Signale vom kontrollierenden Terminal

• Klasse JIDProcess– Schnittstelle für Anwendungen

ProzeßverwaltungWann 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

ProzeßverwaltungLebenszyklus eines Threads

new Thread()

VM Thread ThreadGroup<init>

add()setPriority()

run()

exit() remove()

start()

Threadzustände: deaktiviert aktiviert zerstört

ProzeßverwaltungLösungsvorschläge 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 ...

ProzeßverwaltungRealisierung: Ermittlung Prozeßende

Join()

WaitThread

WaitThread

WaitThread Thread

Thread

Thread

join()

join()

join()

WaitThreadGroup UserThreadGroup

ProcessSecurityManager

System

Security

Manager

checkAccess()

checkAccess()

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