Programowanie Aplikacji Lokalnych w Środowisku.NET

(1)

Programowanie

Aplikacji Lokalnych w Środowisku .NET

Architektura systemu, jądro systemu, obiekty jądra, uchwyty

Wielozadaniowość, procesy, zadania, wątki, szeregowanie zadań

(2)

Zarys architektury systemu

Systemowe procesy pomocnicze np. menedźer sesji,

proces logowania

Procesy usługowe

Aplikacje użytkownika:

Win 32 win16

DOS POSIX/

OS/2

Podsystemy środowiskowe

win32***

OS/2 POSIX

biblioteki podsystemów

tryb użytkownika tryb jądra System okien***

Grafika***

Centrum wykonawcze *

jądro * sterowniki urządzeń Warstwa niezalezna od sprzętu HAL **

*ntoskrnl.exe/ntkrnlpa.exe, ntdll.dll, ** hal.dll,

*** kernel32.dll, adwapi32.dll,user32.dll, gdi32.dll, win32k.sys, csrss.exe

(3)

Obiekty systemowe

◼

Tworzone i zarządzane przez system

◼

Mogą być współdzielone przez procesy

◼

Użytkownik nie odwołuje się bezpośrednio do obiektu, manipuluje nim za

pośrednictwem uchwytu



Brak dostępu kodu użytkownika do obiektu (bezpieczeństwo)



Czasu życia obiektu kontrolowany przez

system (zliczanie referencji)

(4)

Obiekty jądra

Tablica uchwytów

2 1

h = 2

h = 6

Jądro

h = CreateXXX(”Nazwa”,..., sd, ...)

h = OpenXXX(”Nazwa”,..., sdo, ...)

(5)

Wielozadaniowość

Wielozadaniowość:

◼ wywłaszczanie wątków

◼ priorytety dostępu do procesora

◼ przetwarzanie w tle:

 dodatkowe wątki procesu

 (peekMessage)

❑ Obiekty systemowe – prymitywy wielozadaniowości:

❑ proces - program w trakcie wykonywania

❑ wątek - podstawowy wykonywalny składnik procesu

❑ zadanie (job) – grupa procesów zarządzana razem

❑ włókna

❑ Prymitywy .Net:

❑ Zadanie (task)

❑ Async/Await

(6)

Proces

❑

Obiekt jądra reprezentujący proces

❑

Przestrzeń adresowa przydzielona procesowi (oddzielna dla poszczególnych procesów – w Win 9x procesy wspołdzieliły obszar niskiej

pamięci)

❑

Proces obejmuje co najmniej jeden wątek – wątek główny

◼

Monitorowanie procesow

• ProcessExplorer.- stan procesów w systemie

• TaskManager

• WMI

(7)

Kończenie procesu

❑ ExitProces() - z wnętrza procesu

❑ TerminateProcess()

❑ Zakończenie wszystkich wątków typu foreground -

>Exit/TerminateThread()

◼ Dawniej powrót z funkcji głównej procesu

Pot. problem: destruktory obiektów

◼ Unieważnienie uchwytów procesu/utworzonych/otwartych obiektów (likwidowane gdy # = 0)

◼ Obiekt procesu zostaje zasygnalizowany

◼ Kod wyjścia zgodny z argumentem

Exit/TerminateProcess() –> GetExitCode(hprocess, ...)

(8)

System.Diagnostics.Proces

❑ ProcessName, BasePriority, EnableRaisingEvents,

StartInfo, StartTime, ExitCode, ExitTime, HasExited, Id ..., Processes

❑ Modules, MainModule, MainWindowHandle, MainWindowTitle...

❑ MaxWorkingSet, MinWorkingSet,

NonpagedSystemMemorySize, PeakVirtualMemorySize, PagedMemorySize, TotalProcessorTime,

UserProcessorTime....

❑ PriorityBoostEnabled, PrivilegedProcessorTime ...

❑ StandardInput, StandardOutput, StandardError ...

❑ Handle, Threads ...

(9)

System.Diagnostics.Process

❑

Start()

❑

WaitForExit(), Kill()

❑

GetProcesses(), GetProcessesById(), Processes

❑

Process.ProcessStartInfo

❑ FileName, Arguments, PriorityClass

❑ CreateNoWindow, ErrorDialog, UseShellExecute, WindowStyle, WorkingDirectory

❑ RedirectStandardInput, RedirectStandardError, RedirectStandardOutput

❑ WorkingDirectory, WindowStyle

(10)

System.Diagnostics.Process

◼

Start()

◼

Start(ProcessStartInfo info)

◼

Start(string fileName, string arguments)

◼

Start(string fileName, string userName,

◼

SecureString password, string domain )

...

(11)

Process - monitorowanie

◼ TotalProcessorTime, UserProcessorTime, VirtualMemorySize, WorkingSet

◼ Process. WaitForExit

◼ Process.WaitForInputIdle

◼ Exited -> event

(12)

Zadania (Job objects)

◼ Zarządzanie grupą procesów

❑ Monitorowanie grupy:

• TotalUser / TotalKernelTime,

Total / ActiveProcesses / TotalTerminatesProcesses, TotalPageFaults

❑ Ograniczenia wspólne dla grupy procesów – „model piaskownicy”

 Czas/pamięć per process/zadanie, Liczba aktywnych procesów

 Dopuszczalne CPU, Priorytet, względna część czasu

 Wylogowywanie/zamykanie systemu, dostęp do schowka

 Zmiana parametrów systemu / ekranu

 Tworzenie desktpów/ dostęp do obiektów USER spoza zadania

• DIE_ON_UNHANDLED_EXCEPTION ->

SEM_NOGPFAULTERRORBOX

 Maska nakładana na SID

◼ Wymagane wołanie API

(13)

Zadania (Job objects) WINAPI

◼ tworzenie nowego zadania: CreateJobObject

◼ otwarcie zadania: OpenJobObject

◼ przypisanie procesu AssignProcessToJobObject ( -> CREATE_SUSPENDED)

tej operacji nie można cofnąć

◼ likwidacja zadania CloseHandle

◼ zakończenie wszyskich stowarzyszonych procesów TerminateJobObject

◼ informacje o zadaniu Set/QueryInformationJobObject

◼ Informacje o procesach bez zadań GetProcessIoCounters

(14)

.NET vs API

◼ Wołanie funkcji unmanage – wymaga ich zaimportowania:

[DllImport("msvcrt.dll")]

using System;

using System.Runtime.InteropServices;

class PlatformInvokeTest {

[DllImport("msvcrt.dll")]

public static extern int puts(string c);

[DllImport("msvcrt.dll")]

internal static extern int _flushall();

public static void Main() {

puts("Test");

_flushall();

} }

MSDN -> Platform Invoke Tutorial

(15)

Powiadomienia WINAPI

Przekroczenie limitu czasu -> zasygnalizowanie zadania (i domyślnie zabicie procesów składowych->)

Monitorowanie zdarzeń -> porty dokańczania GetQueuedCompletitionInfo

JOB_OBJECT_MSG_ACTIVE_PROCESS_ZERO JOB_OBJECT_MSG_END_OF_PROCESS_TIME JOB_OBJECT_MSG_ACTIVE_PROCESS_LIMIT JOB_OBJECT_MSG_PROCESS_MEMORY_LIMIT JOB_OBJECT_MSG_JOB_MEMORY_LIMIT

JOB_OBJECT_MSG_NEW_PROCESS JOB_OBJECT_MSG_EXIT_PROCESS

JOB_OBJECT_MSG_ABNORMAL_EXIT_PROCESS JOB_OBJECT_MSG_END_OF_JOB_TIME

(16)

Wątki wykonania

◼ Współdzielą przestrzeń adresową ( procesu )

◼ Indywidualny

 stan rejestru

 zestaw zmiennych lokalnych

 TLS (System.Threading.ThreadLocal<T> )

◼ Dużo mniej kosztowne niż proces

◼ Znacznie łatwiejsza komunikacja

◼ Dużo słabsza separacja niż procesów

◼ Stan wątku: IsAlive

(17)

System.Threading.Thread

Thread t = new Thread ( () => Console.WriteLine ("Hello!") );

t.Start();

Name, Priority, ThreadState

IsAlive, IsBackground, IsThreadPoolThread CurrentThread, CurrentPrincipal

Threads

Start (), Join () ,

Sleep (), Resume (), Suspend (), SpinWait () Abort(), ResetAbort (), Interrupt (),

VolatileRead (), VolatileWrite() GetDomain (),

GetData (), AllocateNamedDataSlot (), AllocateDataSlot ()

(18)

System.Threading ... classes

AutoResetEvent Interlocked

ManualResetEvent Monitor

Mutex

ReaderWriterLock

RegisteredWaitHandle WaitHandle

Timer

ThreadPool

XXXXException

(19)

wykonywanie oczekiwanie

wstrzymanie

GetMessage Sleep

SuspendThread

CREATE_SUSPENDED

ResumeThread SuspendThread

szeregowanie wątków

synchronizacja

Przełączanie wątków wykonania

(20)

Szeregowanie zadań

❑

Wykonywany jest wątek o najwyższym priorytecie

❑

Po zawieszeniu/wykorzystaniu czasu uaktualniany jest jego kontekst

❑

Wybierany jest kolejny wątek o najwyższym priory- tecie gotowy do wykonania (być może ten sam)

❑

Sporadycznie wybierane są również wątki o niskim priorytecie

❑

Długość kwantu czasu:

 równy kwant d. każdego procesu ok 20ms

 dłuższy dla proces.

pierwszoplan. o priorytecie Normalny

(21)

Zawieszanie wątkow

❑ Wywołania Suspend i Resume powinny być zbilansowane

❑ API: SwitchToThread() – umożliwia wznowienie watek o niższym priorytecie np. dla zwolnienie przez niego

zasobu

❑ Zawieszenie wszystkich wątków – pot. problem

dynamika wątków (powstawanie/usuwanie) wątków

(22)

Kończenie wątków

❑ Interupt (wyjątek ThreadInterruptedException zostanie rzucony przy najbliższym przejściu w stan zablokowany wait, sleep, lub join)

❑ Abort rzuca wyjątek ThreadAbortException – moze byc obsluzony ale automatycznie jest wyrzucany ponownie po zakonczeniu catch

❖ Ani Interupt ani Abort nie dzialaja na watki czekajace na unamanged wait. Na wait managed watek jest

wybudzany.

(23)

Nieosłużone wyjątki

nie zatrzymuja wątków z puli

w watkach powodują terminowane wątku

Dla .Net>=2.0 powodują terminowanie procesu

Powinny być obsłużone!!!

◼ AppDomain.CurrentDomain.UnhandledException +=

new UnhandledExceptionEventHandler(

CurDomain_MyHandler);

◼ Niezalecane wlaczenie zachowania legacy

SEH – StructuralExceptionHandling – niezarzadzalny handler - obejmuje każdy wątek

(24)

Foreground vs Background

Foreground utrzymują proces przy życiu, Background: nie Przy zatrzymywaniu Background z powodu zamykania

aplikacji nie jest rzucany wyjątek Przy zwolnieniu AppDomain wyjatek

AppDomainUnloadedException) jest rzucany dla obu typów wątków

Wątki z puli są typu Background Thread.IsBackground = true/false

(25)

Proces > App Domain >Thread

Izolacja

Zabezpieczenia

Kontrolowane wyładowanie

Można załadować assembly do oddzielnej AppDomain

(26)

Priorytet procesu

❑ zmiana/pobranie priorytetu Process.PriorityClass

◼ proces w tle: IDLE_PRIORITY_CLASS

◼ obniżony prioryt: BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS

◼ proces normalny: NORMAL_PRIORITY_CLASS

◼ podwyższony priorytet: ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS

◼ wysoki priorytet: HIGH_PRIORITY_CLASS

◼ proces czasu rzeczywistego: REALTIME_PRIORITY_CLASS

(27)

Priorytet wątku

❑ zmiana/pobranie priorytetu: Thread.Priority

◼ THREAD_PRIORITY_IDLE

◼ THREAD_PRIORITY_LOWEST

◼ THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL

◼ THREAD_PRIORITY_NORMAL

◼ THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL

◼ THREAD_PRIORITY_HIGHEST

◼ THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL

(28)

Efektywny priorytet

❑ jest określony przez kombinację priorytetów procesu i wątku

1 1

1 16

Iddle

2 4

6 8

11 22

Lowest

3 5

7 9

12 23

Below n.

4 6

8 10

13 24

Normal

5 7

9 11

14 25

Above n.

6 8

10 12

15 26

Highest

15 15

15 31

Critical

Low Below

Normal Above

High Real

time

P r o c e s y

W ą t k i

(29)

Dynamiczny priorytet

❑

timer/mysz/klawiatura – mogą wymuszać dynamiczną zmianę priorytetu wątku (dla wątków o priorytecie bazowym 0-15)

❑

w Win NT/2K/XP użytkownik może decydować o dynamicznej zmianie prorytetu

Process.PriorityBoostEnabled

(30)

Włókna

◼ Przenoszenie aplikacji z UNIXa

◼ Wątek może obejmować wiele włókien

◼ Tylko jedno włókno jest wykonywane na raz

◼ Przełączenie wiąże się z zapamiętaniem kontekstu, stanu rejestrów itd

◼ Przełączanie jest zarządzane przez kod użytkownika

◼ Brak wywłaszczania na poziomie włókien (dostępne jest wywłaszczanie na poziomie wątków)

◼ Włókna są obsługiwane w trybie użytkownika (a nie jądra)

(31)

Tworzenie włókien WINAPI

Pierwsze włókno:

PVOID ConvertThreeadToFiber(PVOID pvParam) Następne: PVOID CreateFiber(DWORD dwStackSize,

PFIBER_START_ROUTINE pfnStartAdress, PVOID pvParam)

Wynik: adres kontekstu wykonania

Pobranie parametru włókna:

PVOID GetFiberData()

Punkt wejścia do włókna:

VOID WINAPI FiberFunc(PVOID pvParam) { ... }

(32)

Szeregowanie włókien

Zmiana bieżącego włókna:

void SwitchToFiber(PVOID pvFiberExecutionContext) Pobranie bieżącego włókna:

PVOID GetCurrentFiber() Kończenie włókna:

void DeleteFiber(PVOID pvFiberExecutionContext)