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Modelle in der Informatik

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Probleme, die in der realen Welt vorkommen können mit Hilfe von Programmen gelöst oder reduziert werden. In der Softwareentwicklung wird dazu aus einem bestimmten Ausschnitt der realen Welt, ein Abbild erstellt. Dieses Abbild ist das Modell.

Ein abgebildetes Modell der Realität hat daher folgende Kennzeichen (vgl. Stachowiak Herbert 1987):

  • Abbildungsmerkmal – Modelle bilden etwas ab, Teilbereich der Realität
  • Verkürzungsmerkmal – Modelle verkürzen und vereinfachen auf das, was den Modellerstellern oder Modellbenutzer relevant erscheint
  • Pragmatisches Merkmal – sind ihren Originalen nicht eindeutig zuordenbar

Das pragmatische Merkmal kann in weitere Punkte unterteilt werden.

  • Modelle dienen bzw. haben einen Zweck für jemanden. Sie interpretieren interpretieren das Model subjektiv
  • Modelle beziehen sich auf einen bestimmten Zeitpunkt
  • Modelle beziehen sich auf bestimmte gedankliche oder tatsächliche Operationen

Abbildung 1

Mit Original ist nichts anderes gemeint, als ein Ausschnitt aus der Realität.

Beim Erstellen von Modellen kann man (Marco Thomas):

  • einige Originalattribute weglassen (Präterition), aber auch
  • einige Modellattribute zusätzlich einfügen (Abundanz),
  • einige Originalattribute mit anderen Bedeutungen belegen (Transkodierung) oder
  • einige Originalattribute hervorheben. (Kontrastierung).

„Objekte mit Zuständen und eigenem Verhalten sind gut geeignet, um den Ausschnitt der realen Welt, den das System repräsentieren soll, in einem Modell abzubilden.“ (Müller, T. 1998)

In der Softwareentwicklung gibt es viele verschiedene Darstellungsmodelle. Mit  UML wurde eine standardisierte Beschreibungssprache gefunden. Es wurden unter anderem folgende  Darstellungsmodelle definiert: Aktivitätsdiagramme, Anwendungsfalldiagramme. Das Klassendiagramm ist dabei wohl das Bekannteste. Aber auch das ERM- Diagramm, das sich beim Designen von Datenbanken etabliert hat, ist ein weiteres Darstellungsmodell.

Detailliertere Informationen zum Thema „Allgemeine Modelltheorie“ findet man in Stachowiak, H. (1973). Allgemeine Modelltheorie. Wien: Springer oder hier .

Bei der Erstellung von Modellen gibt es keine Garantie, dass das Modell in der Einsatzsituation so verstanden wird wie in der Entwicklungssituation. Auch kann nicht garantiert werden, dass das Modell  für die Einsatzsituation angemessen ist. (vgl. C. Floyd, H. Klaeren 1998).

Man darf nicht außer Acht lassen, dass der Computer um seine Umwelt nur durch das ihm  zugrunde liegende Modell Bescheid weiß. Das bedeutet nichts anderes, als dass das Modell festlegt, wie der Computer in der Wirklichkeit „agiert“. (vgl. C. Floyd, H. Klaeren 1998).

Folgendes Beispiel zeigt, dass ein „fehlerhaftes“ oder unvollständiges Modell  fatale Auswirkungen haben kann.

Beim Transrapid handelt es sich um eine Magnetschwebebahn. Der Transrapid übermittelt dem System ständig seine Position, was ein Kollidieren mit anderen Fahrzeugen verhindern soll. Trotzdem kam es beim Transrapid-Unglück im September 2006 zu einem tragischen Unfall mit 23 Toten. Dabei  kollidierte ein Fahrzeug mit einem Einsatzfahrzeug.

Eigentlich hätte das nicht passieren dürfen, weil das System weiß auf welchem Gleis sich ein  Fahrzeug  befindet. Dies passierte, weil die Einsatzfahrzeuge nicht in das Modell aufgenommen wurden. Das Einsatzfahrzeug war somit für das System unsichtbar. Die Mitarbeiter hätten durch Hinschauen überprüfen müssen, ob der Transrapid freie Fahrt hat.

Literatur

C. Floyd, H. Klaeren: Informatik gestern, heute, morgen. Studienbrief 1 zu Informatik und Gesellschaft. Universität Tübingen, 1998 S. 75ff

Müller, T. (1998) CORBA-basiertes Management von UNIX-Workstations mit Hilfe von ODP-Konzepten. Dipl.-Arb., Institut für Informatik der Technischen Universität München S. 47

Marco Thomas Die Vielfalt der Modelle in der Informatik, 23.12.10 http://ddi.cs.uni-potsdam.de/Personen/marco/Infos01_Thomas.pdfS. 3-5

Stachowiak, H. (1973). Allgemeine Modelltheorie. Wien: Springer. S. 131f

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Modell entnommen aus http://ddi.cs.uni-potsdam.de/Personen/marco/Infos01_Thomas.pdf Seite 3

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Online Communities


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Datenbank erstellen mit dem ER-Diagramm und MySql

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Datenbanken erstellen / modellieren mit dem ER-Modell

Ein Modell ist ein Ausschnitt aus der Realität oder ein gedankliches Konzept. Das Entity-Relationship-Modell ist ein Modell das aus Gegenständen und Beziehungen besteht. Es wird häufig verwendet um eine Datebank zu designen.

Beim ERM-Model handelt es sich bei den Entities meist um einen physikalischen Gegenstand, oder um ein gedankliches Konzept. Die Beziehungen zwischen den Gegenständen werden abstrahiert.

Grundlagen

Beziehungstypen

Datenbank erstellen

Literatur

Grundlagen

Entity

Ein Gegenstand wird im Modell durch ein Rechteck abgebildet. Der Gegenstand kann Eigenschaften enthalten die durch Attribute dargestellt werden. Attribute die zu einem Gegenstand gehören werden durch Linien verbunden.

Schlüssel sind eine minimale Menge von Attributen, deren Wert eine Entity eindeutig innerhalb aller Entities eines Types identifizieren. Schlüssel werden durch unterstrichene Attributnamen dargestellt.

Generalisierung

Die Generalisierung soll für ein übersichtliches und strukturiertes Modell sorgen. Dies kann erzielt werden, in dem Entities mit den gleichen Attributen zu einem Basis Entity zusammengefasst werden. Die Unterentities „erben“ die Attribute des Basis Entitys. Das Erben der Unterenties kann symbolisch durch einen Pfeil dargestellt werden. Im unteren Beispiel erben Mitarbeiter und Kunde die Attribute von Person.

Relationship

Beziehungstypen werden durch Rauten dargestellt. Diese werden dazu passend beschriftet.

Beziehungstypen

Es gibt verschiedene Beziehungstypen.

1:1 Beziehung

Jedem Entity m aus Mann wird höchstens ein Entity f aus Frau zugeordnet. Umgekehrt verhält es sich genauso. Jedem Entity f aus Frau wird maximal ein Entity m aus Mann zugeordnet. Es kann auch vorkommen, dass Entities keinen Partner haben.

Die Relation kann wie folgt in Worten beschrieben werden.

Ein Mann ist mit einer Frau verheiratet. Eine Frau ist mit einem Mann verheiratet.

1:n Beziehung

Jedem  Entity h aus Haus wird kein oder beliebige viele Entities aus Bewohner zugeordnet. Jedes Entity b aus der Menge Bewohner steht maximal einem Entity aus Haus in einer Beziehung.

Die Relation kann wie folgt in Worten beschrieben werden.

Ein Haus hat mehrere Bewohner. Mehrere Bewohner können in einem Haus sein.

n:1

Verhält sich wie die 1:n Beziehung nur umgekehrt.

N:m

Wenn keine Einschränkungen und Begrenzungen gelten, also  jedes Entity aus E1 mit beliebig vielen Entities aus E2 in Beziehung stehen kann und umgekehrt jedes Entity aus E2 mit beliebig vielen Entities aus E1 assoziiert ist, handelt es sich um eine n:m Beziehung. (vgl. Alfons Kempler 2009)

 

Min / Max Notation

Mit der Min / Max Notation kann man die Beziehungstypen genauer spezifizieren. Wir können z.B. sagen, dass kein oder ein Haus von genau einer Person besessen wird. Eine Person kann aber 0 oder mehrere Häuser besitzen. Die Notation würde dann wie folgt aussehen.

Da wir beim Erstellen der Datenbank die Min / Max Notation außer Acht lassen, verweise ich deshalb für weitere Informationen auf den Wikipedia Artikel und auf das Kapitel 6.6 Die (min, max) – Notation von der Online-Kurs ‘Datenbanken und Datenmodellierung’ Print Version.

Datenbank erstellen

Nach dem also das Model nach den ER-Diagramm Richtlinien erstellt wurde, gilt es den Entwurf in eine Datenbank zu übertragen. Ich gehe ab hier davon aus, dass man das Grundlegende über Datenbanken weiß.

Fremdschlüssel dienen als Verweis zwischen zwei Relationen, d. h. er zeigt an, welche Tupel / Zeile der Relationen inhaltlich miteinander in Verbindung stehen.

Als erstes beginnt man damit, die Entities in Tabellen um zu wandeln. Als Tabellenamen werden vorzugsweise die Entitynamen verwendet. Alle Attribute werden in der Tabelle als Spalten dargestellt. Dabei muss man sich jetzt überlegen, welches Attribut welchen Datentyp verwenden soll.

Folgendes Modell kann man wie folgt in eine Tabelle übersetzen (für das Beispiel wurde eine MySQL DB verwendet):

 

CREATE TABLE `Autor` (
`id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY ,
`Name` VARCHAR( 50 ) NULL
) ENGINE = InnoDB;

Wie man sehen kann wurde der Attributname „Identifikationsnr“ auf id verkürzt und als Primary Key gesetzt. Für den Name wurde der Datentyp varchar verwendet. So werden die Entities der Reihe nach in die Datenbank „übersetzt“.

Als nächstes muss man in der Datenbank die Voraussetzungen dafür schaffen, dass die Beziehungen abgebildet werden können. Am Einfachsten ist die n:m Beziehung ab zu bilden.

 

Aus der Min / Max Notation „(0,*)“  erkennen wir, dass es sich um eine „m:n“ Beziehung handelt.

N:M Beziehungen benötigen immer eine Hilfstabelle! In der Hilfstabelle müssen wir sogenannte Fremdschlüssel verwenden, um auf die jeweilige Tabelle zu verweisen. In die Hilfstabelle erstellen wir also zwei Spalten, die jeweils die Bezeichnung auf der zu verweisenden Schlüssel verwenden. Da die Beziehung „besuchen“ heißt, erstellen wir passenderweise eine Tabelle namens besuchen. Darin erstellen wir die zwei Spalten Schuelerid und Fachid. Das sieht dann so aus:

CREATE TABLE `Schueler` (
`Schuelderid` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY ,
`Name` VARCHAR( 100 ) NOT NULL
) ENGINE = InnoDB;

CREATE TABLE `Unterrichtsfach` (
`Fachid` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY ,
`Name` VARCHAR( 50 ) NOT NULL
) ENGINE = InnoDB;

CREATE TABLE `besuchen` (
  `Schuelderid` int(11) NOT NULL,
  `Fachid` int(11) NOT NULL
) ENGINE=InnoDB;

Anbei noch ein paar Testeinträge:

INSERT INTO `Schueler` (`Schuelderid` ,`Name`)
VALUES (NULL , 'Martin'), (NULL , 'Simon');

INSERT INTO `Unterrichtsfach` (`Fachid` ,`Name`)
VALUES (NULL , 'Betriebssysteme'), (NULL , 'Datenmodellierung');

Wenn Martin jetzt die die Unterrichtsfächer ‘Betriebssysteme’ und ‘Datenmodellierung’ besuchen soll, müssen wir die entsprechenden Einträge in die Tabelle ‘besuchen’ machen. Z.B. mit:

INSERT INTO `besuchen` (
`Schuelderid` ,
`Fachid`
)
VALUES ('1', '1'), ('1', '2');

INSERT INTO `besuchen` (
`Schuelderid` ,
`Fachid`
)
VALUES ('2', '2');

Nun fragen wir ab welche Fächer Martin besucht.

SELECTs.name,u.name
FROM`besuchen`ASb,UnterrichtsfachASu,SchuelerASs
WHEREb.fachid=u.fachid
ANDs.Schuelderid=b.Schuelderid
ANDs.name='Martin';

Wer will kann zur Hilfstabelle noch eine dritte Spalte id hinzufügen.

Aus der unteren Abbildung ist erkenntlich, dass ein Schüler 0 oder maximal einen Computer  verwenden kann. Ein Computer ist 0 oder mehreren Schüler zugeordnet. Es handelt sich also hier um eine 1:N Beziehung. Da wir im ersten Schritt alle Entities in der Datenbank implementiert haben, sieht unsere Computer Tabelle so aus:

CREATE TABLE `Computer` (
`id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY ,
`Name` VARCHAR( 10 ) NOT NULL
) ENGINE = InnoDB;

Anders wie bei einer N:M Beziehung muss nicht eine Hilfstabelle erstellt werden. Der Fremdschlüssel der Computertabelle kann direkt in die Tabelle des Schülers hinzugefügt werden.

ALTER TABLE`Schueler`ADD`computerid`INTNULLCOMMENT' verweis auf tabelle computer'

In die Computertabelle dürfte man keine Spalte erstellen um den Fremdschlüssel vom Schüler zu speichern, weil laut ER-Diagramm ein Computer mehreren Schüler zugeordnet sein kann.

Bei dieser Abbildung wird davon ausgegangen, dass dem Schüler ein Computer zugeordnet sein kann, aber nicht muss. Deshalb sind in der Spalte computerid NULL Einträge erlaubt. Falls man davon ausgeht, dass ein Schüler 0 oder mehrere Computer verwendet, müsste man dies mit einer N:M Beziehung realisieren.

Theoretisch könnte man eine 1:N Beziehung auch mit einer Hilfstabelle realisieren, jedoch versucht man in der Praxis, überflüssige Tabellen zu vermeiden. Denn wenn man bei größeren ER-Diagrammen alle Beziehungen mit Tabellen übersetzt, kann die Datenbank schnell unübersichtlich werden.

 

Bei einer 1:1 Beziehung wird so vorgegangen wie im oberen 1:N Beispiel. Die Verwendung von Hilfstabellen ist nicht möglich. Um die Tabellen miteinander zu verknüpfen, wird in die jeweilige Tabelle für die man sich entscheidet, eine zusätzliche Spalte erstellt in die man den Fremdschlüssel speichert. Ein Beispiel dazu:

CREATE TABLE `Mann` (
`idmann` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY
) ENGINE = InnoDB;

CREATE TABLE `Frau` (
`idfrau` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY ,
`Name` VARCHAR( 100 ) NOT NULL
) ENGINE = InnoDB;

Die Beziehung kann folgendermaßen realisiert werden:

ALTERTABLE`Mann`ADD`idfrau`INTNULLCOMMENT'verweis auf tabelle frau‘

Dabei spielt es keine Rolle welche Tabelle verwendet wird. Wir hätten genauso zur Tabelle Frau die Spalte mit dem Fremdschlüssel hinzufügen können.

Hat man alle Beziehungen in der Datenbank implementiert kann man als nächstes die Integritätsbedingung erstellen. Die Erstellung der Referenzielle Integritätsbedingung hier auch noch auszuführen sprengt allerdings den Rahmen. Ich verweise deshalb vorerst auf den Wikipedia Artikel “Referentielle Integrität“.

Literatur

Beziehungen, 09.02.2011, http://sql.idv.edu/thema/dbgrundlagen/beziehungen.htm#5

Referentielle Integrität, 09.02.2011, http://de.wikipedia.org/wiki/Referentielle_Integrit%C3%A4t#Verwendung_in_Datenbanksystemen

Integritätsbedingung, 09.02.2011, http://de.wikipedia.org/wiki/Integrit%C3%A4tsbedingung

A. Kemper A. Eickler Datenbanksysteme, 09.02.2011, http://www-db.in.tum.de/research/publications/books/DBMSeinf/

Alfons Kempler. (2009) Datenbanksysteme – Eine Einführung 7 Auflage, Oldenbourg Wissenscahftsverlag GmbH München


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C# Plugins mit AppDomains realisieren

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on Regards: .NET Framework; C#;

1. Einführung

Im letzten Post konnte man ein einfaches  Beispiel sehen, wie während der Laufzeit „Plugins“ geladen und ausgeführt wurden.

Wir möchten aber die Plug-Ins von unserer Hauptanwendung isolieren und eigene Sicherheitsrichtlinien für diese festlegen. So heißt es z.B. in der MSDN

„Verwenden Sie Anwendungsdomänen, um Aufgaben zu isolieren, die einen Prozess zum Absturz bringen könnten. Wenn der Zustand der AppDomain, in der eine Aufgabe ausgeführt wird, instabil wird, kann die AppDomain ohne Auswirkungen auf den Prozess entladen werden. Dies ist wichtig, wenn ein Prozess über einen längeren Zeitraum ohne Neustart ausgeführt werden muss. Sie können auch Anwendungsdomänen verwenden, um Aufgaben zu isolieren, die keine Daten gemeinsam verwenden sollten.“
(AppDomain-Klasse, 22.08.10, http://msdn.microsoft.com/de-de/library/system.appdomain.aspx)

Ein .Net Prozess enthält mindestens eine AppDomain. Diese  StandardAppDomain wird auch Default AppDomain genannt. Jede AppDomain hat ihren eigenen virtuellen Adressenspeicher. Ein Prozess kann also mehrere AppDomains enthalten.

Da jede AppDomain ihren eigenen virtuellen Adressenspeicher hat, ergeben sich folgende Eigenschaften:

  • AppDomains können nicht auf Objekte von anderen AppDomains direkt zugreifen
  • AppDomains können entladen werden, mit Ausnahme der Default AppDomain
  • AppDomains können unterschiedliche Sicherheitsprivilegien vergeben werden
  • AppDomains können unterschiedlich konfiguriert werden (AppDomainSetup)

Wie man aus der Abbildung entnehmen kann, werden die Assemblies in den AppDomain auch getrennt behandelt. Während der Windows Prozess ausgeführt wird, kann man keine Programm-Dateien, wie z.B. die Plugin.dll ersetzen oder löschen.   Das Löschen der Plugin.dll ist erst möglich, wenn die „AppDomain 2“ entladen wurde.

Um das Verändern der Plugindatei während der Laufzeit zu ermöglichen, gibt es das Feature Shadow Copy.
Dabei wird die zu ladende Assembly in ein temporäres Verzeichnis kopiert. Die Originaldatei kann somit jederzeit ersetzt werden. Siehe dazu auch AppDomain and Shadow Copy (AppDomain and Shadow Copy, 22.08.10, http://blogs.msdn.com/b/junfeng/archive/2004/02/09/69919.aspx )

Bestimmte Grundtypen werden in jeder AppDomain benötigt. Um Ressourcen zu schonen, gibt es eine AppDomain neutrale Zone. In diese wird z.B. die MSCorLib.dll geladen da diese den Typ System.Object, System.Integer usw. enthält. Alle AppDomains können auf diese „Domain-Neutral Assemblies“ zugreifen.
Um auf Objekte von einer AppDomain auf die andere zugreifen zu können, müssen die Objekte MarshalByRefObject implementieren.

2. Sonstige Bemerkungen

Bibliotheken die mit Assemblies.Load geladen werden, „landen“ in der DefaultAppDomain. Diese Dateien werden erst nach dem Beenden des Prozesses wieder freigegeben.
Hier ein Beispielcode:

	 public static void Main(string[] Args)
	 {
	    //Gib die AppDomain zurück in der wir uns befinden
	    System.Console.WriteLine(AppDomain.CurrentDomain);
	 
	    //AppDomain erstellen
	    AppDomain appDomain = AppDomain.CreateDomain("AppDomain #2");
	 
	    //Schauen wir ob es sich um die Default Domain handelt
	    System.Console.WriteLine(AppDomain.CurrentDomain + " " + AppDomain.CurrentDomain.IsDefaultAppDomain());
	 
	    System.Console.WriteLine(appDomain + " " + appDomain.IsDefaultAppDomain());
	 
	    Print(AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies());
	 
	    //In unsere AppDomain lib laden
	    appDomain.DoCallBack(new CrossAppDomainDelegate(delegate()
	        {
	            System.Console.WriteLine(AppDomain.CurrentDomain);
	            Assembly.LoadFrom(@"C:\Users\martin\Plugin.dll");
	        }));
	 
	    Print(appDomain.GetAssemblies());
	}
	static void Print(System.Reflection.Assembly[] Assemblies)
	{
	    int i = 0;
	    foreach (System.Reflection.Assembly assem in Assemblies)
	        System.Console.WriteLine("[{0}] {1}", ++i, assem.GetName().Name);
	}

Die Ausgabe dazu sieht wie folgt aus:

	Die Ausgabe dazu sieht wie folgt aus:
	Name:ConsoleApplication1.vshost.exe
	Keine Kontextrichtlinien vorhanden.
	 
	Name:ConsoleApplication1.vshost.exe
	Keine Kontextrichtlinien vorhanden.
	 True
	Name:AppDomain #2
	Keine Kontextrichtlinien vorhanden.
	 False
	[1] mscorlib
	[2] Microsoft.VisualStudio.HostingProcess.Utilities
	[3] System.Windows.Forms
	[4] Microsoft.VisualStudio.HostingProcess.Utilities.Sync
	[5] System
	[6] Microsoft.VisualStudio.Debugger.Runtime
	[7] mscorlib.resources
	[8] vshost
	[9] System.Core
	[10] System.Xml.Linq
	[11] System.Data.DataSetExtensions
	[12] System.Data
	[13] System.Xml
	[14] WindowsBase
	[15] ConsoleApplication1
	[16] System.Drawing
	[17] Accessibility
	[18] DomainManager
	[19] IPlugin
	 
	Name:AppDomain #2
	Keine Kontextrichtlinien vorhanden.
	 
	[1] mscorlib
	[2] Microsoft.VisualStudio.HostingProcess.Utilities
	[3] ConsoleApplication1
	[4] Plugin

Mit dem AppDomains sind wir  unserem Ziel, einen robusten und flexiblen Plugin-Manager zu schreiben, einiges näher gekommen. Als nächstes gilt es die Hostanwendung vor Exceptions der Plugins zu schützen. Das heißt ein Plugin soll nicht die komplette Anwendung crashen.

Eine Möglichkeit wäre für die Plugins einen Wrapper oder einen Proxy zu erstellen.   Dazu müssen die Plugin-Funktionen mit einem Try/Catch Block versehen werden. Bei einer Exception könnte man auch ein Event auslösen.

Beispiel Code:

        public interface IPlugin
	{
	    public void Execute();
	    public void Connect(object info);
	}    
	public class PluginProxy : System.MarshalByRefObject, IPlugin
	{
	    private IPlugin m_IPlugin;
	 
	    //Other Code for Events etc. 
	    void Init(string assemblyName, string typeName)
	    {
	        m_IPlugin = (IPlugin)Activator.CreateInstance(assemblyName, typeof(IPlugin));
	    }
	    public void Execute()
	    {
	        try
	        {
	            m_IPlugin.Execute();
	        }
	        catch (Exception ex)
	        {
	            //Event feuern
	            this.OnException(ex);
	        }
	    }
	    public void Connect(object info)
	    {
	        try
	        {
	            m_IPlugin.Connect(info);
	        }
	        catch (Exception ex)
	        {
	            //Event feuern
	            this.OnException(ex);
	        }
	    }
	}

Damit kann man schon einige Exceptions abfangen. Allerdings sind wir nicht in der Lage auf interne Ereignisse der Plugins zu reagieren. Das heißt,  wenn ein Plugin einen Timer oder ein FileSystemWatcher-Ereignis abonniert (könnte genauso irgendein anderes Ereignis sein) das eine Exception auslöst, können wir diese nicht abfangen.

Die Host Anwendung wird also abstürzen wenn eines der internen Plugin –Ereignisse eine Exception wirft. Da nützen uns auch die AppDomains nichts, die die Plugins isolieren. Zumindest kenne ich in diesem Zusammenhang keine Lösung, die das Abstürzen der Hostanwendung verhindern würde.  Auch im Internet habe ich dazu nichts gefunden.

Jedoch gibt es einen anderen Lösungsansatz, den ich aufgegriffen habe.

„In den Versionen 1.0 und 1.1 von .NET Framework wird eine unbehandelte Ausnahme, die in einem anderen als dem Hauptanwendungsthread auftritt, von der Laufzeit abgefangen und führt daher nicht zum Beenden der Anwendung. Das UnhandledException-Ereignis kann also ausgelöst werden, ohne dass die Anwendung beendet wird. Ab .NET Framework Version 2.0 wurde diese Option für unbehandelte Ausnahmen in untergeordneten Threads entfernt, da solche stillen Fehler zu einer Verschlechterung der Leistung, beschädigten Daten und Lockups führten, was insgesamt schwer zu beheben war.“ (Ausnahmen in verwalteten Threads, 22.08.10, http://msdn.microsoft.com/de-de/library/ms228965(v=VS.100).aspx)

Die Idee ist also, die Anwendung bei unbehandelten Ausnahmen auf das Verhalten der Common Language Runtime auf Versionen 1.0 und 1.1 zurück zu setzen, damit der Haupt-Thread weiter läuft.

Das macht man indem man mit der Funktion ICLRPolicyManager::SetUnhandledExceptionPolicy die gewünschte Policy setzt. Leider stellt der AppDomainManager keine passende managed Funktion bereit. Deshalb kann man das Runtime verhalten in der Application.config wie folgt setzen.

        <?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
	<configuration>
	  <runtime>
	    <legacyUnhandledExceptionPolicy enabled="true" />
	  </runtime>
	</configuration>

Dabei muss unbedingt beachtet werden, dass sich der Debugger mit der gesetzten Abwärtskompatibilität falsch verhält.

Um zu sehen ob das Programm auch erwartungsgemäß funktioniert, muss man das kompilierte Programm  manuell, ohne den Debugger bzw. Visual Studio 2008 starten.

Für reine Debugging Zwecke, die nicht die Plugins betreffen, würde ich die Abwärtskompatibilität temporär entfernen.

Ein Beispiel bzgl. der gesetzten Abwärtskompatibilität wird in diesem Blog Eintrag demonstriert. Allerdings finde ich, dass der Autor die Demo unnötig mit seiner eigenen Exception Klasse aufgebläht hat. Wie man das viel einfacher und mit weniger Code machen kann, sieht man in meiner PluginManger bzw. PluginDomain Klasse.

3. AppDomain und Plugin erstellen

Bevor man aber überhaupt die Plugin-Isolation machen kann, muss man sich Gedanken machen wie man die Plugins in Kombination mit den AppDomains handhabt.

Meine Idee ist für jedes Plugin eine separate AppDomain zu erstellen. Das Erstellen der AppDomain für das Plugin soll eine Klasse für uns erledigen die PluginDomain heißt. Es handelt sich dabei um eine generische Klasse, damit man den Plugin-Typ angeben kann. Den Generischen Typ brauchen wir später beim Erstellen der Plugin-Instanz und um die Instanz speichern. Das macht das Arbeiten mit dem Plugin einfacher, da der „Cast“ Vorgang weg fällt.

Die Klasse wird mit dem Konstruktor PluginDomain(string assemblyPath) initialisiert, wobei der Parameter assemblyPath den Pfad des Plugins enthält. Im Konstruktor wird die AppDomain mit Hilfe der Klasse AppDomainSetup konfiguriert und erstellt.

        //Beim erstellen der AppDomain wird die Funktion GetInterfaceTypes aufgerufen
	appDomainSetup.AppDomainInitializer = new AppDomainInitializer(GetInterfaceTypes);
	//Parameter der Funktion übergeben, Pfad des Plugins und nach welchem Interface gesucht werden soll
	appDomainSetup.AppDomainInitializerArguments = new string[] { assemblyPath, typeof(T).ToString() };

Der Eigenschaft AppDomainSetup.AppDomainInitializer  wird der delegate GetInterfaceTypes zu gewiesen. Wenn die AppDomain initialisiert wird, wird die Methode GetInterfaceTypesu in der erstellten AppDomain ausgeführt. Wir wollen in die erstellte AppDomain die Plugin-Assembly laden. Theoretisch könnte man dieses Vorhaben auch mit der Funktion AppDomain.DoCallBack realisieren.

        /// <summary>
	/// Diese Methode sucht in der übgergebenen Datei die erste Klassen die das übergebene
	/// Interface implementieren.
	/// </summary>
	/// <param name="args">Der erste Parameter ist der Datepfad der Datei die nach dem gesuchten 
	/// Interface durchsucht werden soll.
	/// Im zweiten Parameter wird das Interface übergeben.</param>
	private static void GetInterfaceTypes(string[] args)
	{
	    AppDomain appDomain = System.AppDomain.CurrentDomain;
	 
	    //Laden wir die Plugin Assembly in unsere AppDomain
	    System.Reflection.Assembly assembly = System.Reflection.Assembly.LoadFrom(args[0]);
	 
	    String pluginType = String.Empty;
	 
	    foreach (Type type in assembly.GetTypes())
	    {
	        //Check only Public Types
	        if (type.IsPublic)
	        {
	            //Check only not abstract Types
	            if (!type.IsAbstract)
	            {
	                //look up the interface
	                Type typeInterface = type.GetInterface(args[1], true);
	                if (typeInterface != null)
	                {
	                    //return the type which implements our interface
	                    pluginType = type.FullName;
	                }
	            }
	        }
	    }
	 
	    //Daten über die Methode SetData setzen, weil der AppDomainInitializer-Delegate
	    //kein Rückgabewert hat. Mit GetData können die Daten wieder abgeholt werden
	    //http://msdn.microsoft.com/en-us/library/37z40s1c.aspx
	    appDomain.SetData(_GetDataPluginTypes, pluginType);
	}

In der Methode GetInterfaceTypes welche unsere CallBack Funktion ist, durchsuchen wir die Assembly nach dem Typ der unser Plugin-Interface implementiert. Der Vorgang ist ähnlich diesem (siehe GetModul). Denn gefunden Typen wollen wir zurückgeben damit wir eine Instanz vom Plugin erstellen können. Weil der AppDomainInitializer-Delegate kein Rückgabewert besitzt müssen wir mit der Methode AppDomain.SetDataund GetData arbeiten. Mit diesen Methoden kann man Daten zwischen AppDomains transportieren.

Bei diesen Methoden muss man folgendes beachten: Angenommen wir würden das Objekt typeInterface mit SetData in unserer Plugin AppDomain verschicken und in der Default AppDomain wieder mit GetData abholen, hätte das folgenden Effekt. Der Typ typeInterface ist in der Default AppDomain nicht bekannt, da die Plugin-Assembly nur in der Plugin-AppDomain geladen ist. Die Plugin-Assembly wird also auch in die Default AppDomain geladen.

Nach dem die AppDomain erstellt und die GetInterfaceTypes Methode ausgeführt wurde können wir den Plugin-Typ mit AppDomain.GetData() abholen.

Jetzt wo wir wissen welcher Typ unser Plugin implementiert, erstellen wir mit CreateInstanceFromAndUnwrap die Plugin-Instanz. Die Instanz speichern wir in die generische Eigenschaft die logischerweise Instance heißt.

	_Instance = this._appDom.CreateInstanceFromAndUnwrap(_AssemblyPath, pPluginType) as T;

Noch bevor die Instanz erstellt wird, haben wir von der AppDomain das UnhandledException Event angemeldet.

	_appDom.UnhandledException += new UnhandledExceptionEventHandler(AppDom_UnhandledException);

Diese tritt auf, wenn eine Ausnahme in der AppDomain nicht abgefangen wurde. Dieses Event ist dafür gedacht, dass man den Fehler mitloggen kann. Nach dem das Event gefeuert wurde, wird das Programm normalerweise beendet.

Da wir aber bei unserem Programm die Abwärtskompatibilität aktiviert haben, wird das Programm weiter ausgeführt. Wenn eine Exception in einer AppDomain bzw. in einem Plugin auftritt, werden wir dieses Plugin entfernen, in dem wir die AppDomain entladen in dem es sich befindet. Die Default AppDomain kann nicht entladen werden.

Wir werden in der Funktion AppDom_UnhandledException eine Key setzen damit wir im Pluginmanager wissen, welche AppDomain wir entladen müssen. (Wir machen also fast das gleiche wir hier, nur einfacher.)
Über die UnhandledExceptionEventArgs können wir auf das Exception Objekt zugreifen.  In dieses Tragen wir über

        System.AppDomain appDomain = sender as System.AppDomain;
	Exception exception = e.ExceptionObject as Exception;
	 
	exception.Data.Add("PluginDomain", this);

das Plugin ein, das die Exception ausgelöst hat. Der PluginManager hat ebenfalls von alle PluginDomains das UnhandledException Event registriert.

Er führt darin einige Prüfungsroutinen aus, um auch sicher  zu stellen dass die Exception auch von einem unserer Plugins geworfen wurde.

Anschließend versucht er sie zu entladen.

        if (appDomain.Equals(plugindomain.AppDomain) && 
            plugindomain.AppDomain.IsDefaultAppDomain().Equals(false))
	{
	    new Thread(delegate()
	    {
	        try
	        {
	            Console.WriteLine("Unloading the offending application domain...");
	 
	            AppDomain.Unload(appDomain);
	            appDomain = null;
	            plugindomain = null;
	        }
	        catch (System.Threading.ThreadAbortException abortexception)
	        {
	            //(AppDomain..::.Unload beendet Threads mit Thread..::.Abort
	            //http://msdn.microsoft.com/de-de/library/cyayh29d.aspx
	 
	            appDomain = null;
	            plugindomain = null;
	            System.Console.WriteLine(abortexception);
	        }
	        catch (CannotUnloadAppDomainException unloadexception)
	        {
	            System.Console.WriteLine(unloadexception);
	        }
	        catch (Exception ex)
	        {
	            Console.WriteLine(ex.ToString());
	        }
	        finally
	        {
	            OnPluginChangedEvent(new PluginManager.PluginChangedArgs(plugindomain,
	             ChangedAction.Remove));
	        }
	 
	        Console.WriteLine("Unloaded the offending application domain...");
	 
	}).Start();

Beim Entladen gilt folgendes zu beachten.

Wurde eine AppDomain entladen, sind alle darin enthaltenen Typen nicht mehr verwendbar. Ein Zugriff auf einen entladenen Typ würde eine AppDomainUnloadedException auslösen. Die entladene AppDomain gibt alle geladenen Assemblies wieder frei.

Ist in einer AppDomain ein oder noch mehrere Threads aktiv wird eine ThreadAbortException geworfen. Das bedeudet, dass beim „unloaden“ einer AppDomain eine ThreadAbortException auftreten kann. Mehr Informationen siehe dazu in der MSDN. Nachdem entladen der AppDomain macht sich der GC auf, um die Ressourcen von der AppDomain frei zu geben.

Am besten ihr schaut euch noch die Demo an. In der Demo ist ein Plugin vorhanden, das via Timer eine ArgumentNullException wirft. Die Domain wird anschließend entladen. Die aktivierte Abwärtskompatibilität verhindert, dass die Host-Anwendung abstürzt. Über eine Rückmeldung freue ich mich.

Source Code PluginManager


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C# Anwendung Plugin fähig machen

By
on Regards: .NET Framework; C#;

In diesem Beispiel sieht man wie man ein einfaches Plugin-System realisiert. Demonstriert wird das ganze anhand eines „Mathematikprogramms“.
Das Mathematikprogramm lädt zu Beginn alle Plugins. Wenn der Benutzer z.B. die Wurzelfunktion aufruft mit „sqrt(3)“ durchsucht das Mathematikprogramm alle Plugins und schaut nach ob eines der Plugins die Funktion „sqrt“ berechnen kann. Der Pluginname verrät, für welche Mathematikfunktion das Plugin zu ständig ist. Wurde kein zuständiges Plugin gefunden, wird die Meldung „unbekannte Funktion“ ausgegeben.
Gibt der Benutzer als Eingabe z.B. „sqrt(4)“ ein, wird dem Plugin, das die Funktion „sqrt“ implementiert, „sqrt(4)“ übergeben. Somit weiß das Plugin was es überhaupt berechnen soll. Zurück gibt es das berechnete Ergebnis  der Eingabe.
Damit wir wissen wie die Plugins „aussehen“, also wie die Funktionen, Eigenschaften heißen, müssen wir ein Interface für die Plugins definieren. Ansonsten könnte es passieren (wenn verschiedene Entwickler die Plugins erstellen) dass die zu berechnende Funktion einmal „Berechne(String input)“ oder „Calculate(int input)“ heißt.
Wenn jeder das Interface des Plugins implementiert, kann es nicht zu solchen Problemen kommen. Unser Plugin-Interface sieht wie folgt aus.
            /// <summary>
	    /// Definiert das "Aussehen" unseres Plugins
	    /// </summary>
	    public interface IPlugin
	    {
	        /// <summary>
	        /// Name des Plugins
	        /// </summary>
	        String Name { get; set; }
	 
	        /// <summary>
	        /// Beschreibung des Plugins
	        /// </summary>
	        String Description { get; set; }
	 
	        /// <summary>
	        /// Berechnet die Eingabe
	        /// </summary>
	        /// <param name="pInput">Eingabe die ausgewertet werden soll.</param>
	        /// <returns>Gibt das berechnete Ergebnis zurück</returns>
	        String Calc(String pInput);
	    }

Das bedeutet, dass jeder, der unser Interface implementiert zwei Properties “Name” und “Description” definiert und zu guter Letzt eine Funktion “Calc”.

Im Namen speichern wir den Funktionsnamen der Mathematischen Funktion. Als z.B. „sqrt“. In der Funktion Calc berechnen wir den Übergabewert pInput und geben das Ergebnis als String zurück. Natürlich wäre eine andere Mathematische Funktion wie z.B. Modulointeressanter zu implementieren.Als nächstes gilt es die Mathematik Klasse MathCore zu erstellen, welche die Plugins lädt und erstellt.

Als erstes wird die Funktion LoadPlugins aufgerufen. Dieser übergeben wir den Dateipfad in dem sich die Plugins befinden.

Als nächstes gilt es die Mathematik Klasse MathCore zu erstellen, welche die Plugins lädt und erstellt.
Als erstes wird die Funktion LoadPlugins aufgerufen. Dieser übergeben wir den Dateipfad in dem sich die Plugins befinden.

        public void LoadPlugins(String pPluginPath)
	{
	            String[] files = Directory.GetFiles(pPluginPath);
	 
	            foreach (String file in files)
	            {
	                FileInfo fileInfo = new FileInfo(file);
	 
	                if (fileInfo.Extension.Equals(".dll"))
	                {
	                    Dictionary<string, object> dictionary = GetModul(file, typeof(IPlugin.IPlugin));
	                    foreach (var a in dictionary)
	                    {
	                        Plugins.Add(a.Key,a.Value);
	                    }
	 
	                }
	 
	            }
	}

Es werden alle Dateien aus dem Verzeichnis gelesen und Dateien mit der Dateiendung „.dll“ gefiltert. Ist eine Datei eine „.dll“, wird die Funktion GetModul(file, Type) aufgerufen. Diese lädt die Plugins in unsere Instanz hinein. Sehen wir uns dazu diese Funktion genauer an.

        private static Dictionary<string, object> GetModul(string pFileName, Type pTypeInterface)
	{
	            //Hier speichern wir unsere Plugins
	            Dictionary<string, object> interfaceinstances = new Dictionary<string, object>();
	 
	            //Loads an assembly given its file name or path.
	            Assembly assembly = Assembly.LoadFrom(pFileName);
	 
	            // http://msdn.microsoft.com/de-de/library/t0cs7xez.aspx
	            // Assembly Eigenschaften checken
	            foreach (Type type in assembly.GetTypes())
	            {
	                if (type.IsPublic) // Ruft einen Wert ab, der angibt, ob der Type als öffentlich deklariert ist. 
	                {
	                    if (!type.IsAbstract)  //nur Assemblys verwenden die nicht Abstrakt sind
	                    {
	                        // Sucht die Schnittstelle mit dem angegebenen Namen. 
	                        Type typeInterface = type.GetInterface(pTypeInterface.ToString(), true);
	 
	                        //Make sure the interface we want to use actually exists
	                        if (typeInterface != null)
	                        {
	                            try
	                            {
	 
	                                object activedInstance = Activator.CreateInstance(type);
	                                if (activedInstance != null)
	                                {
	                                    interfaceinstances.Add(type.Name, activedInstance);
	                                }
	                            }
	                            catch (Exception exception)
	                            {
	                                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(exception);
	                            }
	                        }
	 
	                        typeInterface = null;
	                    }
	                }
	            }
	 
	            assembly = null;
	 
	            return interfaceinstances;
	}

Der Funktion wird der Pfad der Assembly übergeben, die nach Plugins durchsucht werden soll. Zusätzlich muss man den Typ des Plugins übergeben.

Wir laden die Assembly mit Assembly.LoadFrom() damit wir Informationen aus ihr lesen können (Stichwort Reflection). Mit der Funktion GetTypes() erhalten wir alle Typen (Klassen), die in der Assembly gespeichert sind. Als nächstes führen wir ein paar Routineprüfungen durch wie z.B. ob der Typ public ist und nicht abstrakt.

Danach „suchen“ oder besser gesagt holen wir mit der Methode GetInterface() das  Plugin-Interface falls der gerade iterierende Typ das Plugin implementiert hat. Falls kein Interface implementiert wurde ist der Rückgabewert NULL. Deshalb wird als nächstes überprüft ob der Rückgabewert ungleich NULL ist. Haben wir einen Rückgabewert erhalten, erstellen wir mit Activator.CreateInstance eine Instanz. Diese speichern wir dann in unser Dictionary.

So werden die Plugins Schritt für Schritt in unsere Anwendung geladen. Wurden alle Dateien auf Plugins überprüft, kann man mit der Funktion public string Calc(string pInput) Mathematikfunktionen aufrufen bzw. ausführen.

Ruft man _MathCore.Calc(“sqrt(3)”) auf, wird in der Funktion Calc der Input String interpretiert damit man weiß, welche Mathematikfunktion aufgerufen wird. In diesem Fall wäre das „sqrt“. Anschließend wird nach dem passenden Plugin mit der Funktion GetPlugin gesucht. Wurde es gefunden, wird der Input String an das Plugin weitergereicht und die Funktion Calc vom Plugin aufgerufen.

Wurde kein Plugin gefunden, wird “Funktion nicht gefunden”  zurückgegeben.

Wie gesagt handelt es sich hierbei um ein sehr einfaches Plugin-System. Das Beispiel verwendet die Plugins zwar nur in einer Konsolen Applikation, trotzdem sollte es kein Problem sein, das Ganze in WPF oder WinForms umzusetzen.

Bei einem ausgereiften Plugin-System gibt es Features wie z.B., dass die Plugins auf bestimmte Teile des Host System zugreifen können (z.b auf ein Control), dass Plugins wiederum Plugins enthalten können oder, dass die Plugins in einer Art Sandbox (Stichwort AppDomain ) gehostet werden damit kein schädlicher Code ausgeführt werden kann usw. usf.

Seit .NET 2< wurden eine Reihe neuer Techniken mitgeliefert die das Erstellen von Plugins vereinfachen soll.

Anbei ein paar Links:

http://www.mycsharp.de/wbb2/thread.php?threadid=34472
http://www.codeproject.com/KB/cs/pluginsincsharp.aspx

Beispiel Projekt herunterladen


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