Managed Code

.NET Framework
Basisdaten
Entwickler:	Microsoft
Aktuelle Version:	Version 3.5 SP1 GDR (18. Dezember 2008)
Betriebssystem:	Version 1.x: ab Windows NT 4.0 Version 2.x: ab Windows 98 Version 3.x: ab Windows XP Service Pack 2
Kategorie:	Plattform
Lizenz:	Proprietäre Software
Deutschsprachig:	ja
http://msdn.microsoft.com/de-de/netframework/

.NET (sprich dotnet [ˈdɔtnɛt]) ist eine von Microsoft entwickelte Software-Plattform. Diese umfasst eine Laufzeitumgebung, eine für Programmierer bestimmte Sammlung von Klassenbibliotheken (API) und angeschlossene Dienstprogramme (Services). Die Plattform ist bisher in ihrem vollen Umfang nur für Windows verfügbar. Anwendungen für .NET laufen dank Projekten wie dem Mono-Projekt auch teilweise auf unixoiden Betriebssystemen.

Die Plattform soll die bisherigen Vorgehensweisen der Windows-Programmierer sowie veraltete Konzepte wie COM ersetzen und eine flexiblere Möglichkeit bieten, auf Betriebssystemfunktionen zuzugreifen und sich untereinander auszutauschen. Dadurch ist .NET auch für den Einsatz auf unterschiedlichen Geräteplattformen, wie Mobiltelefonen oder PDAs, geeignet.

Seit dem 17. Januar 2008 ist der Quelltext großer Teile des Frameworks zum Debugging für Entwickler verfügbar.^[1]

Konzept

Die .NET-Plattform ist die Umsetzung des Common-Language-Infrastructure-Standards (CLI) und stellt mit diesem eine Basis zur Entwicklung und Ausführung von Programmen dar, die mit unterschiedlichen Programmiersprachen auf verschiedenen Plattformen erstellt wurden. Basisbestandteile sind die (objektorientierten) Laufzeitumgebung CLR (Common Language Runtime), die Base Class Library oder kurz BCL genannte Klassenbibliothek sowie diverse Hilfsprogramme z. B. zur Rechteverwaltung.

CLR, CIL und Reflection

Das zugrundeliegende Basisprinzip

Die Common Language Runtime (CLR) ist die Laufzeitumgebung von .NET und stellt somit den Interpreter für den standardisierten Zwischencode, der Common Intermediate Language (CIL), dar. Die CIL hieß früher Microsoft Intermediate Language (MSIL), wurde aber im Rahmen der Standardisierung durch die ECMA umbenannt. Für sie wurde ein sprachübergreifendes System von objektbasierten Datentypen definiert, so dass alle Hochsprachen, die sich an den CLI-Standard (Common Language Infrastructure) halten, in gültigen CIL-Bytecode kompiliert werden können.

Im Gegensatz zu Java, einer Programmier-Methodik, die .NET am ähnlichsten ist, wurde .NET von Anfang an für den Betrieb mit mehreren unterschiedlichen Programmiersprachen entwickelt.

Strategie, Nutzen und Trends

Das Besondere an der CLR ist weniger die technische Innovation als vielmehr die strategische (und langfristig vielleicht folgenreichste) Entscheidung des Marktführers Microsoft für ein laufzeit-basiertes System. Es soll unter anderem helfen, Programmierfehler zu vermindern. Gleichzeitig entschied sich Microsoft gegen die traditionelle, bisher angewandte direkte Kompilierung in den Maschinencode des Zielsystems. Zusammen mit der Marktmacht von Java und dem Erfolg der sogenannten Skriptsprachen ist hiermit ein Trend zu identifizieren. Dieser stellt einen als historisch zu bezeichnenden Bruch mit der noch wenige Jahre zuvor vorherrschenden Dominanz der direktkompilierenden Programmiersprachen (insbesondere C++ und C) dar. Damit entfernt sich die Softwareentwicklung, insbesondere die Anwendungsentwicklung, insgesamt von dem Augenmerk auf Ausführungsgeschwindigkeit, die angesichts einer immer schneller werdenden Rechengeschwindigkeit zunehmend in den Hintergrund rückt. Vielmehr bemüht man sich nun um mehr Effizienz in der Programmentwicklung.

Mittels Reflection ist es möglich, zur Laufzeit Programmcode über ein Objektmodell zu generieren und es direkt im Speicher in lauffähigen Code zu überführen. Diese Technik wird unter anderem von ASP.NET genutzt sowie in einigen anderen Mechanismen wie zum Beispiel der Geschwindigkeitsoptimierung regulärer Ausdrücke. Zudem ist es möglich, zur Laufzeit Skriptcode „dynamisch“ zu übersetzen und auszuführen.

Managed und Unmanaged, Interoperabilität

Interop-Technik

In der .NET-Terminologie gelten alle Programme, die innerhalb der CLR laufen, also für .NET geschrieben wurden, als managed, alle anderen als unmanaged. Mit Hilfe der sogenannten Interop-Technik lassen sich insbesondere traditionelle (Microsoft-)COM-Programme mit .NET-Kapseln (sogenannten „Wrappern“) versehen und danach deren Programmfunktionen wie „normale“ .NET-Programmfunktionen aufrufen. Umgekehrt lassen sich auch .NET-Funktionen wie COM-Funktionen aufrufen. Damit soll eine fließende Umstellung von Software-Projekten auf .NET ermöglicht werden.

Bislang sind nur wenige Sprachen auf dem Markt, die sowohl managed als auch unmanaged Code in einer einzigen Programmdatei unterstützen. Zu ihnen gehören C++/CLI (Managed C++) sowie Delphi ab Version 8.

Sicherheit

Eines der wichtigsten Konzepte ist das Sicherheitskonzept von .NET. Das Sicherheitskonzept von .NET fängt an bei Mechanismen, die die Identität des Programmherstellers gewährleisten sollen (Authentizität), geht über Mechanismen zum Schutz der Programme vor Veränderung (zum Beispiel durch Programmviren) bis hin zu Schutzmechanismen, die den Ort der Herkunft bzw. Programmausführung (zum Beispiel Internet) einbeziehen. Es gibt technisch betrachtet sowohl ein codebasiertes (Code-based Security) als auch ein nutzerbasiertes (Role-based Security) Sicherheitsmodell. Spezialisten stoßen allerdings insbesondere bei der Web- und Datenbankprogrammierung unter .NET auf bis zu einem halben Dutzend alternativer und ergänzender Sicherheitsmodelle von Betriebssystem, CLR, Datenbank und Webserver.

Attribute

Eine programmiertechnisch interessante Neuerung von .NET ist die Einführung von Attributen: gekennzeichnete Metadaten als Bestandteil der Programmiersprache. Beispielsweise können im Rahmen der komponentenbasierten Programmierung Komponenteneigenschaften ausgedrückt werden. Für die Verteilung, Installation und Konfiguration, für die Sicherheit, für Transaktionen und andere Programme können dem Code beschreibende Eigenschaften hinzugefügt werden.

Innerhalb einer Anwendung kann mit Hilfe der Reflexion auf die Attribute eines .NET-Programms, Assembly genannt, und die in ihr enthaltenen Elemente zugegriffen werden.

Dieses Konzept wurde später u. a. in Java übernommen, wo es in Form sogenannter Annotations verwirklicht ist.

Verteilte Programmierung und Web Services

Microsoft bietet hier nicht einen übergreifenden Ansatz, sondern gleich (mindestens) drei unterschiedliche, mit jeweils eigenen Vor- und Nachteilen:

• Eine moderne Implementierung des neuen Industriestandards Webservices (manchmal auch „XML Web Services“ genannt): Eine Struktur für verteilte Programme, im LAN, aber mit zunehmender Bedeutung auch für nicht kommerzielle Anwendungsgebiete im Internet;
• die .NET Remoting Services;
• die .NET Enterprise Services.

Letztere sollen eine Konkurrenztechnik zu der erfolgreichen JEE werden.

Die verschiedenen Strukturen innerhalb von .NET 2.0 sind trotz breiter Auswahl und technisch teilweise guter Ansätze, nicht ausgereift. Insbesondere die .NET Remoting Services sollten nur dann eingesetzt werden, wenn man über ihre Schwächen und Einschränkungen genau Bescheid weiß. In Bezug auf Web Services bietet .NET jedoch eine der technisch führenden Implementierungen an.

Mit der Fertigstellung des .NET Frameworks 3.0, mit dem auch die Windows Communication Foundation (WCF) Einzug in das Framework gehalten hat, wurden die geforderten Nachbesserungen implementiert. Insbesondere im Bereich des .NET Remoting wurde die Sicherheit stark verbessert und der Aufwand für die Nutzung der Dienste verringert.

Sprachneutralität und gemischtsprachige Programmierung

Die Common Language Specification (CLS) definiert als eine gemeinsame Untermenge den Bytecode der CIL, der von der virtuellen Laufzeitumgebung (VM) in den Maschinencode der Zielmaschine übersetzt und ausgeführt werden kann. Somit ist es möglich, .NET mit verschiedenen, an die CLR angepassten Sprachen zu programmieren. Von Microsoft zum Beispiel schon im Visual Studio mitgeliefert sind das, neben der von Microsoft für .NET eingeführten Sprache C#, die Sprachen C++/CLI, das proprietäre Visual Basic .NET sowie J# (Aussprache: dschäi-scharp; eine Portierung von Microsofts veränderter Java-Implementierung) und abschließend – nicht zu verwechseln mit J# – JScript .NET.

Insbesondere das vereinheitlichte Typsystem (Common Type System), das eine gemeinsame Schnittmenge an Datentypen beschreibt, sorgt für ein reibungsloses Zusammenspiel beim Aufruf von in einer anderen Sprache geschriebenen Komponenten. Dies stellt einen wichtigen Fortschritt dar, da man unter Visual Basic 6 unter Umständen gezwungen war, Funktionen, die nicht in Visual Basic implementiert werden konnten, in Visual C++ zu programmieren. In diesem Fall gab es immer Schwierigkeiten bei der Zuordnung der Datentypen von Visual Basic zu den entsprechenden Datentypen unter C++. Auch bei der Programmierung von COM-Komponenten in C++ musste man als Programmierer mit einem eingeschränkten Satz von Datentypen auskommen, die zur Automation benutzt werden konnten. Außerdem wurden Zeichenketten unter C++ und Visual Basic 6 intern unterschiedlich gespeichert, was die Programmierung erschwerte.

Die Vorteile der Unterstützung gemischtsprachiger Programmierung von .NET sind nicht unumstritten. Die Wartbarkeit eines Projektes, welches in mehreren Sprachen implementiert wurde, ist geringer als bei der Entwicklung mit nur einer Sprache.

Neben den von Microsoft für die .NET-Plattform angepassten Sprachen C#, Visual Basic .NET und C++/CLI (Managed C++) werden weitere .NET-Sprachen von Drittanbietern zur Verfügung gestellt (zum Beispiel Delphi von Borland, aber auch weniger bekannte Sprachen wie APL von Dyalog).

Die für .NET bereitgestellte IDE von Microsoft, das Visual Studio .NET, bietet die Möglichkeit, weitere Sprachen von Drittanbietern in ein Projekt einzubinden und somit deren Funktionalität zu nutzen. Dass die Entwicklung in einer konsistenten Entwicklungsumgebung stattfindet und es nicht für jede Sprache eine eigene IDE gibt, ist zusätzlich von Vorteil.

Plattformunabhängigkeit

Die angestrebte Plattformunabhängigkeit ist unter .NET grundsätzlich möglich, Microsoft selbst hatte 2002 für die erste Version von .NET eine eingeschränkte (und nicht mehr aktuelle) .NET-Variante namens Shared Source CLI (SSCLI, Codename Rotor) für MacOS und FreeBSD zur Verfügung gestellt, Open Source-Projekte haben sich einer Implementierung auf Grundlage des ECMA-Standards angenommen.

Die beiden wohl am weitesten entwickelten Projekte sind Mono, das vom Hersteller Ximian initiiert wurde, und das dotGNU-Projekt, welches an einer Portable.NET genannten Laufzeitumgebung arbeitet.

Beide Implementierungen sind jedoch noch nicht auf dem Entwicklungsstand des heutigen .NET. Zwar hat Mono mit der aktuellen Version 2.0 einen wichtigen Meilenstein, nämlich die Kompatibilität mit den nicht-windowsspezifischen Bibliotheken von .NET 2.0, erreicht. Auf der anderen Seite gibt es zum einen viele Programme, die P-Invoke oder COM Interop benutzen, d. h. auf Bibliotheken zugreifen, die nicht in IL-Code, sondern in normalem, prozessorspezifischen Assemblercode vorliegen. Zwar kann auch Mono auf Bibliotheken zugreifen, die in C oder C++ geschrieben sind, allerdings sind die meisten dieser Bibliotheken plattformabhängig. Weiterhin hat Microsoft mit .NET 3.0 und .NET 3.5 gravierende Weiterentwicklungen des Frameworks veröffentlicht, die von Mono bzw. dotGNU bis dato noch nicht oder nur teilweise implementiert wurden, aber in Arbeit sind. Explizit ausgenommen wurde die Windows Presentation Foundation, die auf absehbare Zeit nicht reimplementiert werden wird. Allerdings wird es trotzdem Unterstützung für XAML geben.

Laufzeitumgebung

Managed code wird, wie oben erwähnt, von der Laufzeitumgebung Common Language Runtime (CLR) verwaltet. Diese virtuelle Maschine übernimmt die Anforderung und Freigabe von Speicher und anderen Ressourcen (automatische Speicherbereinigung, engl. garbage collection) und stellt sicher, dass geschützte Speicherbereiche nicht direkt angesprochen oder überschrieben werden können. Wie oben unter Sicherheit beschrieben, können auch Zugriffe auf Dienste, Dateisystem-Funktionen oder Geräte überwacht und, sofern sie gegen Sicherheitsrichtlinien verstoßen, von der CLR abgelehnt werden.

Ausführungsgeschwindigkeit

Für den Erfolg von .NET war und ist es wichtig, die Entwicklergemeinde von C++ für .NET zu gewinnen. Daher war Geschwindigkeit bei .NET von Anfang an ein wesentliches Entwurfsziel.

Durch verschiedene Techniken wird versucht, den negativen Einfluss der CLR auf die Ausführungsgeschwindigkeit möglichst klein zu halten. Zum Beispiel wurden analog zu Java sogenannte JIT-Compiler eingeführt, die einen Mittelweg zwischen Interpretation und Kompilierung gehen. Außerdem kann man mit .NET als Neuerung auch Programme in bereits kompiliertem Code, als sogenanntes natives Image installieren. Das wirkt sich insbesondere auf die erstmaligen Ladezeiten bei Programmen mit größeren Klassenmengen aus. Weiterhin kann der Speicherbedarf reduziert werden, wenn mehrere Programme dieselbe Assembly nutzen bzw. das Programm mehrfach gestartet wird (Terminalserver), da die nativen Images im Gegensatz zu JIT-Code zwischen den Programmen über gemeinsam genutzten Speicher (engl. shared memory) geteilt werden. Der Gewinn an Ausführungsgeschwindigkeit durch native Images muss durch sorgfältige Messungen („profiling“) analysiert werden. Der Einsatz von nativen Images erfordert weitere Planungsschritte bei der Entwicklung der Software, z. B. eine sorgfältige Auswahl der DLL-Basisadresse der Assemblys, um eine Relokation der DLLs zu verhindern. Schließlich müssen die Assemblys auch im GAC installiert werden, um anhand der Identität die Integrität der Images garantieren zu können. Wird das nicht beachtet, führt die Relokation bzw. die Identitätsprüfung der Assembly zu weiteren Ausführungszeiten, die den Vorteil der nativen Images wieder zunichte machen.

Die automatische Ressourcenverwaltung und die verbesserte Sicherheit haben dennoch ihren Preis – die Ausführung von managed code hat einen erhöhten Ressourcenbedarf und benötigt mehr Zeit. Außerdem sind die Antwortzeiten auf Programm-Ereignisse wesentlich schwieriger zu kalkulieren und zum Teil deutlich größer, was die Anwendbarkeit für Echtzeitaufgaben stark einschränkt.

Ein Grund dafür ist die automatische Speicherbereinigung, die automatische Freigabe nicht mehr benötigten Speichers und anderer Ressourcen. Im Regelfall entscheidet der Garbage Collector, wann der Speicher aufgeräumt werden soll. Es ist aber möglich, dass der Entwickler den Zeitpunkt der Speicherbereinigung selbst festlegen kann. Während dies einerseits, durch die Zusammenfassung der Freigabeoperationen, die Ausführungsdauer von Programmläufen verringern kann, können andererseits die Antwortzeiten auf Ereignisse dadurch in Mitleidenschaft gezogen werden. Dies ist natürlich besonders für kleinere Maschinen nachteilig und stellt deshalb, im Hinblick auf die Marktausrichtung zu mobilen Kleingeräten, ein Problem dar.

.NET wird inzwischen auch bei performancekritischen Programmen, z. B. Computerspielen (z. B. mit dem XNA Framework), Animationsprogrammen, Konstruktionsprogrammen und ähnlichen, hochaufwendigen Programmen genutzt, da viele Programmierer der Meinung sind, dass aktuelle Systeme durch ihre höhere Geschwindigkeit den durch .NET bedingten Leistungsverlust ausgleichen.

Auf der anderen Seite steht die Meinung, dass die Qualität und Effizienz der traditionellen Softwareentwicklung zu wünschen übrig lassen und dass die diesbezüglichen Vorteile durch obige Verfahren deren Nachteile in der Regel aufwiegen. Im Allgemeinen wird dabei von einer asymmetrischen Verteilung ausgegangen, dass zum Beispiel 90 Prozent einer durchschnittlichen Anwendung problemlos „managed“, das heißt, auch mit automatischer Speicherbereinigung ausgeführt werden können, und lediglich 10 Prozent (z. B. einzelne Funktionen oder Klassen) optimiert werden müssen.

Dabei hat sich – analog zur Diskussion „Assembler ja oder nein“ – gezeigt, dass oftmals durch die Optimierung der zugrundeliegenden Algorithmen und Datenstrukturen eine wesentlich höhere Ausführungsgeschwindigkeit erzielt werden kann als durch die Entscheidung für oder gegen eine Programmiersprache oder Programmiertechnik. Gerade für derlei ständige Optimierungen bewährt sich eine zuverlässige automatische Speicherverwaltung oft über Jahre, bevor man hier die Grenzen erreicht hat.

Nicht zuletzt können Programme auch in Hinblick auf die Ausführungsgeschwindigkeit im Zusammenspiel mit automatischer Speicherbereinigung optimiert werden.

Klassenbibliothek

Die Framework Class Library (FCL) umfasst in der aktuellen Version 3.5 etwa 11.400 Klassen und andere Datentypen, die in mehr als 300 sogenannte Namensräume (Namespaces) unterteilt sind.^[2] Im Vergleich zur ersten Version 1.0 mit 3.581 Datentypen in 124 Namensräumen ist dies ein deutlicher Anstieg. Die Klassen erfüllen Aufgaben wie das Formatieren von Text, das Verschicken von E-Mails, aber auch das Generieren von Code. Die Unterteilung in Namensräume dient dazu, die große Menge an Informationen übersichtlicher zu gestalten. Beispielsweise befinden sich Klassen zum Generieren von Code in dem Namensraum System.Reflection.Emit.

Die Dokumentation der Klassen liefert der Hersteller in seinem Software Development Kit (SDK) mit (siehe unten).

Siehe auch: ADO.NET, ASP.NET

Verfügbarkeit und Werkzeuge

Der Hersteller Microsoft bietet .NET in verschiedenen Formen an. Als reine Laufzeitumgebung samt benötigter Klassenbibliotheken (Framework), als kostenloses SDK für Entwickler, als kostenpflichtige integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) in Form des Microsoft Visual Studio .NET. Speziell für Einsteiger und Studenten gibt es die kostenlosen Microsoft Visual Studio Express Editions mit Einschränkungen gegenüber den kostenpflichtigen Standard- oder Professional-Varianten. Eine ebenfalls kostenfreie IDE für .NET (und Mono) unter Windows findet man im Open-Source-Projekt SharpDevelop. Studenten bietet Microsoft weiterhin die Möglichkeit, über das DreamSpark-Programm kostenfrei die Professional-Variante des Visual Studios zu beziehen.

Seit Windows Server 2003 bietet Microsoft darüber hinaus Server-Betriebssysteme an, die bereits eine .NET-Laufzeitumgebung integriert haben. Bei Vorversionen muss diese manuell installiert werden, sofern die betreffende Windows-Variante unterstützt wird. .NET ist erst ab Windows 98 einsetzbar, die Programmierung von Webanwendungen (ASP.NET) etwa läuft nur ab Windows 2000. In Windows Vista ist .NET ein Kernbestandteil des Systems. Auf Nicht-Windows-Systemen wird .NET von Microsoft offiziell nicht unterstützt – so verbleibt die Plattformunabhängigkeit in der Liste der Möglichkeiten von .NET. Allerdings existieren die bereits erwähnten Open-Source-Projekte, die .NET auch für andere Plattformen (zum Beispiel Linux) verfügbar machen, wenn sie auch nicht den vollen Funktionsumfang des .NET-Frameworks unter Windows bieten können.

Für Handhelds und Mobiltelefone, die unter Windows CE bzw. Windows Mobile laufen, existiert eine funktional reduzierte Version der .NET-Laufzeitumgebung in Form des .NET Compact Frameworks. Es lässt sich aber nur unter Verwendung des kostenpflichtigen Visual Studio .NET 2003 oder neuer für diese Plattform entwickeln.

Im September 2006 stellte Microsoft zusätzlich das .NET Micro Framework vor. Es stellt eine nochmals eingeschränkte Version des .NET Frameworks speziell für Embedded-Geräte dar. Je nach Plattform soll das Framework zwischen 512 KByte und 1 MByte auf dem Gerät beanspruchen und lässt sich direkt aus dem Flash-Speicher oder dem ROM starten. In diesem Falle arbeitet das Micro Framework als Betriebssystem, es kann aber auch auf ein vorhandenes Windows-Betriebssystem aufsetzen.

Technische Einzelheiten

Programmausführung

Der Compiler für .NET-Sprachen erzeugt keinen Maschinencode, der direkt vom Betriebssystem ausgeführt werden kann. Stattdessen wird ein Zwischencode, die sogenannte Common Intermediate Language (CIL) erzeugt. Dieser besteht aus Befehlen, die auf der stackbasierten virtuellen Maschine (VM) ausgeführt werden. Die resultierenden Programme haben, wie andere Programme unter Windows, eine „.exe“-Erweiterung. Das wird durch eine kleine Routine am Anfang des Programms ermöglicht, die die virtuelle Maschine startet, welche wiederum den Zwischencode ausführt.

Wenn das Programm ausgeführt wird, übersetzt ein JIT-Compiler, der in der Laufzeitumgebung Common Language Runtime (CLR) enthalten ist, den Zwischencode in Maschinencode, der dann vom Prozessor direkt ausgeführt werden kann.

Da Code aus allen .NET-Sprachen in dieselbe Zwischensprache übersetzt wird, können Funktionen und Klassenbibliotheken, die in verschiedenen .NET-Sprachen geschrieben sind, problemlos gemeinsam in einem Programm verwendet werden.

Assemblies

Übersetzte Programmklassen werden als ausführbare Programme in sogenannten Assemblys zusammengefasst und bereitgestellt (vergleichbar mit Jar-Dateien in Java). Diese haben typischerweise die altbekannten Endungen .exe oder .dll, sind intern jedoch völlig anders strukturiert. Insbesondere sind im sogenannten Manifest alle notwendigen Metadaten aufgeführt, so dass für reine .NET-Programme in der Regel die gewohnte, aber aufwändige und fehlerträchtige Registrierung entfällt (Ausnahme zum Beispiel COM+/Enterprise Services).

Assemblys können entweder privat, gemeinsam (shared) oder global sein. Private Assemblys befinden sich in demselben Verzeichnis wie das auszuführende Programm. Daher wird angenommen, dass die Version des Assemblys kompatibel zum Programm ist und daher nicht von der CLR geprüft wird.

Ein gemeinsames (shared) Assembly kann sich in einem Verzeichnis befinden, auf das von mehreren Programmen zugegriffen wird. Daher wird für ein gemeinsames Assembly ein sogenannter Strong Name benötigt, bestehend aus dem Dateinamen des Assemblys, seiner Version, der Kultur und einem kryptografischen Schlüssel. Durch eine Konfigurationsdatei, die sich in dem Verzeichnis des Programms befindet, kann der Anwendung der Speicherort der gemeinsamen Assemblys mitgeteilt werden. Ein Strong Name kann mit Hilfe des Werkzeugs sn erzeugt werden.

Ein globales Assembly wird im globalen Assembly-Zwischenspeicher (Global Assembly Cache, GAC) gespeichert. Mit Hilfe des Werkzeugs gacutil können Assemblys dem GAC hinzugefügt werden. Innerhalb des GAC können Assemblys mit unterschiedlichen Versionen, Kulturen gespeichert werden. Mit Hilfe von Konfigurationsdateien kann festgelegt werden, welche Versionen eines Assemblys von der Anwendung benutzt werden sollen. Erfolgt keine Angabe, so wird nur die Version benutzt, die bei der Erstellung der Anwendung benutzt wurde. Wenn diese nicht vorhanden ist, wird beim Start des Programms eine Fehlermeldung ausgegeben.

Aktuelle Windows-Versionen besitzen eine Explorer-Erweiterung, die eine aussagekräftige Anzeige des Inhalts des GAC im Windows Explorer ermöglicht.

Versionen

Microsoft begann mit der Entwicklung des .NET Frameworks in den späten 1990ern, ursprünglich unter dem Namen der Next Generation Windows Services (NGWS). Gegen Ende des Jahres 2000 wurden die ersten Betaversionen von .NET 1.0 veröffentlicht.

Die .NET-Framework-Hierarchie.

Version	Versionsnummer	Datum
1.0	1.0.3705.0	5. Januar 2002
1.1	1.1.4322.573	1. April 2003
2.0	2.0.50727.42	7. November 2005
3.0	3.0.4506.30	6. November 2006
3.5	3.5.21022.8	9. November 2007
3.5 SP 1	3.5.30729.1	11. August 2008

.NET Framework 1.0

Version 1.0 stellt die erste Veröffentlichung des .NET Frameworks dar. Es wurde am 13. Februar 2002 für Windows 98, NT 4.0, 2000 und XP veröffentlicht. Der Support von Microsoft für diese Version endete am 10. Juli 2007, der erweiterte Support läuft allerdings noch bis zum 14. Juli 2009.

.NET Framework 1.1

Der erste Upgrade von .NET wurde als Installer am 3. April 2003 veröffentlicht. Es wurde gleichzeitig als integraler Bestandteil der Entwicklungsumgebung Visual Studio .NET 2003 vertrieben. Version 1.1 war die erste Version von .NET, die zusammen mit einem Betriebssystem, nämlich dem Windows Server 2003, ausgeliefert wurde. Der offizielle Support für diese Version endete am 14. Oktober 2008, der erweiterte Support endet am 8. Oktober 2013. Da .NET 1.1 eine Komponente des Windows Server 2003 darstellt, läuft der erweiterte Support zusammen mit dem Support für dieses Betriebssystem aus – derzeit wird der 30. Juni 2013 von Microsoft als Termin angegeben.

Änderungen in 1.1 im Vergleich mit 1.0

• Eingebaute Unterstützung für mobile ASP.NET Schaltflächen. Zuvor verfügbar als Add-on für das .NET Framework, nun ein Bestandteil des Frameworks.
• Änderungen in der Sicherheitsarchitektur – Windows-Forms-Assemblys aus dem Internet werden in einer Sandbox ausgeführt, zusätzlich wurde für ASP.NET-Anwendungen die Code Access Security aktiviert.
• Eingebaute Unterstützung für ODBC- und Oracle-Datenbanken. Zuvor verfügbar als Add-on für das .NET 1.0, nun ein Bestandteil des Frameworks.
• .NET Compact Framework – eine Version von .NET für mobile Geräte.
• Einführung der Internet Protocol Version 6 (IPv6).
• Diverse Änderungen in der API.

.NET Framework 2.0

.NET 2.0 wurde zusammen mit Visual Studio 2005, Microsoft SQL Server 2005 und Microsoft BizTalk 2006 veröffentlicht.

• Das .NET-2.0-Paket wurde am 22. Januar 2006 zum Download zur Verfügung gestellt.
• Version 2.0 ist die letzte Version, die Windows 2000, Windows 98 und Windows Me unterstützt.
• Die Version wird auch mit dem Microsoft Windows Server 2003 R2 ausgeliefert (nicht standardmäßig installiert).

Änderungen in 2.0 im Vergleich mit 1.1

• Zahlreiche Änderungen in der API.
• Eine neue API für native Anwendungen, die eine Instanz der .NET-Laufzeit beherbergen wollen. Die neue API gewährleistet eine feinstrukturierte Kontrolle über das Verhalten der Laufzeit in Bezug auf Multithreading, Speicherallokation, dem Laden von Assemblys und mehr. Es wurde ursprünglich entwickelt um effizient die Laufzeit im Microsoft SQL Server zu betreiben, welcher seinen eigenen Scheduler und eine eigene Speicherverwaltung implementiert.
• Vollständiger 64-Bit-Support für die x64- und alle IA64-Plattformen.
• Direkt in die .NET CLR eingebaute Sprachunterstützung für generische Typen.
• Viele Zusätze und Verbesserungen für ASP.NET-Web-Schaltflächen.
• Neue Datensteuerung mit deklarativer Datenbindung (engl. „data binding“).
• Neue personalisierende Features für ASP.NET, z. B. Unterstützung von Themes, Skins und WebParts.
• .NET Micro Framework – eine Version des .NET Frameworks in Bezug auf die Smart Personal Objects Technology Initiative.

.NET Framework 3.0

.NET Framework 3.0, ehemals WinFX genannt, erweitert die Managed-API, die einen integralen Bestandteil der Betriebssysteme Windows Vista und Windows Server 2008 darstellt. Seit dem 6. November 2006 ist das .NET Framework 3.0 für Windows XP ab Service Pack 2 und für Windows Server 2003 verfügbar, um Entwicklern rechtzeitig die Entwicklung und Portierung von Programmen nach Vista zu ermöglichen. In der dritten Hauptversion von .NET wurden tiefgreifende Änderungen an der Architektur vorgenommen. Hinzugekommen sind Funktionalitäten, die vor allem unter Windows Vista zum Einsatz kommen sollen. Das .NET Framework 3.0 greift auf die CLR aus .NET 2.0 zurück. Entgegen früheren Veröffentlichungen wurde gleichzeitig keine Version des .NET Compact Framework mit .NET 3.0 veröffentlicht.

Das .NET Framework 3.0 setzt sich aus vier Hauptkomponenten zusammen:

• Windows Presentation Foundation (entwickelt unter dem Codenamen Avalon): Eine neue Technik, Objekte mit Hilfe der eigens dafür entwickelten Beschreibungssprache XAML auf dem Bildschirm darzustellen. Hierbei werden, wie bei Quartz Extreme unter Mac OS X, beispielsweise Transparenzeffekte nicht mit der CPU errechnet, sondern leistungssteigernd über die 3D-Grafikkarte. Dieses entlastet die CPU und lässt das System auch optisch „flüssiger“ aussehen.

• Windows Communication Foundation (entwickelt unter dem Codenamen Indigo): Eine neue dienstorientierte Kommunikationsplattform für verteilte Anwendungen. Hier will Microsoft viele Netzwerk-Funktionen zusammenführen und den Programmierern solcher Anwendungen standardisiert zur Verfügung stellen. Bei dieser Weiterentwicklung von DCOM legt Microsoft besonderen Wert auf internetbasierte Anwendungen.

• Windows Workflow Foundation: Infrastruktur für die einfachere Entwicklung von Workflow-Anwendungen, sowohl in geschäftlicher als auch technischer Hinsicht, aber auch für dokument- und webbasierte Workflows. Bietet zudem grafische Designer für Visual Studio (Modellierung mittels Fluss- und Zustandsdiagrammen). Funktionen hiervon sollen unter anderem in zukünftigen Versionen von Office (SharePoint) und BizTalk verwendet werden.

• Windows CardSpace (entwickelt unter dem Codenamen InfoCard): Identitätsmanagement-Infrastruktur für verteilte Anwendungen. Mit Windows CardSpace will Microsoft einen neuen Standard für das Identitätsmanagement unter anderem im Internet etablieren. In den eigenen Browser Internet Explorer (Version 7) schon integriert, will Microsoft für diesen Dienst auch Plug-ins für alternative Browser entwickeln, mindestens aber für Mozilla Firefox.^[3]

Silverlight (vormals WPF/E) enthält eine stark verkleinerte Untermenge des .NET Frameworks und soll im Wesentlichen Webbrowser befähigen, reichhaltige Internetanwendungen auf Basis der WPF auszuführen. Normale Programme auf Basis der WPF sind ebenfalls „webfähig“, benötigen aber das vollständige .NET 3.0, welches derzeit nur für Windows verfügbar ist. Silverlight jedoch soll auch für Mac OS, ältere PCs mit Windows sowie Linux bereitgestellt werden.

Für die Vorab-Demonstration des neuen .NET Frameworks präsentierte Microsoft den Foto-Dienst Microsoft Max. Mit Herausgabe der endgültigen Version wurde der Dienst eingestellt.

.NET Framework 3.5

Die Version 3.5 des .NET Frameworks wurde am 19. November 2007 veröffentlicht. Das .NET Framework 3.5 verwendet die CLR aus Version 2.0. Mit der Version 3.5 werden gleichzeitig das .NET Framework 2.0 SP1 und .NET Framework 2.0 SP2 installiert. Zeitgleich mit der Version 3.5 wurde das .NET Compact Framework 3.5 veröffentlicht.

Die Version 3.5 SP1 (11. August 2008) ergänzte die Bibliothek um das ADO.NET Entity Framework 1.0 und die ADO.NET Data Services. Am 18. Dezember 2008 wurde zudem ein General Distribution Release veröffentlicht, welches lediglich Fehlerbehebungen beinhaltet.^[4]

Der Quellcode der Klassenbibliothek (BCL) wurde teilweise unter der Microsoft Reference Source License freigegeben.

Änderungen seit Version 3.0

• Neue Sprachfunktionen für C# 3.0 und VB.NET 9.0
• Unterstützung von Expression Trees und Lambda-Methoden
• Extension Methoden
• Anonyme Typen
• LINQ
• Unterstützung von Paging für ADO.NET
• API für asynchrone Netzwerk-I/O
• P2P-Netzwerkstack mit verwaltetem Peer Name Resolution Protocol Resolver
• Verbesserte WCF- und WF-Bibliotheken
• Integration von ASP.NET AJAX
• Neuer Namensraum System.CodeDom
• Microsoft ADO.NET Entity Framework 1.0

.NET Framework 4.0

Microsoft gab Informationen zum .NET Framework 4.0 erstmals am 29. September 2008 und auf der Professional Developers Conference (PDC 2008) bekannt. Obwohl noch keine genauen Details über die zukünftige Version bekannt wurden, sind einige allgemeine Informationen über die Pläne des Unternehmens veröffentlicht worden. So sollen Parallelrechner in .NET 4.0 stärker unterstützt werden, insbesondere Systeme mit Mehrkernprozessoren oder Systeme, die auf verteiltes Rechnen ausgelegt sind. Weiterhin existieren Pläne, Verfahren wie PLINQ (Parallel LINQ) zu integrieren, sowie die Task Parallel Library (TPL), die die Parallelverarbeitung über Methodenaufrufe und Delegaten ermöglicht. Darüber hinaus hat Microsoft bekanntgegeben, eine Untermenge des .NET-Frameworks und von ASP.NET im Microsoft Windows Server Core zu unterstützen.

Entstehungsgeschichte

Die Entwicklung der .NET-Plattform war einerseits notwendig, um die in die Jahre gekommenen Konzepte von Windows durch neue zu ersetzen, jedoch andererseits das Ergebnis des Rechtsstreits von Microsoft mit Sun über Java. Microsoft adaptierte das von Sun entwickelte Java-System und erweiterte es nach eigenen Bedürfnissen, was die Plattformunabhängigkeit von Java-Applikationen beeinträchtigte. Als Sun dies unter anderem durch Gerichtsverfügung unterband, änderte Microsoft ihre Strategie. Zudem war es Microsoft bis zur Entwicklung von .NET nicht gelungen, im lukrativen Markt für mobile Kleingeräte Fuß zu fassen.

Es hatten sich zudem mit der Zeit verschiedene, zueinander inkompatible Softwaresysteme für Windows entwickelt. Die drei für Windows meistverwendeten Programmiersprachen C++, Visual Basic sowie die Microsoft-Implementierung einer Java-Syntax, J++, waren zueinander nicht kompatibel und die Zusammenarbeit über verschiedene Brücken erwies sich als sehr kompliziert.

Zeichenketten und ANSI/Unicode

Die Datentypen für Zeichenketten (engl. „strings“) waren nicht binärkompatibel zueinander. Wollte man solche über zwei Softwaresysteme hinweg schreiben, so musste man Laufzeiteinbußen wegen Konvertierungsfunktionen hinnehmen. Verschärfend kam die Koexistenz von ANSI und Unicode hinzu. Viele Programme unterstützten kein Unicode oder wurden dafür noch nicht ausgerüstet. .NET verwendet einheitlich Unicode für Zeichenketten.

Speicherverwaltung

Jede Entwicklungsplattform besaß ein eigenes System für die Verwaltung des Speichers. J++ und Visual Basic besaßen eine automatische Speicherverwaltung, das heißt der Programmierer überließ (weitgehend) dem System die Verwaltung des Speichers. Visual C++ hingegen besaß keine Speicherverwaltung, hierum musste sich der Programmierer selber kümmern.

Offenlegung des Quellcodes

Am 17. Januar 2008 veröffentlichte Microsoft den Quelltext des Frameworks unter der restriktiven Microsoft Reference License. Zu diesem Schritt entschloss sich Microsoft bereits im Oktober 2007, als Sun Microsystems ihr Produkt Java unter der GNU GPL mit eigenen Zusatzklauseln zur Verfügung stellte.

Im Gegensatz zu Java stehen die Quelltexte des .NET-Frameworks jedoch nicht unter einer freien Lizenz – es ist nicht erlaubt, den Quellcode zu modifizieren oder in andere Projekte zu integrieren. Microsoft gestattet lediglich die Einsicht des Quellcodes zur Unterstützung des Debugging-Prozesses in Projekten. Dank der Veröffentlichung des Quelltextes lassen sich in IT-Projekten im Fehlerfall zumindest präzisere Workarounds schreiben.

Verhältnis zu Mono

Teile der Open-Source-Community^[5] sehen in der Offenlegung unter der restriktiven Lizenz eine Gefahr für das Projekt Mono, welches .NET-Anwendungen unter Linux teilweise verfügbar macht. Microsoft hatte 2007 noch behauptet, das Projekt würde Quellcode aus dem .NET-Framework enthalten. Da das Framework und Mono gleichermaßen .NET implementieren, befürchtet man nun zwangsweise starke Ähnlichkeiten im Quellcode.

Durch das umstrittene Patentabkommen zwischen Microsoft und Novell^[6] (dem Projektträger von Mono) werden Befürchtungen nichtig, Microsoft könnte das Projekt wegen Lizenzverstößen verklagen. Das Patentabkommen schützt derzeitig sowohl die Community unter Novell als auch Microsoft vor gegenseitigen Patentansprüchen.

Chronik der .NET-Entwicklung

Jahr	Ereignisse
2000	Juni – Bill Gates stellt erstmals die .NET-„Vision“ vor. Juli – Auf der Entwicklerkonferenz PDC gibt es erstmals CDs mit lauffähigen Vorabversionen des Frameworks und von Visual Studio .NET Oktober – C# und die CLI (siehe unten) werden (von MS, HP und Intel) bei der Europäischen Standardisierungsorganisation European Computer Manufacturers Association (ECMA) eingereicht, was für Microsoft einen ungewöhnlichen Schritt der Öffnung darstellt.
2002	Januar – .NET (V1.0) wird offiziell mit der zugehörigen Entwicklungsumgebung SDK (und Visual Studio .NET 2002) vorgestellt. Verwirrung: Im Zuge des Marketings wird nach Microsofts Gewohnheit versucht, alle anstehenden Neuentwicklungen unter einen, den .NET-Begriff, zu fassen, wodurch selbst Fachleute einschließlich Microsoft-Mitarbeiter nicht mehr verstehen, worum es eigentlich geht. Die Programmiertechnik und Entwicklungsumgebung wird zunächst in Verbindung gestellt zu konkreten Webdiensten, die Microsoft anbietet (Codename „Hailstorm“ wird zu „.Net My Services“) und später vom Marketing wieder von .NET entkoppelt. Auch die nächste Betriebssystem-Generation von Windows wird als Bestandteil von .NET angekündigt.
2003	Vorstellung von .NET 1.1 und Visual Studio 2003 mit im Wesentlichen geringfügigen Verbesserungen und Erweiterungen.
2005	Betaversionen von .NET 2.0 und Visual Studio 2005 erhältlich. 7. November: Visual Studio 2005 und .NET Framework 2.0. werden in den USA veröffentlicht. 19. Dezember: Deutsche Version des .NET Frameworks 2.0 verfügbar.
2006	6. Februar: Visual Studio 2005 wird in Deutschland veröffentlicht. 6. November: .NET Framework 3.0 verfügbar.
2007	Erste Berichte um .NET 3.5 und dem neuen Visual Studio 2008 mit dem Codenamen „Orcas“. 19. November: .NET 3.5 und Visual Studio 2008 wird in den USA veröffentlicht.
2008	17. Januar 2008: Das .NET Framework wird im Quelltext zwecks „erleichtertem Debugging“ veröffentlicht. Februar: Visual Studio 2008, Microsoft SQL Server 2008 und Windows Server 2008 werden veröffentlicht.

Siehe auch

• Liste der .NET-Sprachen
• Framework

Einzelnachweise

1. ↑ ScottGu’s Blog (Corporate Vice President in the Microsoft Developer Division) (engl.)
2. ↑ Brad Abrams: Number of Types in the .NET Framework
3. ↑ infoweek.ch: Microsoft entwickelt Firefox-Plug-in
4. ↑ GDR (General Distribution Release)
5. ↑ Microsofts Open Source Trap (engl.)
6. ↑ Dr. Oliver Diedrich: „Microsoft und Novell kooperieren“ auf heise.de, 2007

Literatur

• Holger Schwichtenberg: Microsoft .NET 2.0 Crashkurs. Microsoft Press, Unterschleißheim 2006. ISBN 3-86063-987-0
• Holger Schwichtenberg: Microsoft .NET 3.0 Crashkurs. Microsoft Press, Unterschleißheim 2007. ISBN 3-86645-501-1
• Jürgen Kotz, Rouven Haban, Simon Steckermeier: .NET 3.0. WPF, WCF und WF – ein Überblick. Addison-Wesley, München Februar 2007. ISBN 3-8273-2493-9
• Daniel Liebhart, Guido Schmutz, Marcel Lattmann, Markus Heinisch, Michael Königs, Mischa Kölliker, Perry Pakull, Peter Welkenbach: Architecture Blueprints Hanser Verlag, 2007. ISBN 978-3-446-41201-9

Weblinks

Allgemein

• .NET Produktwebseite und Plattform Explorer
• Microsoft MSDN Developer Center – .NET Framework
• Alternative Implementierungen: Mono, DotGNU
• Deutschsprachiges Magazin rund um das .NET Framework

.NET 3.0

• Offizielle Seite .NET Framework (deutsch)
• Download des Microsoft .NET Framework 3.0 Redistributable Package (deutsch)
• Download des Microsoft .NET Framework 3.5 Service pack 1 (Full Package) - Deutsch