P/Invoke의 성능을 높이기 위해 C++/CLI가 선택되려면?

예제 코드로 직접 설명해 볼까요? C#의 경우, 다음과 같이 P/Invoke 형식으로 Win32 API를 호출할 수 있는 반면,

class Program
{
    [DllImport("kernel32.dll")]
    static extern uint GetCurrentThreadId();

    static void Main(string[] args)
    {
        GetCurrentThreadId();
    }
}

C++/CLI의 경우에는 별다르게 P/Invoke 절차 없이 일반적인 C/C++에서 했던 것처럼 Win32 API를 곧바로 호출할 수가 있습니다.

#pragma once
#include <Windows.h>
using namespace System;

namespace TestLibrary {
    public ref class Class1
    {
    public:
        int GetId()
        {
            return ::GetCurrentThreadId();
        }
    };
}

C++/CLI의 활용예 중에 하나가, Managed 언어(C#,VB.NET,...)에서 P/Invoke를 이용하여 Win32 DLL에서 제공하는 API를 호출할 때 성능을 높이려는 방안이 하나 있습니다. 실제로 MSDN 문서에 보면 다음과 같은 이야기가 실려 있는데요.

Performance Considerations for Interop (C++)
; https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/dotnet/performance-considerations-for-interop-cpp

아울러, Managed 응용 프로그램에서 Native API를 호출하려면 다음과 같은 작업들이 필요하다고 되어 있습니다.

• The function call arguments are marshaled from CLR to native types.
• A managed-to-unmanaged thunk is executed.
• The unmanaged function is called (using the native versions of the arguments).
• An unmanaged-to-managed thunk is executed.
• The return type and any "out" or "in,out" arguments are marshaled from native to CLR types.

여기서 우리가 정확하게 알아야 할 것은, C++/CLI 역시 Native API를 호출할 때에는 C#에서 PInvoke를 통해 호출했을 때처럼 managed-to-unmanaged thunk / unmanaged-to-managed thunk는 필요하다는 점입니다. 참고로, "thunk"에 대해서 낯설어 하시는 분들이 계실 텐데... 음... Visual Studio로 디버깅을 하다 보면 다음과 같은 "Call Stack"을 보는 경우가 있는데요.



위에서 보이는 "[Managed to Native Transition]"에 해당하는 부분이 바로 "thunk"입니다. (물론, thunk라는 용어는 다양하게 쓰이는데, 일례로 WOW64에서도 64비트와 32비트 간의 변환을 위해 쓰이는 부분도 thunk라고 부릅니다.)

이렇게 따지면, C++/CLI에서 유일하게 성능을 높일 수 있는 부분은 바로 "data marshaling"입니다.

---

개인적으로, 이 부분에서 다소 궁금한 점이 생겼습니다. 그렇다면, 데이터 마샬링 부하 없이 실제로 어느 정도의 성능 차이가 있을까 하는 것입니다.

당연히... 이런 것은 테스트를 해봐야겠지요. ^^

그래서, 2개의 프로젝트를 준비하고,

• ConsoleApplication1: C# Console EXE
• TestLibrary: C++/CLI Library

C#에서 다음과 같이 PInvoke 호출을 하는 코드를 만든 후,

class Program
{
    [DllImport("kernel32.dll")]
    static extern uint GetCurrentThreadId();

    static void Main(string[] args)
    {
        int count = 100000;
        PInvokeTest(1); // JIT 컴파일 시간을 측정 시간에서 없애기 위해 미리 한번 호출

        Console.WriteLine("===================");

        PInvokeTest(count);
    }

    private static void PInvokeTest(int loopCount)
    {
        Stopwatch st = new Stopwatch();
        st.Start();

        for (int i = 0; i < loopCount; i++)
        {
            GetCurrentThreadId();
        }

        st.Stop();

        Console.WriteLine(st.ElapsedTicks);
    }
}

역시 C++/CLI에서도 위의 기능을 하는 코드를 만들어서,

#pragma once

#include <Windows.h>

using namespace System;

namespace TestLibrary {

    public ref class Class1
    {
    public:
        void GetId2(int count)
        {
            for (int i = 0; i < count; i ++)
            {
                ::GetCurrentThreadId();
            }
        }
    };
}

동일하게 시간을 측정할 수 있도록 C# Main 함수에 넣어두었습니다.

static void Main(string[] args)
{
    int count = 100000;
    PInvokeTest(1);
    Cppcli2Test(1);

    Console.WriteLine("===================");

    PInvokeTest(count);
    Cppcli2Test(count);
}

private static void Cppcli2Test(int count)
{
    TestLibrary.Class1 cl = new TestLibrary.Class1();

    Stopwatch st = new Stopwatch();
    st.Start();

    cl.GetId2(count);
    st.Stop();
    Console.WriteLine(st.ElapsedTicks);
}

다음은 3회 실행한 결과입니다.

P/Invoke: 12013, 9385, 11388
C++/CLI : 9346,  9330, 10504

보시는 것처럼 거의 차이가 나지 않습니다. 10만 번 수행에 저 정도 차이면, 추가된 C/C++ 프로젝트 관리나 그로 인한 x86/x64 DLL 파일의 유지/보수 노력을 감안했을 때 하지 않는 편이 더 낫습니다.

물론, 데이터 마샬링이 어느 정도 요구되는 상황에서는 분명히 C++/CLI의 장점이 있을 테지만, 우리가 일반적으로 만드는 C# 응용 프로그램에서는 사실상 P/Invoke의 성능을 높이기 위해 굳이 C++/CLI를 사용할 필요는 없다는 것을 잘 보여주고 있습니다.

웹에서 검색해 보니, 한 가지 실험 결과가 더 눈에 띄는데요.

PInvoke Performance
; http://www.codeproject.com/Articles/253444/PInvoke-Performance

위의 글에서 재미있는 결과를 볼 수 있는데, 바로 Native API의 속도가 눈에 띄게 높다는 점입니다.

아하~~~ 그렇다면, 제 결론은 이렇습니다.



* 첨부 파일은 다음의 3개 프로젝트를 포함하고 있습니다.

• ConsoleApplication1: C# 콘솔 응용 프로그램
• TestLibrary: C++/CLI 라이브러리
• TestWin32DLL: C/C++ Win32 DLL

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[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

[최초 등록일: 2/4/2012]
[최종 수정일: 3/20/2023]


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by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com