J & J - 정성태의 닷넷 이야기

사용자

메뉴

최근 덧글

[정성태] 그냥 RSS Reader 기능과 약간의 UI 편의성 때문에 사용...[이종효] 오래된 소프트웨어는 보안 위협이 되기도 합니다. 혹시 어떤 기능...[정성태] @Keystroke IEEE의 문서를 소개해 주시다니... +_...[손민수 (Keystroke)] 괜히 듀얼채널 구성할 때 한번에 같은 제품 사라고 하는 것이 아...[정성태] 전각(Full-width)/반각(Half-width) 기능을 토...[정성태] Vector에 대한 내용은 없습니다. Vector가 닷넷 BCL...[orion] 글 읽고 찾아보니 디자인 타임에는 InitializeCompon...[orion] 연휴 전에 재현 프로젝트 올리자 생각해 놓고 여의치 않아서 못 ...[정성태] 아래의 글에 정리했으니 참고하세요. C# - Typed D...[정성태] 간단한 재현 프로젝트라도 있을까요? 저런 식으로 설명만 해...

글쓰기

제목

이름

암호

전자우편

HTML

홈페이지

유형

내용

<div style='display: inline'>
<h1 style='font-family: Malgun Gothic, Consolas; font-size: 20pt; color: #006699; text-align: center; font-weight: bold'>C# - async/await 그리고 스레드 (4) 비동기 I/O 재현</h1>

해본 김에, 이제 비동기 I/O에서의 async/await도 구현해 보겠습니다. 그런데, 이것을 설명하기 위해 부가적으로 Windows의 "비동기 I/O"에 대한 기본적인 이해가 필요합니다. 그러니까... 결국 이번 주제를 위해 다음의 글이 쓰인 것입니다. ^^; 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
C# - CLR ThreadPool의 I/O 스레드에 작업을 맡기는 방법
; <a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13059'>https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13059</a>
</pre>
 
그리고, 사실 위의 글만 이해했다면 async/await과의 연동은 이미 설명한 것이나 다름없습니다. 왜냐하면 결국 비동기 I/O에 대한 async/await은 위의 글에서 만든 MyAsyncFileStream에 "<a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13055'>C# - async/await 그리고 스레드 (1)</a>" 글에서 만든 MyTask를 연결만 하면 되기 때문입니다. 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
예를 한번 들어볼까요? ^^ 우리는 그동안 C#에서 다음과 같은 식으로 간단하게 파일 I/O를 비동기로 접근할 수 있었습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
using System;

internal class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}] 1단계: threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        
        string filePath = @"test.txt";

FileStream fs = new FileStream(filePath, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.None, 0, <a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12250'>true</a>);

byte[] buffer = new byte[2];
 int readBytes = await fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
 Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}] 2단계: {BitConverter.ToString(buffer)} threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

readBytes = await fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
 Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}] 3단계: {BitConverter.ToString(buffer)} threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
 }
}

/* 출력 결과 */
/* test.txt의 파일 내용: 1234567890

[2022-05-15 오전 9:01:43] 1단계: threadid == 1
[2022-05-15 오전 9:01:43] 2단계: 31-32 threadid == 4
[2022-05-15 오전 9:01:43] 3단계: 33-34 threadid == 4
*/
</pre>
 
자, 이 코드와 유사한 것을 <a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13061#myasyncfilestream'>지난 글에서 만든 MyAsyncFileStream</a>에 구현해 보겠습니다. 추가해야 할 코드는 간단합니다. MyTask 코드는 더 추가할 것이 없고, 단지 MyAsyncFileStream에 MyTask를 반환하는 ReadAsync/WriteAsync만 아래와 같이 추가해 주면 됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
using Microsoft.Win32.SafeHandles;
using System.Diagnostics.CodeAnalysis;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace Console1
{
    public class MyAsyncFileStream : IDisposable
    {
        long _pos;
        SafeFileHandle? _pHandle;

public MyAsyncFileStream(string filePath, FileAccess fileAccess, FileShare fileShare, FileMode fileMode)
 {
 _pHandle = NativeMethods.CreateFile(filePath, fileAccess, fileShare, IntPtr.Zero, fileMode,
 NativeMethods.FILE_FLAG_OVERLAPPED, IntPtr.Zero);

if (_pHandle.IsInvalid == true)
            {
                int lastError = Marshal.GetHRForLastWin32Error();
                Marshal.ThrowExceptionForHR(lastError);
            }
        }

public long Position
        {
            get { return _pos; }
            set
            {
                _pos = value;
                SeekCore(_pos, SeekOrigin.Begin);
            }
        }

void SeekCore(long offset, SeekOrigin origin)
        {
            if (NativeMethods.SetFilePointerEx(_pHandle!, offset, out long moved, (uint)origin) == true)
            {
                _pos = moved;
            }
        }

public unsafe MyTask WriteAsync(byte[] buffer)
 {
 uint written;
 NativeOverlapped o = new NativeOverlapped();
 o.OffsetLow = unchecked((int)_pos);
 o.OffsetHigh = (int)(_pos &gt;&gt; 32);

SeekCore(buffer.Length, SeekOrigin.Current);

EventWaitHandle writeEvent = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset);
            o.EventHandle = writeEvent.SafeWaitHandle.DangerousGetHandle();

int ret = NativeMethods.WriteFile(_pHandle!, buffer, buffer.Length, out written, ref o);
 MyTask task = new MyTask();

if (ret == 1)
 {
 task.SetComplete();
 }
 else
 {
 int lastError = Marshal.GetLastWin32Error();
 if (lastError == 0)
 {
 task.SetComplete();
 }
 else if (lastError == 997) // ERROR_IO_PENDING == 997
 {
 OverlappedParameter op = new OverlappedParameter()
 {
 Event = writeEvent,
 Task = task,
 };

op.WaitHandle = ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(writeEvent, ioCompletedCallback, op, -1, true);
 op.TryUnregister();
 }
 else
 {
 throw Marshal.GetExceptionForHR(NativeMethods.HRESULT_FROM_WIN32(lastError)) ?? new IOException();
 }
 }

return task;
        }

public unsafe MyTask ReadAsync(byte[] buffer)
 {
 NativeOverlapped no = new NativeOverlapped();
 no.OffsetLow = unchecked((int)_pos);
 no.OffsetHigh = (int)(_pos &gt;&gt; 32);

SeekCore(buffer.Length, SeekOrigin.Current);

EventWaitHandle readEvent = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset);
            no.EventHandle = readEvent.SafeWaitHandle.DangerousGetHandle();

int ret = NativeMethods.ReadFile(_pHandle!, buffer, buffer.Length, out uint readLen, ref no);
 MyTask task = new MyTask();

if (ret == 1)
 {
 task.SetComplete();
 }
 else
 {
 int lastError = Marshal.GetLastWin32Error();
 if (lastError == 0)
 {
 task.SetComplete();
 }
 else if (lastError == NativeMethods.ERROR_IO_PENDING) // 997 == Overlapped I/O operation is in progress. 
 {
 OverlappedParameter op = new OverlappedParameter
 {
 Event = readEvent,
 Task = task,
 };

op.WaitHandle = ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(readEvent, ioCompletedCallback, op, -1, true);
 op.TryUnregister();
 }
 else
 {
 throw Marshal.GetExceptionForHR(NativeMethods.HRESULT_FROM_WIN32(lastError)) ?? new IOException();
 }
 }

return task;
        }

private static void ioCompletedCallback(object? state, bool timedOut)
 {
 OverlappedParameter? op = state as OverlappedParameter;
 if (op == null)
 {
 return;
 }

op.Done();

MyTask? task = op.Task;
 if (task == null)
 {
 return;
 }

if (timedOut == true)
            {
                // task.SetException();
                return;
            }

task.SetComplete(); // 이 단계에서 await으로 나뉜 "분할 2" 코드를 수행
 }

public void Dispose()
        {
            if (_pHandle != null)
            {
                _pHandle.Dispose();
                _pHandle = null;
            }
        }
    }

public class OverlappedParameter
 {
 // ...[생략]...
 }
}
</pre>
 
끝입니다. ^^ 이제 우리도 FileStream이 했던 것처럼, MyAsyncFileStream과 MyTask의 협업으로 다음과 같이 (거의 유사하게) 코딩을 할 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
static async Task Main(string[] args)
{
 Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}] 1단계: threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

string filePath = @"test.txt";

MyAsyncFileStream fs = new MyAsyncFileStream(filePath, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, FileMode.Open);

{
 byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes("12");
 await fs.WriteAsync(buffer);
 buffer = Encoding.UTF8.GetBytes("34");
 await fs.WriteAsync(buffer);
 }

fs.Position = 0;

{
 byte[] buffer = new byte[2];
 await fs.ReadAsync(buffer);
 Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}] 2단계: {BitConverter.ToString(buffer)} threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

await fs.ReadAsync(buffer);
 Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}] 3단계: {BitConverter.ToString(buffer)} threadid == {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
 }
}

/* 출력 결과 */
/* test.txt의 파일 내용: 1234567890

[2022-05-15 오전 9:58:09] 1단계: threadid == 1
[2022-05-15 오전 9:58:09] 2단계: 31-32 threadid == 8
[2022-05-15 오전 9:58:09] 3단계: 33-34 threadid == 8
*/
</pre>
 
(<a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/bbs/DownloadAttachment.aspx?fid=1935&boardid=331301885'>첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함</a>합니다.) 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
잠깐 출력 결과를 해석해 볼까요? 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[2022-05-15 오전 9:58:09] 1단계: threadid == 1
[2022-05-15 오전 9:58:09] 2단계: 31-32 threadid == 8
[2022-05-15 오전 9:58:09] 3단계: 33-34 threadid == 8
</pre>
 
Main 메서드를 시작한 thread는 1번인데요, 이어서 ReadAsync를 호출해 비동기 I/O를 개시하고 RegisterWaitForSingleObject로 ioCompletedCallback을 등록합니다. 이후 I/O가 완료되면 스레드 풀의 여유 스레드(위의 출력에서는 8번 스레드)에 의해 ioCompletedCallback이 호출됩니다. 그리고 그 8번 스레드는 다시 두 번째 ReadAsync를 호출하고 스레드 풀에 돌아갑니다. 마찬가지로 다시 한번 ioCompletedCallback이 발생하고 그것을 (스레드 풀에 돌아갔던) 8번 스레드가 실행하는 결과를 보여줍니다. 
 
혹은 아래의 문서에 따르면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Asynchronous disk I/O appears as synchronous on Windows
; <a target='tab' href='https://learn.microsoft.com/en-US/troubleshoot/windows/win32/asynchronous-disk-io-synchronous'>https://learn.microsoft.com/en-US/troubleshoot/windows/win32/asynchronous-disk-io-synchronous</a>
</pre>
 
<div style='BACKGROUND-COLOR: #ccffcc; padding: 10px 10px 5px 10px; MARGIN: 0px 10px 10px 10px; FONT-FAMILY: Malgun Gothic, Consolas, Verdana; COLOR: #005555'>
Frequently, asynchronous I/O operations behave just as synchronous I/O. 
... 
if an operation is completed immediately, then &amp;NumberOfBytesRead passed into ReadFile is valid for the number of bytes read. In this case, ignore the OVERLAPPED structure passed into ReadFile; do not use it with GetOverlappedResult or WaitForSingleObject. 
</div> 
 
ReadAsync는 ReadFile 호출에서 동기 방식으로 그순간 완료가 돼 반환하는 경우도 있으므로 이전 단계의 async callback을 실행하던 8번 스레드가 두 번째 async read를 끝까지 실행하는 경우도 가능하므로 해석은 상황에 따라 다를 수 있습니다. 
 
그런데 실제로 이 상황이 있는지 확인하려고 ReadAsync (또는 WriteAsync)의 반환에서 확인 코드를 넣어봤지만, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
int ret = NativeMethods.ReadFile(_pHandle!, buffer, buffer.Length, out uint readLen, ref no);
MyTask task = new MyTask();

if (ret == 1)
{
 Console.WriteLine("Sync");
 task.SetComplete();
}
</pre>
 
아무리 실행해도 "Sync" 메시지가 화면에 출력되는 경우를 볼 수 없었습니다. (혹시, 이와 관련해서 저 메시지를 볼 수 있는 "요령"을 알고 계신 분은 덧글 부탁드립니다. ^^) 
 
마지막으로, 위의 예제 코드를 실행하다 보면 간혹 다음과 같은 식으로 2단계와 3단계의 스레드가 다르게 나오는 경우를 볼 수 있는데요, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
[2022-05-15 오전 10:06:57] 1단계: threadid == 1
[2022-05-15 오전 10:06:57] 2단계: 31-32 threadid == 8
[2022-05-15 오전 10:06:57] 3단계: 33-34 threadid == 11
</pre>
 
8번 스레드가 스레드 풀에 여유 스레드 자원으로 안착하기도 전에 두 번째 ioCompletedCallback이 호출돼 11번 여유 스레드가 호출된 것으로 해석할 수 있습니다. 
 
자, 그럼 이것으로 async/await에 관한 스레드 이야기는 모두 마쳤습니다. async/await의 마법 같은 동작 방식이, 아마도 지금까지의 글을 잘 읽고 이해하셨다면 더 이상 마법이 아닌, FileStream과 Task와 C# 컴파일러의 노력으로 빚은 노가다 예술임을 느끼실 수 있을 것입니다. ^^
 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
이 글에서 사용한 MyTask, MyAsyncFileStream은 async/await 학습을 위한 딱 그 정도 역할만 하도록 만들어진 것이므로 현업에서 쓰는 것에는 권장하지 않습니다. (미구현 코드가 너무 많기도 하고, 안정성을 보장할 수 없습니다.)

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

</div>

첨부파일

스팸 방지용 인증 번호

1368 (왼쪽의 숫자를 입력해야 합니다.)