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<div style='display: inline'>
<h1 style='font-family: Malgun Gothic, Consolas; font-size: 20pt; color: #006699; text-align: center; font-weight: bold'>.NET 6+ FileStream의 구조 변화</h1>

아래의 글에, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
C# - byte * (바이트 포인터)를 FileStream으로 쓰는 방법
; <a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12913'>https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12913</a>
</pre>
 
다음과 같은 내용의 <a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12913#15988'>덧글</a>이 있습니다. 
 
<div style='BACKGROUND-COLOR: #ccffcc; padding: 10px 10px 5px 10px; MARGIN: 0px 10px 10px 10px; FONT-FAMILY: Malgun Gothic, Consolas, Verdana; COLOR: #005555'>
corefx 구현체에서 Span 객체를 인자로 받는 Read/Write 메소드가 array pool을 활용하여 버퍼를 복사하고 다시 Read(byte[], int, int)와 Write(byte[], int, int)를 호출
</div> 
 
시간이 좀 지났으니, 현재의 구현이 어떻게 되어 있는지 살펴보겠습니다. ^^ 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
우선, FileStream의 Span을 받는 Write 메서드를 보면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
public override void Write(ReadOnlySpan&lt;byte&gt; buffer) =&gt; _strategy.Write(buffer);
</pre>
 
호출을 _strategy로 전달하고 있습니다. 이 멤버는 FileStream 생성자에서 결정되는데요, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
public FileStream(SafeFileHandle handle, FileAccess access, int bufferSize)
{
 ValidateHandle(handle, access, bufferSize);

_strategy = FileStreamHelpers.ChooseStrategy(this, handle, access, bufferSize, handle.IsAsync);
}
</pre>
 
FileStreamHelpers.ChooseStrategy는 다시, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
namespace System.IO.Strategies
{
 internal static partial class FileStreamHelpers
 {
 // ...[생략]...

internal static FileStreamStrategy ChooseStrategy(FileStream fileStream, SafeFileHandle handle, FileAccess access, int bufferSize, bool isAsync)
 {
 FileStreamStrategy strategy =
 EnableBufferingIfNeeded(ChooseStrategyCore(handle, access, isAsync), bufferSize);

return WrapIfDerivedType(fileStream, strategy);
        }

// ...[생략]...
 }
}
</pre>
 
ChooseStrategyCore로 역할을 맡기고 있습니다. 여기서 재미있는 것은 FileStreamHelpers 자체가 partial class라는 점입니다. 이유는 짐작 가시죠? ^^ 
 
윈도우뿐만 아니라 리눅스 등도 지원해야 하기 때문에 FileStreamHelpers는 partial로 플랫폼에 따라 다른 파일을 포함해 빌드하게 됩니다. 일례로 윈도우의 경우 <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/IO/Strategies/FileStreamHelpers.Windows.cs'>FileStreamHelpers.Windows.cs 파일</a>을 포함하고, 그 파일의 ChooseStrategyCore를 보면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
private static FileStreamStrategy ChooseStrategyCore(string path, FileMode mode, FileAccess access, FileShare share, FileOptions options, long preallocationSize, UnixFileMode? unixCreateMode) =&gt;
 (options &amp; FileOptions.Asynchronous) != 0 ?
 new AsyncWindowsFileStreamStrategy(path, mode, access, share, options, preallocationSize, unixCreateMode) :
 new SyncWindowsFileStreamStrategy(path, mode, access, share, options, preallocationSize, unixCreateMode);
</pre>
 
동기/비동기에 따라 다른 타입을 생성해 반환합니다. 2가지 중에 여기서는 <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/IO/Strategies/SyncWindowsFileStreamStrategy.cs'>SyncWindowsFileStreamStrategy.cs</a>로 들어가 보겠습니다. ^^ 
 
<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;

namespace System.IO.Strategies
{
 internal sealed class SyncWindowsFileStreamStrategy : OSFileStreamStrategy
 {
 internal SyncWindowsFileStreamStrategy(SafeFileHandle handle, FileAccess access) : base(handle, access)
 {
 }

internal SyncWindowsFileStreamStrategy(string path, FileMode mode, FileAccess access, FileShare share, FileOptions options, long preallocationSize, UnixFileMode? unixCreateMode)
            : base(path, mode, access, share, options, preallocationSize, unixCreateMode)
        {
        }

internal override bool IsAsync =&gt; false;
 }
}
</pre>
 
partial이 아니므로 이번에는 대부분의 구현이 부모 클래스에 있을 텐데요, 정의를 가보면 Write 메서드의 본체를 볼 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/IO/Strategies/OSFileStreamStrategy.cs'>OSFileStreamStrategy.cs</a>

public sealed override void Write(ReadOnlySpan&lt;byte&gt; buffer)
{
    if (_fileHandle.IsClosed)
    {
        ThrowHelper.ThrowObjectDisposedException_FileClosed();
    }
    else if ((_access &amp; FileAccess.Write) == 0)
    {
        ThrowHelper.ThrowNotSupportedException_UnwritableStream();
    }

RandomAccess.WriteAtOffset(_fileHandle, buffer, _filePosition);
 _filePosition += buffer.Length;
}
</pre>
 
아쉽게도 여기가 끝이 아니군요. ^^ RandomAccess.WriteAtOffset으로 인자를 그대로 전달하는데, 이것 역시 partial 클래스로, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/IO/RandomAccess.cs'>RandomAccess.cs</a>

namespace System.IO
{
 public static partial class RandomAccess
 {
 // ...[생략]...
 }
}
</pre>
 
빌드 시 대상 플랫폼에 따라 다른 소스코드 파일과 엮이게 됩니다. 윈도우의 경우는 RandomAccess.Windows.cs 파일이 포함되는데, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// <a target='tab' href='RandomAccess.Windows.cs'>RandomAccess.Windows.cs</a>

namespace System.IO
{
    public static partial class RandomAccess
    {
        // ...[생략]...

internal static unsafe void WriteAtOffset(SafeFileHandle handle, ReadOnlySpan&lt;byte&gt; buffer, long fileOffset)
        {
            // ...[생략]...

NativeOverlapped overlapped = GetNativeOverlappedForSyncHandle(handle, fileOffset);
 fixed (byte* pinned = &amp;MemoryMarshal.GetReference(buffer))
 {
 if (Interop.Kernel32.WriteFile(handle, pinned, buffer.Length, out int numBytesWritten, &amp;overlapped) != 0)
 {
 Debug.Assert(numBytesWritten == buffer.Length);
 return;
 }

int errorCode = FileStreamHelpers.GetLastWin32ErrorAndDisposeHandleIfInvalid(handle);
 throw Win32Marshal.GetExceptionForWin32Error(errorCode, handle.Path);
 }
 }
 }
}
</pre>
 
보는 바와 같이 Kernel32.WriteFile Win32 API 호출을 바로 하고 있습니다. 즉, Span 인자로 넘긴 데이터의 복사는 발생하지 않으니 안심하고 사용하셔도 되겠습니다. ^^ 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
시작은 Write 메서드의 버퍼 복사를 살펴보려는 것이었는데, 뜻하지 않게 다중 플랫폼 지원을 추가하느라 바뀐 FileStream의 구현을 들여다보게 되었습니다. 아울러, 아래의 문서를 보면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
File IO improvements in .NET 6
; <a target='tab' href='https://devblogs.microsoft.com/dotnet/file-io-improvements-in-dotnet-6/'>https://devblogs.microsoft.com/dotnet/file-io-improvements-in-dotnet-6/</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'>
The increased amount of allocated memory comes from the abstraction layer that we have <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/runtime/pull/47128'>introduced</a> to support the .NET 5 Compatibility mode, which also helped increase the code maintainability: we now have a few separate FileStream strategy implementations instead of one with a lot of if blocks. 
</div> 
 
.NET 5까지는 Span Write 메서드에 대해 Net5CompatFileStreamStrategy 소스코드에서 확인할 수 있는 것처럼, 버퍼 복사가 이뤄집니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/runtime/blob/3d5d26181cd7bc07ea6c6f87710c14ccd043b415/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/IO/Strategies/Net5CompatFileStreamStrategy.Windows.cs'>Net5CompatFileStreamStrategy.Windows.cs</a>

private void WriteSpan(ReadOnlySpan&lt;byte&gt; source)
{
    // ...[생략]...

if (_writePos &gt; 0)
 {
 int numBytes = _bufferLength - _writePos; // space left in buffer
 if (numBytes &gt; 0)
 {
 if (numBytes &gt;= source.Length)
 {
 source.CopyTo(GetBuffer().AsSpan(_writePos));
 _writePos += source.Length;
 return;
 }
 else
 {
 source.Slice(0, numBytes).CopyTo(GetBuffer().AsSpan(_writePos));
 _writePos += numBytes;
 source = source.Slice(numBytes);
 }
 }

// ...[생략]...
    }

// ...[생략]...

// Copy remaining bytes into buffer, to write at a later date.
 source.CopyTo(GetBuffer().AsSpan(_writePos));
 _writePos = source.Length;
 return;
}
</pre>
 
그러니까, .NET 6+로 업데이트하는 것만으로도 "<a target='tab' href='https://devblogs.microsoft.com/dotnet/file-io-improvements-in-dotnet-6/'>File IO improvements in .NET 6</a>" 문서의 내용대로 성능 향상을 볼 수 있습니다.

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

</div>

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