1. Windows via C/C++
Chapter 17. 메모리 맵 파일
주영찬

2. 메모리 맵 파일이란?
 가상 메모리처럼 주소 공간을 예약
 예약된 영역에 물리적 저장소를 커밋
 가상 메모리와의 차이점
 시스템 페이징 파일 대신 디스크 상에 존재하는 파일을 물
리적 저장소로 사용

3. 메모리 맵 파일의 사용 목적
 Exe 나 DLL 파일을 실행
 디스크에 있는 데이터에 접근
 동일 머신 상의 다수의 프로세스간 데이터 공유

4. 메모리 맵의 장점
http://msdn.microsoft.com/en-
us/library/ms810613.aspx
 프로세스가 파일 데이터를 메모리로서 바라보기 때문에 시스템 콜을 할 필요가 없음
 큰 파일을 다룰 시 필요한 부분만을 실제 메모리에 올려놓으므로 많은 양의 메모리를 소
비하지 않아도 됨

5. 실행 & DLL 파일과 메모리 맵
 CreateProcess 절차
 CreateProcess 함수의 매개변수로 전달된 EXE 파일 검색
 새로운 프로세스 커널 오브젝트 생성
 새 프로세스를 위한 전용 주소공간 할당
 EXE 파일을 수용할 수 있을 정도의 충분한 영역을 주소 공
간 내에 예약
 예약된 영역에 사용할 물리적 저장소로 EXE 파일 자체를
지정 (페이징 파일 X)

6.  EXE 파일 내에서 사용되는 DLL 로드 절차
 DLL 파일을 위한 충분한 영역을 주소 공간 내에 예약
 DLL이 선호하는 시작 주소에 이미 다른 DLL이나 EXE 파
일이 로드되어 있다면 다른 영역을 찾음
 재배치 관련 정보가 없다면 Fail
 재배치 작업을 위해선 시스템 페이징 파일에 추가적인 저장소를
필요로 하게 되고, 더 많은 시간을 소모하게 됨
 예약된 영역에 매핑할 물리적 저장소로 디스크 상의 DLL
파일 자체를 지정 (재배치 시에는 페이징 파일에 매핑)

7. 매핑 작업 완료 이후…
 시스템이 페이징, 버퍼링, 캐싱과 관련된 모든 작업을
직접 관리
 아직 로드되지 않은 주소 공간으로 점프를 수행하면 폴트
발생
 시스템이 폴트를 인지하고 자동으로 파일 이미지를 램의
페이지로 로드
 해당 램 페이지를 적절한 프로세스 주소 공간에 매핑
 이후 스레드 수행 재개

8. 하나의 실행 이미지에 대한 여러 인스턴스 생성
EXE 파일 :
코드 + 데이터

9. Copy-on-Write

10. 여러 인스턴스 사이의 정적 데이터 공유
 모든 EXE와 DLL의 인스턴스는 섹션들의 집합이다
 .text : .exe나 DLL 코드 (execute / read)
 .data : 초기화된 데이터 (read / write)
 .bss : 초기화되지 않은 데이터
 .debug : 디버깅 정보
…
 섹션 특성
 READ / WRITE / EXECUTE / SHARED(카피 온 라이트
X)

11. 사용자 정의 섹션
#pragma data_seg(“SectionName”)
Ex)
#pragma data_seg(“Shared”)
LONG g_lInstanceCount = 0;
LONG g_lInstanceCount2;
__declspec(allocate(“Shared”)) ind d;
#pragma data_seg()
- 기본적으로는 초기화된 변수만 섹션 내에 추가됨
- 링크 단계에서 링커 스위치를 이용하여 특정 섹션을 공유시킬 수 있음
/SECTION:name, attributes (EX : /SECTION:Shared, RWS)

12.  임의 공유 섹션의 문제점
 잠재적으로 보안에 취약
 다른 프로그램이 DLL을 로드하는 것을 막을 수 없음
 특정 애플리케이션에서 발생한 에러가 다른 애플리케이션
에 직접적인 영향을 줄 수 있음

13. 공유 섹션 예제
#pragma data_seg(“Shared”)
Volatile LONG g_lApplicationInstances = 0;
#pragma data_seg()
// 코드 내에 링커 스위치를 포함시키는 방법
#pragma comment(linker,
“/Section:Shared,RWS”)
InterlockedExchangeAdd(&g_lApplicationInstances, 1); // 프로그램 진입 시
InterlockedExchangeAdd(&g_lApplicationInstances, -1); // 프로그램 종료
시

14. 메모리 맵 데이터 파일
 파일의 내용을 바이트 단위로 뒤집는 4가지 방법
 한 개의 파일, 한 개의 버퍼
 파일 크기 만큼의 메모리 공간 필요
 파일 저장 시 수행이 중단 되면 기존 파일 내용 손상
 두 개의 파일, 한 개의 버퍼
 기존 파일을 열고, 동시에 새로운 파일을 생성
 작은 버퍼를 할당하여 기존 파일의 끝에서부터 특정 바이트만큼
읽어서 뒤집은 후 새로운 파일에 저장
 이러한 작업을 기존 파일의 시작에 다다를 때까지 반복
 단점 : 기존 파일 만큼의 디스크 공간이 추가로 필요, 작업 수행
속도 저하(파일 포인터 이동/읽기/뒤집기/쓰기)

15.  한 개의 파일, 두 개의 버퍼
 두 개의 작은 버퍼를 할당하고 하나는 앞, 다른 하나는 뒤에서부터
차례로 특정 바이트 만큼 읽어들인다.
 앞의 내용을 저장한 버퍼의 데이터를 뒤쪽에 덮어쓰고, 뒤의 내용을
저장한 버퍼의 데이터는 앞쪽에 덮어쓴다.
 한 개의 파일, 버퍼 X
 메모리 맵 파일을 이용하여 파일을 열고 가상 주소 공간 상에 영역
을 예약
 파일의 첫번째 바이트와 예약된 영역의 첫번째 위치를 매핑
 C 런타임 라이브러리의 _tcsrev 함수 호출
 단점 : 갑작스럽게 중단될 시 데이터 소실 가능성이 있음

16. 메모리 맵 파일 사용하기
 사용 시
 메모리 맵 파일을 사용할 디스크 상의 파일을 나타내는 파
일 커널 오브젝트 생성
 파일의 크기와 접근 방식을 고려하여 파일 매핑 커널 오브
젝트 생성
 프로세스의 주소 공간 상에 파일 매핑 오브젝트의 전체나
일부를 매핑
 해제 시
 프로세스의 주소 공간으로부터 파일 매핑 오브젝트 매핑
해제
 파일 매핑 커널 오브젝트를 닫음
 파일 커널 오브젝트를 닫음

17. 파일 커널 오브젝트 생성
 CreateFile 사용
 391쪽 “CreateFile에 대한 세부사항 검토” 참조
 GENERIC_READ
 GENERIC_READ | GENERIC_WRITE
 시스템에게 파일 매핑을 수행할 파일의 물리적 저장
소의 위치를 알려줌

18. 파일 매핑 오브젝트 생성
 CreateFileMapping 사용
 파일의 핸들
 페이지 보호특성
 PAGE_READONLY / PAGE_READWRITE /
PAGE_WRITECOPY / PAGE_EXECUTE_READ /
PAGE_EXECUTE_READWRITE
 섹션 특성
 SEC_NOCACHE | SEC_IMAGE | SEC_RESERVE |
SEC_COMMIT | SEC_LARGE_PAGES
 파일 크기
 파일 사이즈(최대 16EB)
 파일 매핑 오브젝트명
 다른 프로세스에서 공유 가능(3장 커널 오브젝트 참고)

19. 파일 데이터를 프로세스의 주소 공간에 매핑
 MapViewOfFile 사용
 파일 매핑 오브젝트의 핸들
 접근 권한
 FILE_MAP_WRITE / FILE_MAP_READ /
FILE_MAP_ALL_ACCESS / FILE_MAP_COPY /
FILE_MAP_EXECUTE
 오프셋(시스템 할당단위의 배수, Windows는 64kb)
 매핑할 데이터의 양
* FILE_MAP_COPY 플래그 사용 시 시스템 페이징 파일로
부터 물리적 저장소를 커밋하고, 뷰의 내용에 대한 수정 시
도 시 copy-on-write 기능 수행

20. 프로세스의 주소 공간으로부터 파일 데이터에 대
한 매핑 해제
 UnmapviewOfFile 사용
 파일 매핑 오브젝트의 핸들
* 파일 데이터의 페이지를 버퍼링하기 때문에 매핑된 뷰
의 내용을 변경 시 즉각 파일에 반영되지는 않음
- FlushViewOfFile 함수를 사용하여 강제 저장 가능
(p.624 참조 – 리모트 서버 저장소 관련 문제,
FILE_MAP_COPY 플래그 처리)

21. 파일 뒤집기 예제

22. 메모리 맵 파일을 이용하여 큰 파일 처리
 16EB 파일 전체를 주소 공간에 매핑하는 것은 불가능
 파일 데이터의 일부분을 나타내는 뷰를 주소 공간에
매핑 -> 해제 -> 다음 부분 매핑하는 방식으로 처리 가
능

23. 메모리 맵 파일과 일관성
 단일 파일 매핑 오브젝트에 여러 개의 뷰를 이용하여
매핑하는 경우 파일 데이터에 대한 일관성이 유지됨
 서로 다른 프로세스에서 동일 파일 매핑 오브젝트를 이용
하여 뷰를 매핑하였을 경우 데이터 공유 가능
 단일 데이터에 대한 여러 개의 파일 매핑 오브젝트를
생성한 경우에는 일관성 유지 X

24. 메모리 맵 파일의 시작 주소 지정하기
 MapViewOfFileEx 사용
 마지막 인자로 pvBaseAddress(파일을 매핑하고자 하
는 메모리의 시작 주소)를 전달하는 것을 제외하면
MapViewOfFile과 동일
 EX) 메모리 맵 파일에 링크드 리스트를 구성하고, 이
를 다른 프로세스와 공유하는 경우

25. 페이징 파일을 이용하는 메모리 맵 파일
 CreateFileMapping 함수에서 첫번째 인자로
INVALID_HANDLE_VALUE를 전달
 페이징 파일 내에 메모리 맵 파일 생성
 주의)
HANDLE hFile = CreateFile(…):
HANDLE hMap = CreateFileMapping(hFile, …);
- hFile이 NULL일 경우 의도하지 않은 결과를 초래

26. 메모리 맵 파일 공유 예제

27. 스파스 메모리 맵 파일
 CreateFileMapping 함수를 호출할 때
SEC_RESERVE 플래그를 사용
 프로세스의 주소 공간 상에 영역을 예약(Commit X)
 공유된 영역에 대한 물리적 저장소 커밋은
VirtualAlloc를 이용

28. 스파스 메모리 맵 파일 예제

29. 감사합니다