HANDLE 구조체와 Kernel Object를 이용한 윈도우 프로그래밍

지난 포스팅에 이어 이제 본격적인 코딩에 들어가보도록 하겠습니다.

HANDLE 구조체 

HANDLE 구조체는 전 포스트에서 적혀있었다시피 Kernel object를 건드리기 위한 구조체입니다. 여러분들이 만약, 파일을 생성하거나 읽거나, 쓰거나 아니면 프로세스를 제어하는 데는 반드시 HANDLE 구조체를 사용하여 어떤 개체를 건드리고 싶은지를 명시해야 합니다.

#include <windows.h>
int _tmain(int argc, TCHAR* argv[])
{
	HANDLE hFile = CreateFile();
}

예를 들어 파일을 건드리고자 하는 경우, CreateFile API를 이용해서 기존에 있는 파일을 읽던지, 아니면 파일이 존재하지 않으면 새로 생성하여 WriteFile API를 이용해 데이터를 쓸 수도 있습니다.

#include <windows.h>
int _tmain(int argc, TCHAR* argv[])
{
	PROCESS_INFORMATION pi;
}

프로세스의 경우에는 파일처럼 단순하게 HANDLE 구조체 하나만을 사용하지 않습니다. 프로세스 아래에는 쓰레드라는 것이 존재하여 사용하기 때문에 PROCESS_INFORMATION 구조체가 HANDLE 구조체를 여럿이 사용하여 하나의 프로세스 HANDLE 구조체로 정의하여 사용하고 있습니다.

typedef struct _PROCESS_INFORMATION {
    HANDLE hProcess;
    HANDLE hThread;
    DWORD dwProcessId;
    DWORD dwThreadId;
} PROCESS_INFORMATION, *PPROCESS_INFORMATION, *LPPROCESS_INFORMATION;

PROCESS_INFORMATION 구조체의 모습입니다. PID는 String 형태, 가장 위에 존재하는 프로세스가 바로 우리가 사용할 프로세스 핸들입니다.

본격적인 코딩 

자 이제 HANDLE 구조체를 각각 어떻게 써야하는지 알았으니 이제 구체적인 코딩에 들어가보도록 하겠습니다.

저는 이렇게 코딩할 것입니다. 

1. 먼저 부모 프로세스와 자식 프로세스를 프로그래밍합니다.

2. 부모 프로세스가 자식 프로세스를 실행할 수 있도록 합니다.

3. 자식 프로세스는 File을 생성하고, 읽어서 어떤 문장을 텍스트 문서로 작성하는 프로그램을 코딩합니다.

대충 이런식으로 코딩할 것인데, 왜 이렇게 계획을 했냐면, 먼저 부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성하여 소프트웨어가 소프트웨어를 건드리기 위해 HANDLE로 어떻게 접근하는지를 이해하도록 합니다. 우리는 이를 위해 운영체제 중 프로세스가 어떤 속성을 가지고 있는지를 먼저 숙지하고 이해해야 합니다.

파일의 생성은 fopen과 거의 비슷하지만 이는 표준 함수이고, Windows API에서 사용하는 CreateFile은 핸들이 닫혓을 때를 포함하여 파일을 제어할 수 있습니다. 이 부분에 대해서 자세히 다뤄보도록 합시다.

먼저 자식 프로세스를 코딩해봅시다.

#include <tchar.h>
#include <Windows.h>

int _tmain(int argc, TCHAR* argv[])
{
	// Windows에서 제공하는 파일 생성 API
	HANDLE hFile = CreateFile(_T("neonkid.txt"), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, NULL, NULL, OPEN_ALWAYS, FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE, NULL);
	DWORD result;
	TCHAR str[30];
	LARGE_INTEGER curPtr;

	_tprintf(_T("파일 생성/읽기 완료! \n\n"));

	WriteFile(hFile, _T("Created by. neonkid"), sizeof(TCHAR) * 21, &result, NULL);
	_tprintf(_T("파일 기록 성공! \n\n"));

	curPtr.QuadPart = 0;
	SetFilePointerEx(hFile, curPtr, NULL, FILE_BEGIN);

	ReadFile(hFile, str, sizeof(TCHAR) * 20, &result, NULL);
	_tprintf(_T("파일 내용: %s\n\n"), str);

	_tprintf(_T("아무 키나 누르면 HANDLE이 닫힙니다. \n"));
	_gettch();

	// HANDLE을 다 사용하고 난 뒤에는 반드시 소멸,,
	CloseHandle(hFile);

	return 0;
}

자식 프로세스를 먼저 코딩하는 이유는 차후에 부모 프로세스에 자식 프로세스의 이름을 넣게 됩니다. 여러분들이 직접 이 프로세스가 실행하는 PID를 고정하여 부여할 수는 없으므로 Visual Studio 등에서 프로젝트를 생성할 때, 사용한 이름으로 프로세스 이름이 만들어지게 됩니다.

파일을 다룰 떄는 여러가지 속성이 부여됩니다. 여러분들이 작성한 프로그램에서 주어진 파일을 오직 읽기만 가능하게 할 것이냐, 쓰기도 포함할 것이냐를 정할 수가 있습니다. CreateFile API에서 GENERIC_READ는 읽기 속성 부여, GENERIC_WRITE는 쓰기 속성을 부여해줍니다.

OPEN_ALWAYS는 파일이 있으면 그 파일을 열고, 없으면 새로 생성하라는 이야기입니다. 여러분들의 자유입니다.

FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE는 해당 핸들이 닫히거나 소멸될 경우, 파일도 같이 소멸하는 옵션입니다.

마지막으로 CloseHandle을 넣어줬습니다. 이 파일은 더 이상 이 프로세스가 접근을 하지 않겠다는 약속입니다. 이 커맨드 이후에는 더 이상 이 프로세스가 파일을 제어할 수가 없습니다. 

#include <tchar,h>
#include <windows.h>

int _tmain(int argc, TCHAR* argv[])
{
	STARTUPINFO si = { 0, };
	PROCESS_INFORMATION pi;		// TargetProcess.exe HANDLE
	si.cb = sizeof(si);
	BOOL state;

	// Move directory path
	SetCurrentDirectory(_T("D:\\Users\\ubase\\Documents\\Visual Studio 2015\\Projects\\CreateFileProcessSample\\Debug\\"));

	TCHAR command[] = _T("CreateFileProcessSample.exe");	// Run Process Command,,

	state = CreateProcess(NULL, command, NULL, NULL, TRUE, CREATE_NEW_CONSOLE, NULL, NULL, &si, &pi);

	if (state != 0)
	{
		_fputts(_T("Create Success !! \n"), stdout);
		return 0;
	}

	else
	{
		_fputts(_T("Create Failed....."), stdout);
		return -1;
	}

	return 0;
}

부모 프로세스의 코드입니다. 부모 프로세스는 자식 프호세스를 생성해야하는 역할을 하고 있기 때문에 해당 프로세스에 대한 정보가 필요합니다. 그것이 바로 프로세스 핸들이죠.

프로세스에 대한 정보 중 가장 필수로 있어야할 것은 바로 STARTUPINFO입니다. 이는 프로세스의 시작 정보인데요. 시작 정보라고 하면, 윈도우에서 프로세스 창의 크기, 혹은 위치 등을 이야기하는 것인데, 이것 외에도 중요한 것이 많습니다.

그 다음에 생성할 것이 바로 프로세스 핸들입니다. PROCESS_INFORMATION 구조체를 이용해 생성하면 됩니다. 

제가 별도로 SetCurrentDirectory라는 API를 주었는데 이 이유는 여러분들도 아마 Visual Studio를 이용해 코드를 작성할 것이고, 그렇다보면 실행 파일이 두 프로젝트로 갈리게 될 것입니다. 이를 위해 현재 프로세스의 경로를 변경해 쉽게 실행할 수 있도록 해줍니다. (번거롭다면 아예 command 변수에 몽땅 경로까지 넣는 방법도 ㅎㅎ)

실행을 하면 이렇게, 부모 프로세스에서 정상적으로 생성이 성공되었다는 메시지와 함께 자식 프로세스가 생성되어집니다.

아 그리고, 제가 일부러 HANDLE 닫힘 메시지와 함께 getch() 함수를 준 것은 제가 CreateFile API 옵션에 FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE을 주었기 때문입니다. 여러분들이 만약 파일이 정상적으로 생성되었는지를 확인해보시려면, 해당 프로세스가 계속 실행된 상태에서 프로젝트 경로에 들어가보시게 되면 파일이 생성되었음을 확인할 수 있습니다.

더불어 프로세스를 종료하면 당연히 핸들이 소멸되므로 생성된 txt 파일은 삭제됩니다 ^^;

프로세스가 실행 중에는 해당 파일에는 다른 프로세스가 접근할 수 없습니다. 그러므로 혹시 본인이 직접 해당 내용을 확인하고 싶다면 옵션을 바꾸어서 코드를 빌드해보고 실행해 보시길 바랍니다.

마치며...

제가 블로그에서 작성한 여러 포스트 중 가장 작성하기 어려운 포스트 중에 하나였다고 생각합니다. 물론 제가 다시 이 글을 천천히 읽어봐야겠지만 아마 초보자분들이 이해하기는 굉장히 어려운 내용이 아닐까 생각합니다.

아 마치면서.. 한 가지 제가 마저 못한 이야기를 하고자 합니다.

무엇이냐면 아까 CreateFile API에서 HANDLE이 소멸됨을 제어할 수 있는 인자값이 존재했었는데요. 윈도우 커널 오브젝트는 UC라는 것이 존재합니다. 이 UC는 무엇이냐면 해당 핸들을 사용하는 프로세스 혹은 핸들의 갯수입니다.

예를 들어서, neonkid.txt 파일에 대한 핸들을 현재 하나의 프로세스가 사용합니다. 바로 위에서 자식 프로세스죠. 반대로 자식 프로세스의 핸들은 부모 프로세스가 사용하기 때문에 UC가 각각 1입니다. 

CloseHandle API를 사용하여 자식 프로세스처럼 neonkid.txt 파일에 대한 핸들 테이블 연결을 해제하게 되면 더 이상 자식 프로세스는 neonkid.txt 파일에 접근할 수 없게 됩니다. 왜냐면 이 코드를 통해서 자식 프로세스는 neonkid.txt 파일에 대한 핸들 정보가 아예 소멸되기 때문입니다.

이것이 소멸됨과 동시에 UC는 0이 되고 UC가 0이 되면 FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE에 의해 neonkid.txt 파일 또한 컴퓨터에서 영원히 휴지 조각이 되는 것입니다.

내용은 어렵지 않지만 이해하기가 매우 어려운 내용이므로 반드시 프로세스와 파일에 대한 공부를 충분히 익히신 후 보는 것을 권장합니다.