DllMain 이야기

Windows 운영체제에 실행 바이너리로는 잘 알다시피 EXE와 DLL이 있다.
EXE에 시작 지점이 WinMain이 있듯, DLL에는 DllMain이라는 시작 지점이 있어서 간단한 자신의 시작과 종료 같은 이벤트 통지를 받아서 초기화/마무리 작업을 할 수 있다. 이건 static library에는 없는 개념이다.

이 함수는 export table의 이름이나 ordinal로 탐색하는 게 아니라, PE 실행 파일 헤더 차원에서 주어져 있는 entry point의 주소로 진입하는 것이기 때문에 이름이 딱히 export되어 있지 않아도 된다.
물론 요즘 DLL은 코드 셔틀뿐만 아니라 리소스 셔틀의 역할도 많이 하기 때문에(특히 다국어 지원용!) 데이터만 추출한다는 플래그를 주고 LoadLibraryEx를 호출했거나 DLL 자체가 리소스 전용으로만 만들어졌다면 그런 DLL은 DllMain 함수가 없거나, 있더라도  실행되지 않는다.

실행 파일은 자신이 말 그대로 실행 주체이기 때문에 WinMain 함수의 리턴이 곧 해당 프로세스의 종료를 뜻한다. 그러나 DLL은 어떤 함수 호출이 있을 때에만 그때 그때 실행되는 형태이기 때문에 DllMain도 이벤트만 받고는 금세 리턴된다는 차이가 있다. 즉, 이런 점에서 DllMain은 WinMain보다는 윈도우 프로시저와 더 비슷한 형태이다.

DLL이라는 단어 자체가 대문자 이니셜이긴 하지만, 일단 C/C++ 컴파일러가 링크 때 참조하는 명칭은 DLLMain이 아니라 DllMain이다. L은 소문자로 쓰니 스펠링을 혼동하지 않도록 주의하자.
함수의 인자로는 자기 자신의 인스턴스(모듈) 핸들, 그리고 호출 이벤트(DWORD fdwReason)와 부가 인자(PVOID)가 들어오며, 리턴값은 BOOL이다.

이벤트는 4가지 종류가 있다.
일단, DLL이 처음 로딩되어 어떤 프로세스에 붙었을 때(DLL_PROCESS_ATTACH), 그리고 반대로 종료될 때(*_DETACH) 두 가지 경우가 당연히 포함된다. 이것은 LoadLibrary 내지 FreeLibrary 같은 런타임 동작으로 인한 결과일 수도 있고, 아니면 실행 파일의 import 테이블 차원에서 로딩되거나 해당 프로세스가 종료되어 딸린 DLL들이 모두 일괄 종료되는 경우일 수도 있다.

그 다음으로 DLL들은 특별히 그 프로세스 안에서 스레드가 새로 생성되거나 종료되었을 때도 통지를 꼬박꼬박 받는다. DLL_THREAD_ATTACH와 *_DETACH. 이건 응당 16비트 시절에는 없다가 나중에 새로 생긴 정보일 것이다. 그리고 당연한 말이지만 그 생성되거나 소멸되는 스레드의 실행 문맥으로 함수가 호출되므로 GetCurrentThreadId 같은 함수로 지금 스레드 ID 따위를 쉽게 조회해 볼 수 있다.

다만, 이 통지는 이 DLL이 로딩되기 전부터 이미 존재하던 스레드에 대해서는 오지 않으며, 스레드가 하나씩 차례대로 종료되는 게 아니라 메인 스레드가 실행이 끝나서 프로세스의 스레드들이 죄다 한꺼번에 종료될 때는 스레드별로 detach 통지가 오지 않는다. 그러므로 실행 중인 모든 스레드를 한데 조회하는 건 다른 API를 써서 해야 하며, 스레드별로 만들어 뒀던 리소스를 한꺼번에 해제하는 건--가령, 스레드별로 TLS 슬롯들이 가리키는 추가 할당 메모리-- *_PROCESS_DETACH 에다가도 마련해 둬야 한다.

DllMain의 추가 인자는 사실상 *_PROCESS_DETACH일 때에만 쓰인다.
이 DLL이 FreeLibrary로 인해서 레퍼런스 카운트가 0으로 떨어져서 동적으로 해제되는 것이면 추가 인자에는 0이 들어오고, 그렇지 않고 호스트 프로세스가 종료되면서 자명한 이유로 인해 같이 해제되는 것이면 1이 들어온다.
그렇기 때문에 *_PROECSS_DETACH일 때 어떤 값이 들어오느냐에 따라 혹시 모듈의 reference count leak가 있지는 않았는지를 체크할 수 있다.

운영체제가 기본 제공하는 시스템 DLL을 쓰는 게 아닌 이상, 내 EXE에서 쓰는 내 custom DLL은 대부분 동적으로 읽어들이고 해제하는 게 일반적이다. (delay-load 포함) 그런데 한번 읽었던 동일 DLL에 대해 자꾸 LoadLibrary를 반복 호출하면 해당 DLL의 레퍼런스 카운트가 증가하기 때문에 나중에 FreeLibrary를 한 번만 했을 땐 메모리에서 해제가 되지 않게 된다. 그 즉시 DLL_PROCESS_DETACH에 0이 들어오면서 DLL이 해제가 되지 않는다면 어딘가에 버그가 있다는 뜻이다.
결국 프로세스가 종료될 때가 돼서야 궁극적으로 해제가 되긴 하지만(이때는 1이 들어옴), 어쨌든 이런 것도 넓은 의미에서는 memory leak이 되는 셈이다. COM 오브젝트의 레퍼런스 카운트 관리와 완전히 똑같은 문제다.

*_PROCESS_ATTACH일 때에도 추가 인자에는 LoadLibrary에 의한 동적 로드일 때는 0, 그렇지 않고 import 테이블에 의한 정적 로드일 때는 1이나 이에 준하는 nonzero 값이 온다고는 하는데 본인은 그건 확인을 못 해 봤다.
그리고 DLL의 입장에서는 자신이 어떤 방식으로 로드되느냐에 따라 딱히 달리 동작하거나 자신의 로딩 방식을 굳이 알아야 할 일은 거의 없다.
이것 말고 단순히 스레드 생성/소멸 통지 때는 추가 인자는 쓰이지 않고 그냥 0만 온다.

한편, DllMain 함수의 리턴값은 일반적으로는 쓰이지 않고 1을 되돌리든 0을 되돌리든 무시된다.
이게 쓰이는 단 한 가지 상황은 *_PROCESS_ATTACH 때로, 이때는 함수가 TRUE를 되돌려야 DLL의 로딩이 성공한 것으로 간주된다. 안 그러면 이 DLL의 로딩은 거부되며 LoadLibrary의 리턴값은 NULL이 된다.

과거에 Visual C++이 2005와 2008 시절에 CRT와 MFC 라이브러리에 대해서 side-by-side assembly 방식을 강제 적용해서 이 방식으로 DLL이 로딩되지 않으면 로딩을 거부하곤 했는데, 그것 판단을 DllMain 함수에서 했다. 즉, 자신이 단순히 EXE와 같은 디렉터리나 운영체제 시스템 디렉터리에 있어서 로딩이 된 것이라면 DllMain이 고의로 FALSE를 되돌렸던 것이다.

그리고 중요한 점으로는.. DllMain의 *_PROCESS_* 실행 시점은 C++ 프로그램으로 비유하자면 main 함수가 실행되기도 전에 전역 클래스 객체의 생성자 내지 소멸자 함수가 실행된 것과 같다.
범용적인 DLL는 정말 기상천외한 EXE에 붙을 수도 있으며 DllMain의 호출 시점은 주변의 다른 DLL들이 모두 제대로 로딩 됐다고 장담할 수가 없는 때이다. 그렇기 때문에 이때는 다른 복잡한 초기화를 하지 말고 가능한 한 우리의 영원한 친구인 kernel32에 있는 함수만 호출해야 한다.

DllMain에서 할 만한 좋은 작업의 예로는 TLS 슬롯 할당, heap, 뮤텍스, 크리티컬 섹션, memory mapped file 같은 커널 오브젝트의 간단한 초기화 정도이다. 그 외에 user32나 gdi32까지 가는 작업은 권장되지 않으며 하물며 레지스트리나 COM/OLE 같은 시스템을 건드리는 정도만 되면 절대 금지이다.

이 함수 안에서 또 다른 DLL을 연쇄적으로 불러들이거나 해제하는 작업도 금물이다. 그게 가능하다면 참 편할 것 같지만 운영체제의 입장에서는 예측할 수 없는 엔트로피를 키우는 일이며 데드락을 야기할 수 있다. (특히 상호간에 LoadLibrary를 하는 경우는..?? =_=) 완전히 같은 예는 아니지만 생성자 안에서 가상 함수를 호출하는 게 왜 금지되어 있는지를 생각해 보자.

그러니 더 복잡하고 정교한 초기화나 마무리 작업은 DllMain에서 하지 말고, 함수를 따로 만든 뒤에 이 DLL의 사용자로 하여금 그걸 별도로 호출하게 해야 한다.
윈도우 컨트롤을 제공하는 DLL이라면 그냥 LoadLibrary를 하는 순간에 컨트롤의 윈도우 클래스들이 자동으로 등록돼 버리면 좋겠지만, 일단은 윈도우 클래스도 user 계층 관할이기 때문에 초기화를 별도의 함수에서 하는 게 바람직하다.

CWinApp 개체가 존재하는 MFC 확장 DLL의 경우, InitInstance와 ExitInstance가 호출되는 타이밍이 역시 DllMain이다. 그 때밖에 기회가 없으니 어찌 보면 당연한 얘기이다. 그러니 그때에도 사용하는 함수에 동일한 제약을 적용하여 주의해야 한다. 이건 Lyn 님의 블로그에서 발견한 정보임을 밝힌다. ^^

끝으로, 스레드와 관련하여 하나만 더 첨언하고 글을 맺겠다.
*_PROCESS_* 메시지야 어느 DLL에게나 자신의 생명 주기를 알리는 필수불가결한 메시지이겠지만, *_THREAD_*의 경우는 그렇지 않다. 모든 DLL들이 스레드 생성이나 소멸을 일일이 통보 받아야 할 필요는 없다.
그렇기 때문에 스레드 통보를 받을 필요가 없는 DLL은 DisableThreadLibraryCalls라는 함수를 호출함으로써 *_THREAD_*를 받지 않겠다고 운영체제에다 알려 주는 게 조금이나마 성능 향상에 도움이 된다.

얘는 물론 DllMain에서 곧장 호출해도 안전한 kernel32 함수이다. 수시로 켰다 껐다 할 필요가 있는 옵션이 아니어서 그런지, 한번 지정만 하고는 끝이다.
개인적으로는 이런 간단한 정보는 DllMain + DLL_PROCESS_ATTACH의 리턴값 플래그로 접수하는 게 좋지, 굳이 별도의 함수로 만들 필요가 있었나 싶은 생각이 든다. 리턴값이 0이면 로드 거부, 1이면 로드 허용, 2이면 로드 허용하되 앞으로 이 DLL은 스레드 통지는 안 함 정도로. 하지만 함수가 저렇게 만들어져 버렸으니 프로그래머의 입장에서는 그걸 적절히 사용만 하면 되겠다.

다만 C 라이브러리를 static 링크하는 DLL은 저 함수를 사용하지 않는 게 좋다. 자기는 스레드 통지를 사용하지 않더라도 배후의 CRT가 스레드 통지를 내부적으로 활용하기 때문이다. 물론 CRT를 DLL 링크하는 DLL에 대해서는 이런 제약이 적용되지 않는다.
그렇기 때문에 한 소스에 대해 CRT를 static/DLL 여러 방식으로 빌드하는 DLL이라면 #ifdef _DLL에 따라서 DisableThreadLibraryCalls 또는 __noop으로 대응하는 매크로 함수를 만들어 사용하는 게 바람직하다.

Posted by 사무엘

2015/04/28 08:20 2015/04/28 08:20
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