컴퓨터로 뭔가 input을 받아들여서 output을 내는 나만의 프로그램을 개발한다면, 그 결과물이 단순히 화면으로만 잠깐 나타났다가 사라지는 걸 원하지는 않을 것이다. 꼭 프린터로 출력까지는 아니더라도 파일로 저장하여 사용자의 컴퓨터에 (반)영구적으로 남는 정도는 가능해야 할 것이다.

일반적인 텍스트/그림 파일뿐만이 아니라 내 프로그램만이 인식할 수 있는 고유한 파일 포맷을 제정하고, 그 포맷이 널리 쓰이게 되는 것은 분명 해당 파일 포맷을 만든 사람에게는 기분 좋은 일일 것이다. 새로운 이미지 파일 포맷이라든가 압축 파일 포맷처럼 말이다. 본인의 경우는 <날개셋> 한글 입력기의 글쇠배열/입력 설정 파일이 이런 창조물의 범주에 속하게 됐다.

파일 포맷이라는 건 지금 당장 공간 낭비 없이 읽고 쓰기 빠르게 만드는 효율도 중요하지만, 범용성과 확장성도 대단히 중요하다. 지금 만들고 있는 프로그램이 구조와 기능이 앞으로 어떻게 바뀔지 알 수 없기 때문이다. 마치 프로그래밍 언어가 하드웨어 친화와 사용자 친화라는 양 이념 사이의 tradeoff로 떨어지듯, 파일 포맷도 위의 두 이념 사이의 tradeoff를 고려하여 제정된다.

또한 파일 포맷은 거의 필수적으로 앞부분에 헤더가 들어간다. 이 파일이 요런 파일 포맷으로 된 파일이라는 것을 나타내며, 헤더가 일치하지 않으면 파일을 더 읽지 말고 에러를 출력하라는 일종의 배려이다. 헤더의 앞에는 식별자가 있는데, 요것이 또 파일 포맷마다 아주 개성이 넘쳤다. 도스 실행 파일(EXE)은 MZ, ZIP 압축 파일은 PK 등.

도스에서 파일의 내용을 보여주는 type 명령은 end-of-file을 나타내는 아스키 문자인 0x1A를 만나면 뒷부분에 텍스트가 더 있어도 표시를 멈췄기 때문에, 파일 시그니처의 끝에다가도 저 문자를 넣어 주는 게 일종의 센스쟁이 관행이었다. 딱 HWP Document File v3.0 요까지만 출력하고 멈추게 할 수 있으니까 말이다. 0x1A는 10진수로 26인데, 이것이 바로 지금도 copy con 다음에 종결을 위해 입력하는 Ctrl+Z와 대응한다. Z는 알파벳 26째 마지막 문자이니까 말이다.

PNG 그래픽 파일은 이 시그니처를 상당히 머리를 써서 만든 것으로 잘 알려져 있다. 마냥 텍스트 파일로 오인하지 않게 의도적으로 맨 앞은 0x89라고 128보다 큰 문자를 집어넣고, 그 다음 PNG를 찍고 줄 바꿈 문자를 찍은 뒤 0x1A로 종결시킨다.

옛날에 아래아한글이 도스용으로 1~2.x 버전이던 시절엔 이런 미래 확장 가능성을 꼼꼼히 설계를 안 했는지 파일 포맷이 수시로 바뀌어서 하위 호환성이 깨지곤 했다. 뭐, 2.1 때는 최초로 압축 저장 기능이 생겼고 도중에 암호 체계가 뚫리는 해프닝이 있어서 불가피하게 포맷이 바뀌어야 하기도 했지만 말이다.
그나마 3.0 포맷이 도스와 Windows 공용으로 무려 97 버전까지 변경 없이 잘 쓰이다가 그래도 지금은 무려 워디안 이래로 포맷이 바뀌지 않고 꿋꿋이 잘 나가고 있다. 안정화가 됐다.

그런 최소한의 융통성을 갖춘 파일 포맷을 만들려면, 결국 어떤 용도의 포맷을 만들든지간에 버전 정보를 남기고 섹션, 구획(혹은 chunk)을 설정하는 정도의 추상화는 공통으로 필요하다. 내가 아는 chunk의 정보만 읽어들이고 모르는 건 무시할 수 있게, 하위 호환이 되게 말이다. PE라고 불리는 Windows용 실행 파일에서도 이런 구획이 있고(text, rdata, data, rsrc 등), TTF 폰트 파일에도 내부에 구획이 있다(cmap, glyf, head 등). 미디(mid) 음악 파일도 온갖 구획들이 합쳐진 컨테이너 포맷이다.

그렇게 외부에서 구획을 표현하는 방식은 파일 알멩이 포맷 이전에 껍데기 '컨테이너' 포맷이라는 공통 규격으로 바뀌는 게 요즘 추세이다. 매 프로그램마다 GUI 프로그래밍을 제각각 할 필요가 없듯, 껍데기를 일일이 새로 만들 필요는 없으니 말이다. 무손실 압축 파일 포맷도 컨테이너와 압축 알고리즘을 분리해서 생각하는 건 상식 중의 상식이고, 손실 압축 알고리즘의 각축장인 동영상/소리 파일 포맷도 컨테이너와 내부 컨텐츠 포맷은 계층이 분리돼 있다.

컨테이너는 아예 human-readable한 텍스트 방식과, 그것보다는 성능을 더 중요시한 바이너리 방식 둘로 나뉜다.
텍스트는 xml이 대세를 평정하는가 싶었는데 요즘은 json도 급부상하고 있다. json은 프로그래밍 언어에서 배열이나 튜플 같은 복합 자료형을 표기하는 방식을 그대로 가져왔다는 점이 무척 참신하다. 배열스러운 나열과 key-value 형태의 데이터를 모두 표기할 수 있으며, 그 덕분에 바이너리 덤프 같은 것도 xml보다는 덜 부담스럽게 집어넣을 수 있고 공간 효율도 더 좋다.

바이너리 차원에서의 컨테이너 포맷으로 요즘 굉장히 많이 쓰이는 건 zip 압축 포맷이다. 수많은 압축 알고리즘들이 존재하지만 역시 오픈소스 앞에서는 답이 없다. zip이 세상을 평정했다. 가장 친숙하게는 MS Office 2007 이후의 문서 파일 포맷, 그리고 오픈오피스 문서 파일 포맷이 내부적으로는 zip 압축 파일이다. Java의 jar 라이브러리, 그리고 안드로이드 adb 패키지도 zip이다.

다만, 저런 프로그램들은 zip 안에다가 자기 방식으로 고유한 메타데이터도 집어넣곤 한다. 그렇기 때문에 이들 파일의 압축을 풀었다가 다시 압축을 했다고 해서 그것들이 해당 오피스 문서나 패키지로 인식되지는 않는 경우가 많다.

멀티미디어 파일 포맷 중에는 avi/wav가 동일하게 RIFF(리소스 교환 파일 포맷)라는 컨테이너 기반이다.
한편 Windows 세계에서는 의외로 많이 쓰이는 공용 바이너리 컨테이너 포맷이 있는데.. 그것은 바로 OLE Compound Binary이다. 이름에서 알 수 있듯이 바이너리 규격에서 여러 프로그래밍 규격들의 통일을 시도했던 OLE/COM 기술과 역사를 같이하는 포맷인 것 같다. 난 잘 모르겠지만 아마 이 파일을 읽고 쓰는 I*** 하는 인터페이스 API도 있으리라 여겨진다.

이 방식의 파일은 D0 CF 11 E0 A1 B1 1A E1이라는 8바이트짜리 시그니처로 시작한다. 의도적으로 128 이하의 텍스트나 제어 문자는 제외한 듯하다. 그리고 앞부분엔 0xFF 문자가 수십~수백 개 나온다.
MS Office가 2007 버전이 등장하기 전에 재래식 doc/xls/ppt가 이 컨테이너 하에서 자기 데이터를 저장하곤 했다. 그리고 지금도 일반적으로는 xml+zip 기반의 docx/xlsx/pptx이지만 암호를 걸어서 저장하면 여전히 예전처럼 이 compound binary를 사용한다. 이건 그리 널리 알려져 있지 않을 것이다.

엑셀의 경우 대용량의 데이터를 빠르게 저장하기 위해 예외적으로 xml 대신 바이너리 포맷을 쓰는 xlsb도 지원하긴 하는데, 이때에도 컨테이너는 여전히 zip이다.
하지만 암호를 걸면 xls든 xlsb든 동일하게 컨테이너가 저 OLECB 방식으로 회귀한다.

OLECB는 Office 문서에서만 쓰이는 게 아닌 범용적인 컨테이너 포맷이기 때문에 Windows의 내부에서는 thumbs.db에서도 쓰이고 심지어 msi 패키지도 이 방식으로 만들어져 있다.
국내에서는 아래아한글이 워디안 이후 새로운 hwp 포맷이 이 컨테이너를 사용하는 중이다. 몇 년 전에 hwp 파일의 포맷이 부분적으로나마 공개되면서 요 방식도 같이 주목받은 편이었다. 워디안의 개발 당시에 OLECB를 사용하기로 한 것은 21세기에 아래아한글의 향후 행로를 결정한 매우 중대한 결정이었을 것이다.

파일 포맷이란 건 한번 정해지고 그게 대중화돼 버린 뒤에는 마치 전기 전압이나 교통수단의 통행 방향처럼 다른 방식으로 덥석 고치기가 거의 불가능하다. 프로그램의 구조가 아주 간단하고 기능 구현만 빨랑 해야 할 때는 숫자/문자열 몇 개를 덥석 텍스트 형태로 덤프하거나, 구조체가 차지하는 메모리 형태를 파일로 통째로 써 버렸을지 모른다. 하지만 그 파일을 남과 주고받게 되고 프로그램을 지속적으로 발전시켜야 한다면 본격적으로 파일 포맷을 고민해야 하는 날이 온다.

이걸 처음에 신중하게 생각을 안 하면 파일 포맷은 legacy들이 가득한 누더기가 돼 가고, 참다못해 파일 포맷을 다 갈아엎게 되고 그러면서 사용자들로부터 욕도 먹을 것이다. 컴터쟁이 프로그래머로서 파일 포맷은 참 재미있는 주제인 것 같다. 그 어떤 파일 포맷이라도 결국은 튜링 기계가 인식할 수 있는 형식 언어와 문법에 속하는 방식으로 귀착된다는 점 역시 생각할 점이고 말이다.

Posted by 사무엘

2015/06/26 08:35 2015/06/26 08:35
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  1. Lyn 2015/06/30 05:40 # M/D Reply Permalink

    포맷이라 하면 폰트 포맷의 아이러니함이 생각나네요.

    MS 가 OTF 를 만들었고 애플이 TTF 를 만들었는데, 현재 MS는 TTF를 쓰고 있고 애플은 OTF 를 쓰고있죠 (...)

    이게 뭔 ...

    1. 사무엘 2015/06/30 11:41 # M/D Permalink

      아.. 그러고 보니 정말 그렇군요..!
      다만 오픈타입이 추가로 수용한 포스트스크립트 폰트 기술 자체는 마소도 애플도 아닌 어도비의 작품입니다.
      흡수가 덜 돼서 그런지 포스트스크립트 OTF는 ClearType이 적용되지 않고 제 기억으로 WordArt가 만들어지지도 않는 등 이것저것 한계가 있었습니다.

  2. Lyn 2015/06/30 18:33 # M/D Reply Permalink

    OTF는 애초에 "고해상도" 를 타겟으로 하는 포맷이다 보니 힌팅 데이터가 들어가지 않는다고 하네요.

    20년이 지난 지금은 현실이 되버리긴 햇지요 ㅎㅎ

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