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  1. 2015/08/09 타이머 API 이야기 by 사무엘

타이머 API 이야기

컴퓨터 프로그램이라는 건 원래 처음부터 끝까지 컴퓨터가 그야말로 눈 깜짝할 사이에 전속력으로 실행해 버리는 물건이다. 그러나 컴퓨터에는 정밀한 시간 측정 기능이 있으며, 프로그램이 원하는 경우 자신이 실행되는 주기를 그에 맞춰 인위로 조절할 수 있다.
일명 타이머 기능인데, 이것은 컴퓨터가 액세서리 차원에서 제공하는 부가 기능이 아니라 컴퓨터 자체의 내부 동작 방식의 특성상 컴퓨터가 반드시 갖추고 있는 기능이다. 단적인 예로 난수 생성을 위한 씨앗(= 매번 달라야 하는 초기값)도 내부적으로 재고 있는 시각으로부터 얻을 정도이다.

컴퓨터가 속도가 매우 느리고 자원이 부족하고, 한 프로그램이 컴퓨터의 전체 자원을 독점할 수 있던 옛날에는 매번 타이머를 측정하면서 0.n초가 경과하는 것을 프로그램이 일일이 감시하는 방식으로, 즉 polling 방식으로 동작했겠지만, 지금은 그건 어림도 없는 소리이다. 자기에게 time slice를 주는 운영체제에다가 '알람' 요청을 해서 알람이 왔을 때 동작하게 해야 한다.

Windows에서 이 기능을 사용하는 아주 대표적인 방법은 타이머 API이다. SetTimer, KillTimer와 그 이름도 유명한 WM_TIMER 메시지.
타이머는 그 성격에 따라 게임이나 멀티미디어 재생기 등에서 프레임 간격 유지를 위해 1초에 수십 번씩 돌아가는 (1) 아주 정밀한 놈부터 시작해, 수백 밀리초~수 초 정도의 간격으로 사용하는 (2) 일반적인 타이머, 그리고 드물게는 수 시간~수 일 주기를 갖는 (3) 장기 타이머도 있다. 운영체제의 보급 타이머는 일단은 가성비가 적당히 우수한 '일반적인' 용도에 가장 적합하게 설계돼 있다. 이게 무슨 뜻인지를 설명하면 이렇다.

보급 타이머도 명목상으로는 수십 밀리초 정도의 정밀도를 지원한다. 하지만, WM_TIMER는 WM_PAINT만큼이나 메시지 큐에서 처리 우선순위가 무척 낮은 메시지이기 때문에 컴퓨터가 아주 바쁘고 윈도우 메시지 트래픽이 아주 많을 때는 정밀도가 떨어질 수 있다. 더구나 Windows는 근본적으로 리얼타임 운영체제가 아닌 관계로, 커널의 시간 스케줄링을 초월해서까지 무조건적인 초정밀도는 애초에 보장되지도 않는다. 타이머의 정밀도가 올라갈수록 필요한 시스템 자원과 부하도 더 커질 테니, 초정밀 타이머가 필요하다면 QueryPerformanceCounter나 멀티미디어 타이머 같은 다른 전문 API를 쓰고 동기화도 커널 오브젝트 같은 다른 방법을 써서 해야 한다.

한편, 다른 쪽 극단에 있는 장기 타이머는 응용 프로그램 자체의 동작이라기보다는 업데이트 주기를 체크하거나 사용자에게 적당히 덜 성가신 주기로 뭔가를 알리는 용도로 사용된다. 이 정도면 타이머라기보다는 알람에 더 가깝다.
개인적으로는 지금으로부터 "5000밀리초 간격으로" 같은 것 말고, 절대적인 시각.. 예를 들어 1970년 1월 1일 0시 정각 이래로 40억 5800만 초가 딱 경과했을 때처럼 절대적인 시각을 기준으로 trigger되는 진정한 '알람' 타이머도 필요하다고 생각한다.

시계 프로그램을 만들 때는 이런 타이머 API가 더 유용하지 않겠는가? 그리고 장기 타이머를 사용할 정도의 상황이라면 지금으로부터 시간이 얼마만치 지났는지보다는 매일 몇 시가 됐는지가 더 중요한 경우가 많을 것이기 때문이다.

이렇게 극단적으로 짧은 주기의 타이머나 극단적으로 긴 타이머 말고, 보통 주기의 타이머는 여러가지 용도로 쓰인다. 가령, 키보드는 누르고 있는 동안 키 입력이 하드웨어 차원에서 자동으로 반복 전달되는 반면 마우스는 그런 게 없는데, 마우스를 누르고 있는 동안 자동 스크롤이 되는 것은 타이머로 처리가 가능하다. 그리고 간단한 비동기적인 처리를 위해서도 타이머가 약방의 감초처럼 쓰인다.

이게 도스의 제약인지 아니면 인텔 x86 CPU 차원의 제약인지 구체적인 내역은 기억이 안 나지만, 도스 시절에는 컴퓨터의 타이머 해상도가 1/18.2초여서 최소 주기가 약 55밀리초였던 것 같다. Windows 9x 시절에만 해도 운영체제의 타이머의 정밀도는 그 정도였다고 MSDN에 기록돼 있었는데 NT 계열은 하드웨어를 또 어떻게 튜닝했는지 타이머가 그것보다 훨씬 더 정밀해졌다.

자, 그럼 이 글에서는 Windows의 일반 타이머 API에 대해서 더 자세히 알아보자.
SetTimer 함수의 인자로는 타이머의 발동 주기뿐만 아니라 (1) 타이머를 메시지로 받을지 아니면 함수 호출로 받을지, (2) 그리고 메시지로 받는 경우 동일 메시지에서 이 타이머만을 식별할 번호를 지정하면 된다. SetTimer 함수는 사용하는 방법이 생각보다 좀 복잡하다.

(1) SetTimer에다가 뭔가 윈도우 핸들을 전해 주는 경우, 타이머는 메시지로 받을 수도 있고 콜백 함수로 받을 수도 있다. 두 가지 선택의 여지가 있으며, 타이머 식별 번호는 우리가 임의의 자연수로 일괄 지정해 줄 수도 있다.
(2) 그 반면 윈도우 핸들이 없이, 윈도우를 전혀 생성하지 않고도 타이머를 사용할 수 있다. 그 대신 이때는 몇 가지 제약이 따른다. 메시지가 아닌 콜백 함수로만 통지를 받을 수 있으며, 타이머 식별자는 우리가 지정할 수 없다. SetTimer 함수가 되돌린 값을 별도의 변수에다 보관하고 있어야 한다.

마치 에디팅 엔진의 기능만을 따로 떼어서 windowless 리치 에디트 컨트롤이 존재하는 것처럼 타이머도 windowless 타이머가 존재하는 셈이다. 물론 SetTimer가 무슨 스레드를 만들기라도 해서 따로 돌아가는 건 아니기 때문에, 비록 windowless 타이머를 사용한다 하더라도 메시지 loop은 돌리고 있어야 타이머가 동작할 수 있다.

개인적으로는 (1)과 (2)의 특징을 취합하는 방법이 없는 게 아쉽다. 윈도우 핸들을 지정해 줘서 WM_TIMER 메시지를 받는데 타이머 식별자는 내가 일괄 지정한 게 아니라 운영체제가 기존 타이머들과의 충돌을 피해서 동적으로 배당한 값이 오는 형태 말이다.
서브클래싱 내지 후킹을 한 윈도우에 대해서 타이머를 걸 때는 하드코딩된 타이머 ID를 써서는 안 된다. 원래의 윈도우 프로시저가 사용하는 고정 타이머 ID와 충돌을 일으킬 수 있기 때문이다. 마치 윈도우 메시지가 서로 충돌하는 것처럼 말이다.
이때는 충돌이 없음이 보장되는 windowless 타이머를 써야 한다. 하지만 windowless 타이머는 다음과 같은 이유로 인해 사용이 불편하다.

첫째, 콜백 함수에 user data를 넘겨 주는 추가 인자가 없다. 그래서 user data는 전역 변수나 TLS 값 같은 불편한 방법으로 얻어 와야 한다.
둘째, 윈도우가 붙은 타이머는 같은 ID값으로 타이머를 지정하는 경우, 기존 타이머가 새 타이머로 자동으로 대체된다. 그러나 windowless 타이머는 그런 기능이 없기 때문에 기존 ID에 대해서 KillTimer를 하고 다시 SetTimer를 해서 새 ID를 얻는 작업을 수동으로 해 줘야 한다. 다시 말해 기존 타이머의 재지정이 어렵다.

결국, 충돌을 피하기 위해서는 windowless 타이머를 써야 하는데 이 타이머도 윈도우가 붙은 타이머하고 비슷하게 동작하도록 추가 군더더기 기능을 구현한 클래스를 만든 뒤에야 그럭저럭 쓸 만하게 됐다.
윈도우가 있는 타이머와 없는 타이머에서 서로 필요한 기능을 취합하는 방법이 없어서 불편하다는 걸 다시 한 번 확인할 수 있었다.

그나저나 SetTimer 함수에서 ID를 받는 부분은 포인터나 핸들을 넘기는 용례가 없는데 자료형이 왜 UINT가 아닌 UINT_PTR로 잡혀 있는지 이것도 개인적으로는 의문이다.

Posted by 사무엘

2015/08/09 08:21 2015/08/09 08:21
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