C-Sharp Windows Winapi Filesystems File Copying

ウィンドウズファイルキャッシュを使用せずにファイルをコピーする方法

Windowsでのファイル管理に関して、オペレーティングシステムのファイルキャッシングがパフォーマンスを妨げる状況に直面することがあります。特に大きなファイルを扱う場合に顕著です。たとえば、USBドライブやサーバーからローカルマシンに大きなファイルをコピーする際、Windowsがそのファイルをキャッシュするため、データのスワッピングが発生し、操作が完了するまでの時間が増えることがあります。

このブログ記事では、C#を使用してWindowsファイルシステムキャッシュを使用せずにファイルをコピーする方法を検討します。

Windowsファイルシステムキャッシュの理解

コーディングソリューションに入る前に、ファイルシステムキャッシュが何であるかを理解することが重要です。Windowsはファイル操作を高速化するためにキャッシュを使用しており、通常は以下のことを行います：

  • より迅速なアクセスのために、メモリにファイルデータを保存する。
  • USBドライブのような遅いデバイスからデータを取り出し、より速いシステムメモリに移すことを目指す。

しかし、2 GiB以上の大きなファイルを扱う場合、このキャッシングプロセスが非効率をもたらすことがあります。これは、システムが利用可能なメモリを管理しようとするためです。

解決策：Win32 API呼び出しを使用する

このキャッシング動作を回避するために、Windowsはファイル操作を行う際に使用できる特定のフラグを提供します。これらのフラグは次のとおりです：

  • FILE_FLAG_WRITE_THROUGH：このフラグは、ファイルへの書き込みがストレージデバイスに直接書き込まれ、メモリにキャッシュされないことを保証します。
  • FILE_FLAG_NO_BUFFERING：このフラグは、ファイルのシステムキャッシュを無効にし、すべての読み取りおよび書き込み操作がキャッシュされることなくディスクに直接送信されることを意味します。

これらのフラグをC#コード内で使用して、キャッシュを使用せずに直接ファイルコピーを実現できます。

C#での段階的実装

以下に、C#で解決策を実装する方法を示します：

  1. 必要なライブラリを追加：ファイル操作およびInteropサービスのために必要な名前空間をインクルードします。

    using System;
using System.IO;
using System.Runtime.InteropServices;

  2. ネイティブメソッドの宣言：必要なWin32 API関数を宣言する必要があります。

    [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
public static extern IntPtr CreateFile(
    string lpFileName,
    uint dwDesiredAccess,
    uint dwShareMode,
    IntPtr lpSecurityAttributes,
    uint dwCreationDisposition,
    uint dwFlagsAndAttributes,
    IntPtr hTemplateFile);

[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
public static extern bool ReadFile(
    IntPtr hFile,
    byte[] lpBuffer,
    uint nNumberOfBytesToRead,
    out uint lpNumberOfBytesRead,
    IntPtr lpOverlapped);

[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
public static extern bool WriteFile(
    IntPtr hFile,
    byte[] lpBuffer,
    uint nNumberOfBytesToWrite,
    out uint lpNumberOfBytesWritten,
    IntPtr lpOverlapped);

[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
public static extern bool CloseHandle(IntPtr hObject);

  3. フラグの使用：ファイルコピー関数でフラグを使用してファイルハンドルを作成します。

    public void CopyFileWithoutCache(string sourceFilePath, string destFilePath)
{
    const uint GENERIC_READ = 0x80000000;
    const uint GENERIC_WRITE = 0x40000000;
    const uint OPEN_EXISTING = 3;
    const uint FILE_FLAG_WRITE_THROUGH = 0x80000000;
    const uint FILE_FLAG_NO_BUFFERING = 0x20000000;

    IntPtr sourceHandle = CreateFile(sourceFilePath, GENERIC_READ, 0, IntPtr.Zero, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_WRITE_THROUGH | FILE_FLAG_NO_BUFFERING, IntPtr.Zero);
    IntPtr destHandle = CreateFile(destFilePath, GENERIC_WRITE, 0, IntPtr.Zero, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_WRITE_THROUGH | FILE_FLAG_NO_BUFFERING, IntPtr.Zero);

    // ファイルの読み取りおよび書き込みロジックをここに実装...

    CloseHandle(sourceHandle);
    CloseHandle(destHandle);
}

結論

上記のステップに従うことで、Windowsファイルシステムキャッシュの干渉を受けずに大きなファイルを効率的にコピーできます。この方法は、USBドライブなどの遅いデバイスから転送される高容量ファイルを扱う際に特に有益です。

詳細については、FILE_FLAG_WRITE_THROUGHおよびFILE_FLAG_NO_BUFFERINGに関するMicrosoftのドキュメントを参照してください。

これらのフラグを理解し活用することで、ファイル操作のパフォーマンスを大幅に向上させることができます。コーディングを楽しんでください！