[OS] 인터럽트의 종류와 처리과정

인터럽트

• 인터럽트는 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말합니다.
• 언제 인터럽트가 발생하냐?
  • 주로 프로그램 실행 중, 입출력 하드웨어 등 장치에서 예외상황이 발생하여 처리가 필요한 경우 인터럽트가 발생합니다.
  • 0으로 숫자를 나누는 산술 연산 오류라던지, 프로세스에서 오류가 발생하는 경우 등
• 인터럽트를 왜 발생시키는데?
  • 예를 들어 프로그램에게 아주 오래걸리는 입출력 연산을 수행하라고 지시한다고 가정해 봅시다. CPU에서 지시받은 연산을 수행하기 위해 명령어를 순차적으로 실행하는 과정 중 오류가 발생했을 때, CPU가 다른일을 처리하지 않고 오류를 계속 붙잡고 있게 되면 효율이 낮아지겠죠?
  • 이와 같은 상황을 방지하기 위해 어떤 오류가 발생하면 오류에 맞는 인터럽트를 발생시켜 '인터럽트 핸들러'가 오류를 처리하는 동안 CPU가 놀지 않고 다른 일을 처리하게 함으로써 효율을 높이기 위해 인터럽트가 사용된다고 보시면 됩니다.

• 위 그림과 같이 CPU는 명령어 수행과정에서 인터럽트가 발생하면 점프해서 인터럽트 핸들러 함수가 모여있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 서비스 루틴(ISR)이 실행되며 특정 명령어를 통해 오류를 처리합니다. 이 후 인터럽트가 종료되면 다시 CPU로 돌아와 순차적으로 다음 명령을 처리해요.

인터럽트 벡터 : 인터럽트 발생 시 처리해야 할 인터럽트 핸들러의 주소를 별도로 보관하고 있는 테이블
인터럽트 핸들러 : 인터럽트를 처리하기 위한 루틴 

 

결론 : 인터럽트는 오류가 발생하면 ISR이라는 핸들러 함수를 통해 오류 처리를 맡기며, 오류 처리를 맡기는 동안 CPU가 놀지않게 함으로써 CPU 효율을 높이기 위해 사용한다!

 

인터럽트 종류

인터럽트는 크게 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트로 나뉩니다.

 

소프트웨어 인터럽트

소프트웨어가 발생시키는 인터럽트입니다. 트랩(trap)이라고 부르기도 합니다. 소프트웨어(사용자 프로그램)가 스스로 인터럽트 라인을 세팅합니다.

• 주로 예외 상황, system call(I/O장치에 대한 접근)을 사용해야 하는 경우 인터럽트가 발생합니다.
• CPU는 매번 명령을 수행하기 전에 트랩 내부에 인터럽트 라인이 세팅되어 있는지 먼저 검사합니다.

 

하드웨어 인터럽트

I/O 디바이스 등 하드웨어가 발생시키는 인터럽트입니다. 하드웨어 장치가 CPU에게 어떤 사실을 알려주어야 할 때 발생합니다.

• 예를들면 디스크로부터 파일 읽기 작업에 완료하였거나 디스크에 파일 쓰기 작업이 완료한 경우

 

인터럽트 과정

 

어떤 프로세스 A가 실행되어 수행되는 과정에서 디스크로부터 데이터를 읽어오라는 명령을 받았다고 가정해봅시다.

1. 프로세스 A는 하드웨어에 직접 접근해서 필요한 기능을 사용할 수 있게 하기 위해 시스템 콜을 호출하여 '소프트웨어 인터럽트(트랩)'을 발생시킵니다. (System call도 하나의 인터럽트로 취급된다.)
2. CPU는 현재까지 수행중이던 상태(메모리 주소, 레지스터 값, 하드웨어 상태 등등)를 PCB(Process Control Block)에 저장하고 PC(Program Counter)에 다음에 실행할 명령의 주소를 저장합니다.
3. 인터럽트 벡터에서 ISR 주소값을 얻어 ISR로 점프하여 읽기 루틴을 실행
4. 해당 일을 모두 처리하면 대피시킨 상태를 저장해둔 PCB를 복원합니다.
5. ISR의 끝에 IRET 명령어에 의해 인터럽트를 해제합니다.
6. 대피 시킨 PC 값을 복원하여 이전 위치로 복원하여 진행중이던 프로세스 다시 수행합니다.

 

참고 자료

[OS기초] 인터럽트 제대로 이해하기