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인터럽트(Interrupt)

• 컴퓨터 시스템에서 CPU가 실행 중인 작업을 일시 중지하고, 중요한 작업을 우선 처리하기 위해 발생시키는 신호입니다.
• 인터럽트는 하드웨어나 소프트웨어에서 발생할 수 있으며, 특정 이벤트가 발생했을 때 이를 처리하기 위해 CPU의 주의를 끌어야 할 때 사용됩니다.

 

인터럽트의 주요 개념

1. 작업 중단과 즉시 처리:
   • 인터럽트는 CPU가 현재 수행 중인 작업을 일시 중단하고 우선적으로 긴급한 작업을 처리하도록 합니다.
   • 예를 들어, 키보드를 누를 때마다 발생하는 하드웨어 인터럽트를 통해, CPU는 키보드 입력을 즉시 처리할 수 있습니다.
2. 하드웨어와 소프트웨어 인터럽트:
   • 하드웨어 인터럽트: 키보드 입력, 마우스 클릭, 네트워크 데이터 수신, 타이머 등 하드웨어 장치에서 발생하는 이벤트가 CPU의 주의를 끌어야 할 때 발생합니다.
   • 소프트웨어 인터럽트: 프로그램이 요청한 시스템 호출 또는 에러 발생 시 발생하며, 예를 들어 divide by zero와 같은 오류가 발생할 때 CPU가 이를 인식하고 예외 처리를 수행합니다.
3. 인터럽트 벡터 테이블:
   • 인터럽트가 발생하면 인터럽트 벡터 테이블을 참조하여 해당 인터럽트를 처리할 핸들러(Interrupt Handler)의 주소를 찾습니다.
   • 인터럽트 벡터 테이블은 각 인터럽트 번호에 맞는 핸들러 주소를 저장해 놓은 테이블로, 시스템 초기화 시 설정됩니다.
4. 인터럽트 처리 과정 (인터럽트 서비스 루틴, ISR):
   • 인터럽트가 발생하면 CPU는 **인터럽트 서비스 루틴(ISR)**을 호출하여 해당 인터럽트를 처리합니다.
   • ISR은 각 인터럽트에 맞는 처리를 수행하며, 처리 완료 후 CPU는 다시 원래 작업으로 복귀합니다.

 

인터럽트의 동작 과정

1. 인터럽트 발생:
   • 하드웨어나 소프트웨어가 인터럽트 신호를 CPU에 전달합니다. 예를 들어, 네트워크 카드가 데이터를 수신하면 CPU에 인터럽트를 발생시킵니다.
2. 현재 작업 중단 및 상태 저장:
   • CPU는 현재 실행 중인 작업의 상태(레지스터 값, 프로그램 카운터)를 저장하여, 인터럽트 처리 후 원래 작업으로 돌아올 수 있도록 합니다.
3. 인터럽트 벡터 테이블 참조:
   • CPU는 인터럽트 번호에 맞는 인터럽트 서비스 루틴(ISR) 주소를 인터럽트 벡터 테이블에서 찾아 ISR을 실행합니다.
4. 인터럽트 처리:
   • ISR은 해당 인터럽트를 처리합니다. 예를 들어, 키보드 입력이라면 ISR은 입력된 키를 읽어옵니다.
5. 저장된 상태 복원 및 작업 복귀:
   • 인터럽트 처리가 끝나면 CPU는 저장된 상태를 복원하고, 중단했던 작업을 이어서 실행합니다.

 

인터럽트의 종류

1. 하드웨어 인터럽트
   • 키보드, 마우스, 네트워크 카드, 하드 드라이브 등 하드웨어 장치에서 발생합니다.
   • 일반적으로 장치가 작업을 완료했거나, 특정 이벤트가 발생했음을 CPU에 알려야 할 때 발생합니다.
2. 소프트웨어 인터럽트
   • 프로그램에 의해 발생하며, 시스템 호출 또는 예외 상황에서 주로 발생합니다.
   • 예를 들어, 파일을 열거나 메모리를 할당하는 시스템 호출, divide by zero와 같은 오류가 발생할 때 인터럽트를 사용합니다.
3. 타이머 인터럽트
   • 운영체제가 CPU 시간을 각 프로세스에 할당하고, 다중 작업을 구현하기 위해 일정 주기로 발생하는 인터럽트입니다.
   • 타이머 인터럽트는 시분할 시스템에서 CPU 스케줄링에 중요한 역할을 합니다.

 

인터럽트의 중요성

1. 실시간 처리:
   • 인터럽트를 통해 CPU는 중요한 작업이 발생했을 때 이를 즉시 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 키보드 입력을 즉시 처리하지 않으면 사용자 경험이 떨어질 수 있습니다.
2. CPU 효율성 향상:
   • CPU는 인터럽트를 사용해 자원 대기 시간을 줄이고, 필요한 작업을 즉시 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 하드 드라이브에서 데이터를 읽는 동안 다른 작업을 수행하고, 데이터가 준비되면 인터럽트로 알려줍니다.
3. 시스템 안정성:
   • 소프트웨어 인터럽트를 통해 오류나 예외 상황을 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 잘못된 메모리 접근이 발생할 때 이를 즉시 감지하고 처리함으로써 시스템 충돌을 예방할 수 있습니다.

 

 

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Extra 1

인터럽트 벡터 테이블(Interrupt Vector Table)

• 인터럽트 벡터는 특정 인터럽트 요청(Interrupt Request, IRQ)에 대해 적절한 인터럽트 서비스 루틴(Interrupt Service Routine, ISR)을 호출하기 위해 사용되는 메모리 주소 테이블입니다.
• 각 인터럽트에는 고유의 번호(인터럽트 벡터 번호)가 할당되며, 해당 번호에 대응되는 ISR의 시작 주소가 인터럽트 벡터 테이블에 저장됩니다.

 

인터럽트 벡터의 주요 특징

1. 인터럽트 벡터 테이블 (Interrupt Vector Table, IVT)
   • 인터럽트 벡터 테이블은 메모리의 고정된 위치에 저장된 데이터 구조로, 각 엔트리는 ISR의 주소를 가집니다.
   • CPU는 인터럽트가 발생하면 인터럽트 번호를 기반으로 테이블을 참조하여 ISR을 실행합니다.
2. 고정 크기
   • 일반적으로, 각 인터럽트 벡터 엔트리는 동일한 크기(예: 4바이트 또는 8바이트)로 저장됩니다.
   • 테이블 크기는 지원되는 인터럽트의 수에 따라 결정됩니다.
3. 운영체제 및 하드웨어 의존
   • 인터럽트 벡터는 하드웨어 및 운영체제 구조에 따라 다르게 구현됩니다.
   • x86 아키텍처에서는 인터럽트 벡터 테이블을 **IDT(Interrupt Descriptor Table)**라고 합니다.

 

인터럽트 벡터의 동작 과정

1. 인터럽트 발생
   • 하드웨어 또는 소프트웨어가 CPU에 인터럽트를 요청합니다.
   • 인터럽트는 인터럽트 컨트롤러(예: PIC, APIC)에 의해 관리됩니다.
2. 인터럽트 벡터 번호 확인
   • CPU는 인터럽트 컨트롤러로부터 인터럽트 벡터 번호를 수신합니다.
3. ISR 주소 확인
   • CPU는 인터럽트 벡터 번호를 사용해 인터럽트 벡터 테이블에서 해당 ISR의 시작 주소를 찾습니다.
4. ISR 실행
   • CPU는 해당 ISR로 점프하여 인터럽트 요청을 처리합니다.
5. 복귀
   • ISR 실행이 완료되면 CPU는 이전 상태로 복귀하여 중단된 작업을 이어갑니다.

인터럽트 벡터 테이블의 구조

인터럽트 번호	ISR 주소 (엔트리 값)
0	ISR_0 주소 (예: 0x00000010)
1	ISR_1 주소 (예: 0x00000020)
2	ISR_2 주소 (예: 0x00000030)
...	...
255	ISR_255 주소 (예: 0x0000FFF0)