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인터럽트(Interrupt)

인터럽트란?

• CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치나 예외 상황이 발생하여 처리가 필요할 경우에 마이크로프로세서(micro processor)에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것

하드웨어 인터럽트(외부 인터럽트)

• 하드웨어가 발생시킨다. CPU가 아닌 다른 하드웨어 장치가 CPU에 어떤 사실을 알려주거나 CPU 서비스를 요청해야 할 경우 발생시킨다.

ex) 타이머,키보드,프린터 등의 I/O 이벤트 발생 시, 기계 고장 등

소프트웨어 인터럽트(내부 인터럽트)

• 소프트웨어가 발생시키는 인터럽트로,프로그램이 오류를 범하여 Exception이 발생하거나 사용자 프로그램이 커널함수 사용을 위해 호출하는 Systeme Call이 발생하는 경우를 말한다.

ex) 0으로 나누기, overflow, 잘못된 주소 접근 , 프로그램 상의 오류 등

<관련 용어>

인터럽트 핸들러

실제 인터럽트를 처리하기 위한 루틴으로 인터럽트 서비스 루틴이라고도 한다.운영체제의 코드 영역에는 인터럽트별로 처리해야 할 내용이 이미 프로그램이 되어 있다.

인터럽트 벡터

인터럽트 발생 시 처리해야 할 인터럽트 핸들러의 주소를 인터럽트 별로 보관하고 있는 테이블

인터럽트 처리 과정

• CPU는 매번 프로그램 카운터가 지정하고 있는 주소의 명령을 수행하며, 다음 명령을 수행하기 전에 인터럽트 라인이 세팅되어있는지 확인한다.

1. 현재 진행 중인 기계어 코드를 완료한다.
2. CPU의 특수 레지스터 중 하이로 인터럽트 마스크 비트를 보고 마스크되면 인터럽트를 무시한다.
3. 인터럽트 벡터를 읽는다.ISR 주소 값을 얻는다.ISR로 점프한다. 이 때, PC(Program Counter)값을 자동 저장된다.
4. 현재 진행중인 프로그램의 레지스터를 저장한다.
5. 해당 코드를 실행한다.
6. 해당 코드를 다 처리하면, 저장한 레지스터를 복원한다.
7. ISR 끝에 IRET 명령어에 의해 인터럽트가 해제된다.
8. IRET 명령어가 실행되면, 저장한 PC 값을 복원하여 이전 실행 위치로 이동한다.

인터럽트와 특권 명령

CPU가 수행하는 명령에는 일반 명령과 특권 명령이 있다.

일반 명령 : 메모리에서 자료를 읽어오고, CPU에서 계산을 하는 명령이며, 모든 프로그램이 수행이 가능하다.
특권 명령: 보안이 필요한 명령으로, 입출력 장치, 타이머 등의 장치를 접근하는 명령이다. 오직 운영체제만이 수행할 수 있다. 모든 입출력 명령은 특권 명령이다.

시스템 콜(System Call)

사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것을 말한다. 제어권이 운영체제에로 넘어간다.

I/O 명령은 특권 명령이기 때문에 사용자 모드 프로그램에서는 I/O명령을 처리하지 못한다. 그래서 사용자 프로그램은 커널 함수를 호출하는 system call을 이용한다.

사용자 프로그램의 I/O 과정

1. 사용자 프로그램이 운영체제에게 시스템 콜을 한다.
2. 소프트웨어 인터럽트를 통해 인터럽트 벡터의 위치로 이동한다.
3. 제어권이 인터럽트 벡터가 가르키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동한다.
4. 올바른 I/O 작업인지 확인 후, 실제 I/O를 수행한다.

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면접 질문

1. 인터럽트란 무엇인가?
2. 내부/외부 인터럽트에는 어떠한 상황들이 있는가?
3. 인터럽트 발생 시 처리 과정은?

참고자료) - KOCW 공개강의 (2014-1. 이화여자대학교 - 반효경)