인터럽트

• CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치나 또는 예외상황이 발생하여 처리가 필요할 경우에 CPU에 알려서 처리하는기술

 |  어느한순간 CPU가 실행하는 명령은 하나 다른장치와 어떻게 커뮤니케이션을 할까?

 

 

인터럽트 필요이유

• 선점형 스케쥴러 구현

  • 프로세스 running 중에 스케쥴러가 이를 중단시키고, 다른 프로세스로 교체하기 위해, 현재 프로세스 실행을 중단 시킴
    • 그러려면, 스케쥴러 코드가 실행이 되서, 현 프로세스 실행을 중지 시켜야함

• IO Device 와의 커뮤니 케이션

  • 저장매체에서 데이터 처리 완료시 , 프로세스를 깨워야함 (block state - > ready state)

• 예외 상황 핸들링

  • CPU가 프로그램을 실행 하고 있을때 , 입출력 하드웨어 등의 장치나 예외상황이 발생할 경우,
  • CPU가 해당 처리를 할 수 있도록 CPU에 알려줘야함 

 

인터럽트 처리 예

• CPU가 프로그램을 실행하고 있을떄
  1. 입출력 하드 웨어 등의 장치 이슈발생
     • 파일처리가 끝났다는 것을 운영체제에 알려주기
     • 운영체제는 해당 프로세스를 BLOCK STATE 에서 실행대기 (READY) 상태로 프로세스 상태변경하기
  2. 또는 예외 상황이 발생
     • 0으로 나누는 계산이 발생해서, 예외 발생을 운영체제에 알려주기
     • 운영체제가 해당 프로세스 실행 중지/에러 표시

 

이벤트와 인터럽트

• 인터럽트는 일종의 이벤트로 불림
• 이벤트에 맞게 운영체제가 처리

주요 인터럽트 (Interrupt)

• 계산 하는 코드에서 0으로 나누는 코드 실행시

#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("Hello World! \n");
    int data ;
    int divider = 0;
    data =1 / divider ;   // 인터럽트 발생
    return 0;

• 타이머 인터럽트 

  • 선점형 스케쥴러를 위해 필요

 

 

• 입출력 (IO) 인터럽트

 

인터럽트 종류

• 내부 인터럽트

  • 주로 프로그램 냄부에서 잘못된 명령 또는 잘못된 데이터 사용시 발생
    • 0으로 나눴을때
    • 사용자 모드에서 허용되지 않은 명령 또는 공간 접근시
    • 계산 결과가 Overflow / Underflow 날때

• 외부 인터럽트

  • 주로 하드웨어에서 발생되는 이벤트( 프로그램 외부)
    • 전원 이상 
    • 기계 문제
    • 키보드등 IO 관련 이벤트 
    • Timer 이벤트
• 내부 인터럽트는 주로 프로그램 내부에서 발생하므로, 소프트웨어 인터럽트 라고도 함
• 외부 인터럽트는 주로 하드웨어에서 발생하므로 , 하드웨어 인터럽터라고도 함 

 

시스템 콜 인터럽트

• 시스템 콜 실행을 위해서는 강제로 코드에 인터럽트 명령을 넣어 CPU에게 실행 시켜야한다.
• 시스템 콜 실제 코드
  • eax 레지스터에 시스템 콜 번호 넣고,
  • ebx 레지스터에는 시스템 콜에 해당하는 인자값을 넣고,
  • 소프트웨어 인터럽트 명령을 호출하면서 0x80 값을 넘겨줌

mov eax, 1
mov ebx, 0
int 0x80    //소프트 웨어 인터럽트 명령

인터럽트와 시스템 콜 (고급)

• 시스템콜 인터럽트 명령을 호출 하면서 0x80값을 넘겨줌
  1. CPU는 사용자 모드를 커널 모드로 바꿔줌
  2. IDT(interrupt Descriptor Table)에서  0x80 에 해당하는 주소(함수)를 찾아서 실행함
  3. system_call() 함수에서 eax 로 부터 시스템 콜 번호를 찾아서 , 해당 번호에 맞는 시스템 콜 함수로 이동
  4. 해당 시스템콜 함수 실행후,다시 커널모드에서 사용자모드로 변경하고 다시 해당 프로세스 다음코드진행

 

사용자 / 커널 모드와 프로세스 , 인터럽트

인터럽트와 IDT

• 인터럽트는 미리 정의되어 각각 번호와 실행 코드를 가리키는 주소가 기록되어 있음
  • 어디에 ? IDT (interrupt Descriptor Table)에 기록
  • 언제? 컴퓨터 부팅시 운영체제가 기록
  • 어떤 코드? 운영체제 내부 코드
• 다시 예를 보면,
  • 항상 인터럽트 발생시 , IDT를 확인
  • 시스템 콜 인터럽트 명령은 0X80 번호가 미리정의
  • 인터럽트 0X80 에 해당하는 운영체제 코드는 system_call() 이라는 함수
  • 즉 , IDT 에는 0 X 80 -> system_call()와 같은 정보가 기록되어 있음
• 리눅스의 예 
  • 0 ~ 31 : 예외상황 인터럽트 ( 일부는 정의안된 채로 남겨져있음)
  • 32 ~ 47 : 하드웨어 인터럽트 ( 주변 장치 종류/ 갯수에 따라 변경가능)
  • 128 : 시스템 콜 

인터럽트와 프로세스

1. 프로세스 실행 중 인터럽트 발생
2. 현 프로세스 실행 중단
3. 인터럽트 처리 함수 실행 (운영체제_)
4. 현 프로세스 재실행

인터럽트와 스케쥴러

 

선점형 스케줄러 구현 예

• 수시로 타이머 인터럽트 발생
  • 운영체제가 타이머 인터럽트 발생 횟수를 기억해서 5번 타이머 인터럽트 발생하면, 현재 프로세스를 다른 프로세스로 바꿔준다.