운영체제가 가지고 있는 두 번째 인터페이스: 인터럽트

저번 글에서는 운영체제가 가지고 있는 첫 번째 인터페이스 시스템 호출에 대해서 알아보았습니다. 

 

운영체제가 중요한 역할을 하는 두 가지 인터페이스 중 하나가 바로 인터럽트입니다.

 

이번 포스팅에서는 인터럽트가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그리고 왜 중요한지에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

1. 인터럽트란 무엇인가?

인터럽트는 CPU가 현재 실행 중인 작업을 잠시 멈추고, 다른 중요한 작업을 처리하도록 만드는 비동기적 신호입니다.

 

인터럽트는 크게 하드웨어 인터럽트와 소프트웨어 인터럽트로 나뉩니다.

 

• 하드웨어 인터럽트: 외부 장치에서 발생하는 신호로,  하드웨어 인터럽트가 발생하면 CPU는 이를 감지하고, 즉시 인터럽트 서비스 루틴(ISR)을 실행합니다.
• 소프트웨어 인터럽트: CPU 명령어에 의해 발생하며, 하드웨어 인터럽트와 비슷한 방식으로 처리됩니다. 일반적으로 시스템 호출 등이 소프트웨어 인터럽트를 유발합니다.

 

2. 인터럽트는 어떻게 활용될까?

컴퓨터는 다양한 상황에서 인터럽트를 활용합니다.

 

예를 들어, 마우스 조작, 키보드 입력, USB 장치의 부착 또는 해제 등이 있을 때마다 인터럽트가 발생합니다.

 

 

3. 인터럽트 발생 및 처리 과정

인터럽트가 발생하면 CPU는 대략적으로 다음과 같은 과정을 거쳐 이를 처리합니다:

1. 인터럽트 발생 전: 응용 프로그램이 정상적으로 실행되고 있습니다.
2. 인터럽트 발생: 예를 들어, 사용자가 키보드를 눌렀을 때 인터럽트가 발생합니다.
3. 신호 전달: 이 신호는 APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller)라는 인터럽트 관리 하드웨어로 전달됩니다.
4. CPU에 알림: APIC는 CPU에게 INTR(interrupt) 신호를 전달합니다.
5. 확인 과정: CPU는 현재 작업을 중단하고, 누가 인터럽트를 요청했는지 확인하기 위해 APIC에 APK(Acknowledgement) 신호를 보냅니다.
6. 인터럽트 서비스 루틴(ISR) 실행: CPU는 인터럽트 번호 N을 받아 커널 영역의 인터럽트 벡터 테이블에서 해당 인터럽트의 서비스 루틴(ISR) 주소를 찾아 실행합니다.
7. 작업 복귀: 인터럽트 처리가 완료되면, CPU는 이전에 중단된 작업으로 돌아갑니다.

 

4. 인터럽트는 다중 프로그래밍의 핵심

다중 프로그래밍은 여러 프로세스를 동시에 실행하는 방식입니다.

 

한 프로세스가 입출력을 수행하면 CPU는 다른 프로세스로 작업을 전환합니다.

 

이때 인터럽트는 CPU와 입출력 장치가 동시에 각자 작업을 실행할 수 있도록 도와줍니다.

 

이를 통해 CPU 활용률이 높아지고, 시스템 처리율도 향상됩니다.

 

인터럽트가 없다면 사실상 다중 프로그래밍은 불가능에 가깝습니다.

 

인터럽트는 다중 프로그래밍을 실현하는 데 중요한 역할을 하며, 입출력 장치와 CPU가 효율적으로 작업을 처리할 수 있게 합니다.

 

 

결론

인터럽트는 운영체제와 하드웨어 간의 중요한 연결고리입니다.

이를 통해 컴퓨터는 사용자의 명령에 빠르게 반응하고, 여러 작업을 동시에 효율적으로 처리할 수 있습니다.

인터럽트는 단순히 시스템의 반응성을 높이는 것뿐만 아니라, 다중 프로그래밍 환경에서 CPU와 자원 활용도를 극대화하는 핵심 메커니즘입니다.