인터럽트(Interrupt)

특정 프로세스가 실행되면 이 프로세스는 CPU를 점유하게 된다.

가령 사용자가 카카오톡을 실행한다고 가정하면, 이 경우엔 카카오톡이 CPU를 점유하는 것이다.

이제 하나의 프로세스를 더 실행시킨다고 가정하자. 여기에서는 크롬의 예시를 들겠다.

이제 실행 중인 두 프로세스는 CPU를 번갈아가며 점유하고 이를 통해 사용자로 하여금 두 프로세스가 동시에 실행되고 있는 것과 같은 착각을 불러 일으킨다.

이 때 어떤 방식을 통해 프로세스들이 번갈아가며 CPU를 점유하는 것일까? 프로세스들이 자발적으로 다른 프로세스에게 양보하는 것일까? 

사실 운영체제에 대해 공부해본 사람이라면 프로세스들이 번갈아가며 CPU를 점유하도록 하는 것의 주체는 운영체제이고 이를 스케줄링이라고 부른다는 것을 알고 있을 것이다.

하지만 결국 운영체제도 CPU를 점유해야 스케줄링을 수행하는 것이며 프로세스들은 자발적으로 운영체제에게 CPU를 양보하지 않는다.

또한 이 상황에서 사용자가 키보드 입력을 수행한다면? 잘 작동하는 컴퓨터임을 보이려면 키보드 입력을 수신할 프로세스가 즉각적으로 작동하여 실시간으로 입력 사항들이 화면에 출력되어야 한다. 이 때도 실행 중이던 프로세스는 자발적으로 CPU를 양보하지 않는다.

운영체제에서 위 문제들을 해결하기 위해 사용하는 방식이 존재하는데, 이를 인터럽트라고 한다.

 

 

인터럽트

출처: http://www.it.uu.se/education/course/homepage/os/vt18/module-1/exception-and-interrupt-handling/

인터럽트란 컴퓨터 시스템에서 발생하는 일종의 이벤트로,

인터럽트가 발생하면 실행 중이던 프로세스를 중단하고 CPU를 커널 모드로 격상 시킨 후 발생한 인터럽트에 대한 핸들러를 실행한다. 

인터럽트의 종류에는 크게 하드웨어 인터럽트와 소프트웨어 인터럽트가 있다.

 

하드웨어 인터럽트

하드웨어 인터럽트는 하드웨어에서 발생하는 이벤트에 대한 인터럽트로,

예시로는 입력 장치 인터럽트(키보드, 마우스), 타이머 인터럽트 등이 존재한다.

서론에서 언급한 키보드 입력이 이루어지면, 입력 장치 인터럽트가 발생하여 실행 중이던 프로세스를 멈추고 사용자 입력을 받아들인다.

또한 타이머 인터럽트는 CPU 스케줄링에 이용되는데, 특정 프로세스가 CPU를 점유한 뒤 일정 타임 슬라이스가 지나고 타이머 인터럽트가 발생하면 제어권이 운영체제로 이관되고 운영체제는 다음 실행시킬 프로세스를 결정하게 된다.

하드웨어 인터럽트는 외부 요인에 대한 인터럽트이기 때문에 언제 발생할 지 예상할 수 없고, 그렇기 때문에 비동기 프로세스를 갖는다.

종종 하드웨어 인터럽트를 인터럽트 그 자체로 부르기도 한다.

 

소프트웨어 인터럽트

소프트웨어 인터럽트는 소프트웨어 내부적으로 발생하는 인터럽트로, 

예시로는 수를 0으로 나누는 에러나 스택 오버플로우, 혹은 프로그램 내부에서 의도적으로 발생시키는 인터럽트 등이 있다.

소프트웨어 인터럽트는 종종 예외(Exception)라고 불리며, 예외의 특이한 케이스로 트랩(Trap)이 존재한다.

일반적인 예외들은 의도치 않게 발생하지만, 트랩은 의도적으로 발생시킨다. 

트랩을 발생시키는 이유는 System Call과 같이, 운영체제에 특정 작업을 요청하기 위함이다.

보안 상의 이유로 유저 모드에서 작동하는 프로세스들은 파일 I/O나 프로세스 생성과 같은 작업을 직접 처리하지 못하기 때문에 

프로세스들은 이를 System Call을 통해 운영체제에 요청하게 되는데, 이 때 권한을 커널 모드로 높이기 위해 트랩을 발생시키고 이는 인터럽트가 발생한 것이므로 운영체제에 제어권을 위임하게 된다. 

이를 통해 운영체제는 제어권을 통해 파일 I/O, 프로세스 생성과 같은 작업을 수행한 후 기존 프로세스에게 결과를 반환한다.

소프트웨어 인터럽트는 하드웨어 인터럽트와는 달리, 동기적인 프로세스를 갖는다.

 

 

참조

OSTEP(Operating System Three Easy Pieces), 2015 - Remzi H. Arpaci-Dusseau, Andrea C. Arpaci-Dusseau 

https://www.baeldung.com/cs/os-trap-vs-interrupt

https://www.javatpoint.com/trap-vs-interrupt-in-operating-system

Trap vs Interrupt in Operating System - javatpoint