리눅스에서의 인터럽트

1. 인터럽트란?

인터럽트란

• 컴퓨터 시스템에서 예기치 않은 일이 발생했을 때 CPU에게 알리는 메커니즘
• 프로그램이 아닌 외부 요인(하드웨어, OS 내부 이벤트 등)에 의해 제어 흐름이 변경됨
• 예를 들어, 키보드 입력, 네트워크 패킷 도착, 타이머 이벤트 등에서 발생함

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2. 인터럽트의 동작 흐름

1. 인터럽트 발생

   • 하드웨어(키보드, 네트워크, 타이머 등) 또는 소프트웨어(시스템 호출, 예외 등)에서 인터럽트 발생

2. CPU 인터럽트 감지 & 상태 저장

   • 실행 중이던 프로그램의 레지스터 값, 스택 정보 저장

3. 인터럽트 벡터 테이블(IVT) 조회

   • 인터럽트 번호에 맞는 인터럽트 핸들러 주소 확인

4. 인터럽트 핸들러 실행

   • 해당 인터럽트에 대한 적절한 처리 수행
   • (예: 키보드 입력 → 입력 버퍼 저장, 네트워크 패킷 → 수신 버퍼 저장)

5. 원래 실행 중이던 코드로 복귀

   • 저장했던 CPU 상태 복원, 프로그램 실행 재개

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3. 인터럽트의 종류

💠 하드웨어 인터럽트

• 외부 장치(키보드, 마우스, 네트워크 등)에서 발생
• 인터럽트 컨트롤러(PIC, APIC 등)가 관리

💠 소프트웨어 인터럽트

• 프로그램이 명령어를 실행하면서 직접 발생
• 대표적으로 시스템 호출(syscall), 예외(Exception), 페이지 폴트(Page Fault) 등이 있음

💠 동기 인터럽트 vs 비동기 인터럽트

• 동기 인터럽트: 실행 중인 명령어와 동기적으로 발생 (예: 0으로 나누기)
• 비동기 인터럽트: 외부 이벤트(키보드, 네트워크 등)로 인해 비동기적으로 발생

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4. 인터럽트 핸들러

• 인터럽트 발생 시, 해당 인터럽트를 처리하는 핸들러(Interrupt Handler) 실행됨

• 리눅스에서는 각 인터럽트 번호에 맞는 핸들러를 등록하여 관리

• 핸들러는 빠르게 실행되어야 하며, 복잡한 작업은 소프트웨어 인터럽트(SoftIRQ), 태스크릿(Tasklet), 워크큐(Workqueue) 등으로 처리

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5. CPU와 인터럽트

인터럽트 서비스 루틴 이라고도 불림

• CPU는 인터럽트 발생 시 인터럽트 벡터 테이블(IVT)을 참조하여 적절한 핸들러 실행

• 실행 중이던 프로그램의 상태(레지스터 값 등)는 스택(Stack Space)에 저장

• 인터럽트 처리가 끝나면 스택에 저장된 상태 복원 후 원래 실행하던 코드로 복귀

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6. 인터럽트 처리 시 주의할 점

✅ 과도한 인터럽트 발생 → 성능 저하

• 네트워크 패킷이 과도하게 들어올 경우 CPU 사용률 급증 가능
• 인터럽트 발생을 줄이기 위해 폴링(Polling), 인터럽트 코얼레싱(Interrupt Coalescing) 기법 사용

✅ 인터럽트 핸들러는 최대한 빠르게 실행

• 핸들러 실행 시간이 길어지면 다른 인터럽트 처리가 지연될 수 있음
• 복잡한 작업은 SoftIRQ, Workqueue 등으로 지연 처리

✅ 중첩 인터럽트 관리

• 고우선순위 인터럽트는 저우선순위 인터럽트보다 먼저 처리
• 필요하면 특정 인터럽트는 마스킹(Masking)하여 차단