인터럽트 핸들링
인터럽트 핸들링이란 인터럽트가 발생한 경우에 처리해야 할 일의 절차를 의미합니다.
인터럽트도 앞서 설명한 함수 호출과 유사한 메커니즘으로 처리하게 됩니다.
예를 들어,
프로그램 A가 수행되고 있을 때 인터럽트가 발생하면 A의 현재 상태를 저장하게 됩니다.
현재 상태란 현재 CPU가 수행중이던 메모리 주소를 포함해 몇 가지 부가적인 정보(레지스터 값)들을 의미합니다.
이것을 모두 저장한 후에야 인터럽트 처리가 이루어질 수 있습니다.
PCB
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운영 체제 커널 영역에는 현재 시스템 내에서 수행되는 프로그램들을 관리하기 위한 자료 구조인 프로세스 제어 블록을 두고 있습니다.
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PCB 중 일부분은 인터럽트가 발생했을 때 프로그램의 어느 부분이수행되던 중이었는지를 정하기 위한 자료 구조로 사용됩니다.
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저장되는 내용으로는 현재 수행중이던 메모리 주소와 레지스터 값, 그리고 하드웨어 상태 등이 있습니다.
다시 핸들링 부분으로 돌아가자면, 프로그램 내부의 함수 호출시 그 복원 지점에 대한 정보는 각 프로그램의 주소 공간 중 스택 부분에 저장됩니다.
한편, 인터럽트 처리 루틴은 운영 체제 커널 프로그램 중 일부이고 커널 역시 함수 구조로 이루어져 있으므로 인터럽트 처리 코드가 수행되는 도중에는 함수 호출이 이루어질 수 있어 스택의 이용이 필요합니다.
즉, 인터럽트 처리 루틴으로 넘어와서 함수 호출이 이루어질 경우에는 각 프로세스별로 독자적인 커널 스택을 사용하게 됩니다. 디시 말하면 직전에 인터럽트당한 프로세스의 독자적인 커널 스택에 함수 호출 및 리턴과 관련된 정보를 저장하게 됩니다.
인터럽트가 발생 했을 때, 메모리에서 일어나는 과정
- 프로그램 A가 수행 중에 인터럽트가 발생
- 현재까지 수행된 지점을 프로세스 제어 블록에 저장
- 인터럽트 처리 루틴으로 와서 커널 코드를 수행
- 이 때 이루어지는 함수 호출은 프로세스 A의 커널 스택을 사용
- 인터럽트 처리가 끝마쳐진 후에는 프로세스 제어 블록에 저장된 주소로 되돌아가서 중지된 작업의 나머지 부분 수행
인터럽트 처리 중에 또 다른 인터럽트가 발생했을 때
- 원칙적으로는 인터럽트 처리 중에 또 다른 인터럽트가 발생하는 것을 허용하지 않습니다.
그 이유는 인터럽트 처리 중에 다른 인터럽트를 처리하게 되면 데이터의 일관성이 유지되지 않는 경우가 발생할 수 있기 때문입니다.
하지만 인터럽트마다 중요도가 다르기 때문에 상대적으로 낮은 중요도를 가진 인터럽트 작업 수행 중에 중요도가 더 높은 인터럽트가 발생하는 것을 허락할 필요가 있습니다.
- A라는 프로그램이 수행되다가 인터럽트가 발생하면 인터럽트 처리 루틴 내에서의 함수 호출 및 리턴 정보는 A의 커널 스택에 저장
- 요청된 인터럽트에 대한 처리를 수행하던 중에 또 다른 인터럽트 발생
- 인터럽트 처리 중 발생하는 함수 호출 및 리턴과 관련된 정보를 A의 커널 스택에 또 다시 저장
- 스택에서 함수를 호출한 후 호출된 함수가 또 다른 함수를 호추할 때와 마찬가지로 중요도가 높은 인터럽트를 먼저 처리하고난 후, CPU를 점령당한 이전의 인터럽트로 돌아가서 하던 작업을 처리하게 됨
정리하자면,
인터럽트 처리 중에 인터럽트가 발생한다고 해도 이전 인터럽트 발생했을 때의 프로그램 스택에 이전 인터럽트 정보를 저장하게 됩니다.
소프트웨어 인터럽트
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통상적으로 인터럽트라고 하면 하드웨어 인터럽트를 의미하고, 소프트웨어 인터럽트는 트랩이라는 용어라고 불립니다.
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소프트웨어 인터럽트의 예로는 예외 상황(exception), 시스템 콜(system call) 등이 있습니다.
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예외 상황이란 프로세스가 0으로 나누는 연산 등 불가능한 작업을 시도하거나, 자신의 메모리 영역 바깥을 접근하려는 시도를 할 때 이에 대한 처리를 위해 발생시키는 인터럽트를 말합니다.
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시스템 콜이란 프로그램이 자신이 작성하지 않은 코드를 운영 체제로부터 서비스받기 위해 발생시키는 인터페이스
즉, 응용프로그램의 요청에 커널에 접근하기 위한 인터페이스
예를 들면, 실제 printf()함수를 사용할 때 printf() 함수는 궁극적으로 운영 체제 내에 정의된 write()라는 시스템 콜을 호출합니다. -
일반적인 함수 호출과 시스템을 콜을 비교하자면,
함수 호출이란 자신이 작성한 함수 또는 라이브러리에서 정의된 함수를 호출하는 것을 말하고, 시스템 콜이란 운영 체제에 정의된 함수를 호출하는 것을 말합니다. -
소프트웨어 인터럽트는 하드웨어 인터럽트처럼 CPU에 인터럽트 라인을 세팅하여 발생시키는 인터럽트가 아니라 프로그램 수행 도중 직접 CPU에 인터럽트 라인을 세팅하여 발생시키게 됩니다.
