인터럽트는 무엇이며 어떤 역할을 할까?

 

요즘 회사 업무를 보면서 CS지식이 부족해 업무에 대한 이해를 완벽히 하지 못하는 경우가 많았다. 그래서 우선 컴퓨터 구조 & 운영체제에 대해 공부하기 위해 인터넷에 올라와있는 반효경 교수님의 강의를 수강하고 있다. 공부 내용은 블로그에 하나하나씩 정리하려 한다. 운영체제 첫 강의 중 인터럽트라는 생소한 용어가 나왔다.. 이번 시간엔 인터럽트라는 것이 왜 존재하며 무슨 역할을 하는지 조금 더 알아보겠다.

 

인터럽트란 무엇인가?

우선 인터럽트가 대략 무엇인지 이해하기 쉽게 예시를 들어보자.

🗣 나는 지금 블로그 글을 쓰고 있다. 그러던 중 중요한 전화가 온다.
그러면 나는 글 쓰는 것보다 전화를 받는 행위가 우선순위가 될 것이다.
잠시 글쓰던 것을 멈추고 통화를 하게 되고, 통화가 끝난 후에는 다시 글 쓰던 것을 이어간다.

이렇게 하나의 일을 수행하던 도중, 더 높은 우선순위의 일을 처리하기 위해 이전의 일을 멈추도록 신호(위의 예시에선 휴대폰의 벨소리 혹은 진동이 되겠다.)를 보내는 것이 쉽게 말해 인터럽트이다.

인터럽트의 사전적 정의는 ‘중단/차단하다’의 의미를 가진다. 위키피디아에선 PC 아키텍처 입장에서의 인터럽트를 다음과 같이 정의하고 있다.

이벤트가 적시에 처리될 수 있도록 프로세서가 현재 실행 중인 코드를 중단하라는 요청

(출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Interrupt )

이 말은 즉 인터럽트를 통해 프로세서가 중요도에 따라 명령을 실행하는 순서를 변경할 수 있다는 것이다. 대부분의 경우 인터럽트를 생성하는 장치는 키보드, 마우스, 프린터, 하드 드라이브 등과 같은 하드웨어 장치이며 프로그램 자체도 인터럽트를 생성할 수 있다.

 

 

그러면 왜 인터럽트를 사용하지?

다시 위의 예시로 돌아가보자.
예시에서 인터럽트=휴대폰의 벨소리와 같다고 설명하였다.

만약 휴대폰 벨소리가 없어서 우선순위에 있는 전화를 받지 못한다면 어떻게 해야 전화가 온 것을 알 수 있을까?

 

전화가 오는지 안오는지 계속 확인하면 된다..!

물론 글 쓰는 것에 온전히 집중하던 것을 포기하고 수 초 간격으로 휴대폰 화면을 계속 주기적으로 확인한다면 가능하겠다. 이를 소프트웨어적으로 봤을 때는 해당 프로세스를 Polling 하는 것과 같다. 하지만 올지도 안 올지도 모르는 전화를 주기적으로 확인하는 것과, 휴대폰이 한 대가 아니라 여러 대라면? 중요한 전화인 줄 알았는데 스팸 전화였다면? 이를 모두 감당하는 것은 굉장한 자원 낭비일 것이다.
반면에 휴대폰 벨소리 또는 진동과 같은 인터럽트를 사용하게 된다면 프로세서는 인터럽트를 수신함으로써 현재 일을 중지하고 우선순위의 일을 먼저 처리할 수 있게 된다. 인터럽트는 컴퓨터를 훨씬 효율적으로 제어할 수 있도록 도와준다.

 

 

인터럽트 처리

이제 인터럽트가 무엇이고 왜 사용하는지 이해했다면 실제로 컴퓨터 상에서 인터럽트는 어떻게 처리되는지 알아보겠다.

인터럽트 매커니즘

위 그림을 보면서 인터럽트 처리 과정을 순서대로 이해해보자.
우선 CPU가 IRQ(Interrupt Request) 인터럽트 신호를 수신받는다. 이때 여러 인터럽트에 대한 우선순위와 발생 주소를 보관하고 있어야 한다. 이를 이해하기 위해서 먼저 두 가지 용어를 숙지하자.


ISR(Interrupt Service Routine)

💡 하드웨어 장치의 인터럽트 요청에 의해 호출되는 소프트웨어 프로세스. 인터럽트 핸들러(Interrupt Handler)라고도 한다. ISR의 기본 예는 키보드의 키를 누르거나 떼는 것과 같은 키보드 이벤트 처리 루틴이 있다. 키를 누를 때마다 ISR이 입력을 처리한다.

인터럽트 벡터(Interrupt Vector)

💡 ISR의 주소를 보관하기 위해 별도로 설정한 메모리 위치.

모든 인터럽트는 ISR이 있어야 한다. 인터럽트가 발생하면 프로세서는 인터럽트 서비스 루틴(ISR)을 실행해야 하는데, 이를 위해 인터럽트 벡터 테이블에 ISR의 주소를 저장하게 된다.

 

 

인터럽트 실행 단계

인터럽트 실행 단계를 다시 한번 정리하자면,

1. 인터럽트 요청 발생
2. 현재 실행 중인 명령어를 닫고 다음 명령어(PC: Program Counter)의 주소를 프로세스 스택에 저장한다.
3. 인터럽트 서비스 루틴(ISR)의 주소를 보유하고 있는 인터럽트 벡터 테이블의 메모리 위치로 점프한다.
4. 인터럽트 벡터 테이블에서 ISR의 주소를 가져와 그곳으로 점프한다. RETI(인터럽트 복귀)인 인터럽트 서비스 서브루틴을 실행하기 시작한다.
5. RETI 명령을 실행하면 프로세서는 중단된 위치로 돌아간다. 프로세스 스택에서 프로그램 카운터(PC) 주소를 가져온다. 그런 다음 해당 주소에서 실행을 시작한다.

 

마치며..

인터럽트가 무엇이고, 왜 사용하는지, 그리고 인터럽트가 내부적으로 어떤 과정을 통해 사용되는지 쉽고 간략하게 정리해보았다. 아직 부족한 상태에서 공부하면서 정리하느라 더 깊은 설명이 부족했던 게 아쉬웠다. 인터럽트에 대한 기본적인 개념을 알고싶은 분들에게 도움이 되었으면 한다. 남은 운영체제 강의도 수강하면서 차차 정리할 계획이다.



출처

• https://www.geeksforgeeks.org/purpose-of-an-interrupt-in-computer-organization/https://www.tutorialspoint.com/what-is-an-interrupt-and-how-does-the-processor-handle-normal-and-multiple-interrupts
• https://www.techtarget.com/whatis/definition/interrupt
• https://www.tutorialspoint.com/embedded_systems/es_interrupts.htm
• https://www.naukri.com/learning/articles/interrupts-in-operating-system/

이미지 출처

• https://www.psypost.org/2018/05/just-cell-phone-possession-can-impair-learning-study-suggests-51228
• https://www.researchgate.net/figure/The-Mechanism-of-Interrupt_fig1_262161194