Chapter 03 프로세스 & 스케쥴러 (4)

인터럽트란?

   CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 창지나 또는 예외상황이

   발생하여 처리가 필요할 경우에 CPU에 알려서 처리하는 기술

   > 어느 한 순간 CPU가 실행하는 명령은 하나!

      다른 장치와 어떻게 커뮤니케이션을 할까요?

 

인터럽트가 필요한 이유

   * 선점형 스케줄러 구현

      프로세스 running 중에 스케줄러가 이를 중단시키고, 다른 프로세스로 교체하기

      위해, 현재 프로세스를 중단 시켜야 한다

        현재 프로세스가 중단이 되려면 스케줄러 코드가 실행이 되서

        현 프로세스 실행을 중지시켜야 한다

   * IO Devices와의 커뮤니케이션

      저장매체에서 데이터 처리 완료시 프로세스를 깨워야 한다 (block state -> ready state)

   * 예외 상황 핸들링

       CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치나 또는

       예외상황이 발생할 경우, CPU가 해당 처리를 할 수 있도록 CPU에 알려줘야 함

 

인터럽트 처리의 예

   CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때

     > 입출력 하드웨어 등의 장치 이슈 발생

         파일 처리가 끝났다는 것을 운영체제에 알려주기

         운영체제는 해당 프로세스를 block state에서 실행 대기(ready) 상태로 프로세스

         상태 변경하기

     > 또는 예외 상황이 발생

         0으로 나누는 계산이 발생해서, 예외 발생을 운영체제에 알려주기

         운영체제가 해당 프로세스 실행 중지/에러 표시

 

이벤트와 인터럽트

   인터럽트는 일종의 이벤트로 불림

   이벤트에 맞게 운영체제가 처리

 

주요 인터럽트 (Interrupt)

   1. 계산하는 코드에서 0으로 나누는 코드 실행 시 (Divide by Zero Interrupt)

   2. 타이머 인터럽트 : 선점형 스케줄러를 위해 필요

      하드웨어로부터 일정 시간마다 타이머 인터럽트를 운영체제에 알려줌

   3. 입출력(IO) 인터럽트 : 프린터, 키보드, 마우스, 저장매체(SSD 등)

 

인터럽트 종류

   * 내부 인터럽트 : 주로 프로그램 내부에서 잘못된 명령 또는 잘못된 데이터 사용시 발생한다.

      - 0으로 나눴을 때

      - 사용자 모드에서 허용되지 않은 명령 또는 공간 접근시

      - 계산 결과가 Overflow / Underflow 날 때

   * 외부 인터럽트 : 주로 하드웨어에서 발생되는 이벤트 (프로그램 외부)

      - 전원 이상

      - 기계 문제 

      - 키보드 등 IO 관련 이벤트

      - Timer 이벤트

 

※ 정리

   인터럽트 종류 : 내부 인터럽트, 외부 인터럽트

   내부 인터럽트 : 주로 프로그램 내부에서 발생하므로 소프트웨어 인터럽트라고도 함

   외부 인터럽트 : 주로 하드웨어에서 발생하므로 하드웨어 인터럽트라고도 함

 

시스템 콜 인터럽트

   시스템콜 실행을 위해서는 강제로 코드에 인터럽트 명령을 넣어 CPU에게 실행시켜야 한다

   시스템 콜 실제 코드

     - eax 레지스터에 시스템 콜 번호를 넣고

     - ebx 레지스터에는 시스템 콜에 해당하는 인자값을 넣고

     - 소프트웨어 인터럽트 명령을 호출하면서 0x80값을 넘겨줌

    > mov eax, 1

    > mov ebx, 0

    > int 0x80 // 소프트웨어 인터럽트 명령

 

인터럽트와 시스템 콜(고급)

   시스템콜 인터럽트 명령을 호출하면서 0x80값을 넘겨줌

     i. CPU는 사용자 모드를 커널 모드로 바꿔줌

     ii. IDT(Interrupt Descriptor Table)에서 0x80에 해당하는 주소(함수)를 찾아서 실행함 

     iii. System_call() 함수에서 eax로부터 시스템 콜 번호를 찾아서 해당 번호에 맞는 시스템콜 함수로 이동

     iv. 해당 시스템콜 함수 실행 후, 다시 커널 모드에서 사용자 모드로 변경하고, 다시 해당 프로세스 다음 코드 진행

 

사용자 / 커널 모드와 프로세스, 인터럽트

 

인터럽트와 IDT

   인터럽트는 미리 정의되어 각각 번호와 실행 코드를 가리키는 주소가 기록되어 있음

     - 어디에? IDT(Interrupt Descriptor Table)에 기록

     - 언제? 컴퓨터 부팅 시 운영체제가 기록

     - 어떤 코드? 운영체제 내부 코드

   예)

     - 항상 인터럽트 발생 시 IDT를 확인

     - 시스템콜 인터럽트 명령은 0x80 번호가 미리 정의 

     - 인터럽트 0x80에 해당하는 운영체제 코드는 system_call()이라는 함수

     - 즉, IDT에는 0X80 -> system_call()와 같은 정보가 기록되어 있음

   리눅스의 예

     - 0 - 31 : 예외상황 인터럽트 (일부는 정의안된 채로 남겨져 있음)

     - 32 - 47 : 하드웨어 인터럽트 (주변장치 종류 / 갯수에 따라 변경 가능)

     - 128 : 시스템 콜

 

인터럽트와 프로세스

   1. 프로세스 실행 중 인터럽트 발생

   2. 현 프로세스 실행 중단

   3. 인터럽트 처리 함수 실행 (운영체제)

   4. 현 프로세스 재실행

 

인터럽트와 스케줄러

   예) 선점형 스케줄러 구현

     수시로 타이머 인터럽트 발생

        운영체제가 타이머 인터럽트 발생 횟수를 기억해서 5번 타이머 인터럽트 발생하면, 현재 프로세스를 다른 프로세스로 바꿔준다.

 

출처 : 제로베이스