인터럽트?

 

인터럽트(Interrupt)는 컴퓨터 시스템에서 중요한 개념으로,
CPU가 현재 실행 중인 작업을 중단하고 다른 작업을 처리하도록 하는 신호다.
이 과정은 효율적인 작업 처리를 위해 매우 중요한 역할을 하며,

특히 실시간 처리가 필요한 시스템에서 그 필요성이 강조된다.
이번 글에서는 인터럽트의 정의, 동작 원리, 종류,
그리고 실제 활용 예시까지 상세히 알아보자.

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인터럽트

인터럽트는 하드웨어나 소프트웨어가 CPU에 보내는 신호로, CPU의 현재 작업을 일시적으로 중단시키고, 중요한 작업을 즉시 처리할 수 있도록 한다. 이 신호가 들어오면 CPU는 현재 실행 중인 프로세스를 멈추고, 우선순위가 높은 다른 작업을 처리한 뒤, 다시 원래 작업으로 돌아간다.

 

인터럽트의 동작 원리

인터럽트가 발생하면 다음과 같은 과정이 이루어진다.

1. 인터럽트 신호 발생: 외부 장치나 내부 소프트웨어에서 인터럽트 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 하드 디스크에서 데이터를 읽어와야 하는 경우나, 사용자가 키보드를 눌렀을 때 등 다양한 상황에서 인터럽트가 발생할 수 있다.
2. 현재 작업 중지: CPU는 현재 실행 중인 작업을 중단하고, 그 작업을 안전한 지점에 저장한다. 이를 "컨텍스트 스위칭(context switching)"이라고 하며, 중단된 작업은 나중에 다시 실행할 수 있도록 정보를 보존한다.
3. 인터럽트 처리: CPU는 인터럽트 서비스 루틴(ISR)이라 불리는 특별한 코드 블록을 실행하여, 인터럽트 요청을 처리한다. 예를 들어, 하드웨어 인터럽트라면 하드웨어 장치에 대한 처리를 하고, 소프트웨어 인터럽트라면 프로그램 내에서 요청된 처리를 수행한다.
4. 원래 작업으로 복귀: 인터럽트 처리가 끝난 후, CPU는 중단되었던 작업으로 돌아가서 계속해서 실행을 이어간다.

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인터럽트의 종류

인터럽트는 발생 원인에 따라 여러 가지로 분류됩니다. 주요 종류는 다음과 같습니다.

하드웨어 인터럽트

하드웨어 인터럽트는 외부 장치나 하드웨어에서 발생하는 신호다. 예를 들어, 키보드 입력, 마우스 클릭, 디스크 읽기/쓰기 요청 등이 있다. 하드웨어 장치는 CPU에 인터럽트를 보내어 데이터를 처리하도록 요청한다.

소프트웨어 인터럽트

소프트웨어 인터럽트는 프로그램에서 명시적으로 요청하는 인터럽트다. 예를 들어, 시스템 호출(system call)은 프로그램이 운영체제의 서비스를 요청할 때 발생하는 인터럽트의 일종이다. 소프트웨어 인터럽트는 보통 프로세스 간의 통신이나 자원 요청 등에 사용된다.

예외 인터럽트

예외(Exception) 또는 오류(Error)는 프로그램 실행 중에 발생할 수 있는 예기치 않은 상황으로, 예를 들어 0으로 나누기나 잘못된 메모리 접근과 같은 오류가 발생할 때 인터럽트가 발생하여 이를 처리하도록 한다. 이를 통해 시스템은 오류를 감지하고 적절한 대응을 할 수 있다.

인터널 인터럽트

CPU 내에서 발생하는 인터럽트다. 주로 타이머 인터럽트, 시스템 상태 변화 등과 관련이 있다.

 

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인터럽트의 활용.

인터럽트는 컴퓨터 시스템에서 매우 중요한 역할을 하며, 다양한 분야에서 활용된다. 

실시간 시스템

실시간 시스템에서는 인터럽트를 활용하여 시간에 민감한 작업을 우선적으로 처리한다. 예를 들어, 의료 기기나 자동차 제어 시스템에서 실시간으로 데이터를 처리해야 할 때 인터럽트는 필수적이다.

멀티태스킹

컴퓨터가 여러 작업을 동시에 처리할 수 있도록 하는 멀티태스킹 시스템에서도 인터럽트는 중요한 역할을 한다. CPU는 인터럽트를 통해 각 작업을 순차적으로 처리하면서도 동시에 여러 작업이 실행되고 있다는 느낌을 줄 수 있다.

장치 제어

하드웨어 장치와의 상호작용에서도 인터럽트가 사용된다. 예를 들어, 네트워크 카드나 디스크 드라이브 등은 데이터를 전송할 때 인터럽트를 발생시켜 CPU가 이를 처리하도록 한다.

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인터럽트의 장점

• 효율성 : 인터럽트를 사용하면 CPU가 불필요하게 대기하지 않고 필요한 작업을 즉시 처리할 수 있다. 이는 시스템 성능을 크게 향상시킨다.
• 실시간 처리 : 인터럽트는 시간에 민감한 작업을 우선 처리할 수 있게 해 주므로, 실시간 처리 시스템에서 필수적이다.
• 리소스 절약 : CPU는 다른 작업을 처리하다가 필요한 순간에만 인터럽트를 통해 작업을 중단하고 중요한 작업을 처리하므로, 리소스를 효율적으로 사용할 수 있다.

결론

인터럽트는 컴퓨터 시스템에서 중요한 역할을 하며, 효율적인 리소스 관리와 실시간 처리를 가능하게 한다. 다양한 장치와 프로세스가 동시에 작동하는 현대 컴퓨터에서 인터럽트는 필수적인 기술로 자리 잡고 있다. 이를 잘 활용하면 시스템의 성능을 극대화하고, 다양한 분야에서 보다 안정적이고 빠른 처리가 가능해진다.