Interrupt and Polling¶

Interrupt와 Polling은

• CPU에게 어떤 event들이 발생했음을 알리고
• 이들을 처리하기 위해 제안된 두가지 방법임.

event가 발생했을 때, CPU는 대개의 경우 어떤 process를 처리하고 있을 경우가 많음.
즉, CPU는 어떤 process를 처리하고 있는 도중이라도 특정 event들이 발생했는지 여부를 알 수 있어야 하고 이를 처리할 수 있어야 함.

예를 들어, 키보드에서 입력이 된 event가 발생했으나 CPU가 특정 process를 처리하느라 이를 인식하지 못할 경우 사용자는 해당 process가 종료되기 전까지는 키보드를 통한 어떤 입력도 수행되지 못하는 것을 보게될 것이고 이는 컴퓨터가 죽은 게 아닌가 생각하게 될 것임. 때문에 interrupt나 polling을 통해 event를 확인하고 처리할 수 있어야 함.

Polling¶

Polling 방식의 경우, CPU는 일정시간 간격으로 현재 수행 중인 process를 잠시 멈추고, event들이 발생했는지를 점검 하게 된다.

점검해야할 모든 event들을 주기적으로 체크하는 방식 이기 때문에 점검해야 하는 event의 수가 많아질수록 CPU에 걸리는 부하가 커진다.

때문에 현재는 interrupt 방식이 polling 보다 많이 사용되며, 실제로 HW적으로 구현된 interrupt system이 사용 된다.

오늘날 Polling은 일종의 protocol이며 SW적으로 구현하여 특정 처리 등을 할 때 사용된다.

Interrupt¶

Interrupt는 CPU가 주도적으로 체크하는 polling 과 달리, event가 발생된 경우 해당 event와 관련된 device가 CPU에게 event가 발생 되었다고 알려준다.

주변기기에서 발생한 interrupt의 처리과정을 예를 들어 살펴보면 다음과 같다.

1. 주변기기에서 CPU가 attention해야만 하는 event가 발생시, Interrupt ReQuest (IRQ)을 생성하여 CPU(or processor)에게 보내게 됨
2. 이를 받은 processor는 현재 작업 수행(execution)의 상태를 저장하고 수행을 멈춘다.
3. 그리고 해당 interrupt의 interrupt vector를 참고하여 처리를 수행할 interrupt handler (or interrupt service routine)를 호출하게된다.
4. interrupt handler는 해당 interrupt를 처리하는 작업을 수행하게 된다. interrupt handler는 특정 interrupt에 해당하는 event시 처리되어야할 작업을 구현한 function 이라고 생각하면 됨.
5. interrupt handler가 처리를 끝내면, processor는 중단시킨 작업(process)를 다시 재개한다.

Stack 과 interrupt¶

현재 실행 중이었던 process의 상태를 저장하고, interrupt handler가 종료되고 나면 돌아올 주소 등이 저장하기 위해 사용되는 자료구조가 stack으로, 오늘날 processor들은 이를 위한 stack을 hardware로 구현하고 있다.

이같은 상태 저장 등은 interrupt handler가 책임지고 수행한다.

Interrupt vector¶

Interrupt handler가 위치하고 있는 memory address등을 가지고 있음.

발생한 interrupt의 종류와 이를 처리할 interrupt handler의 memory address등을 가지고 있음.

(Interrupt) Mask, Priority and Timer¶

특정 interrupt를 켜고 끌 수 있으며 이에 대한 정보를 가지고 있는 mask 가 존재함.

또한 interrupt들은 priority(우선순위)를 가지며 높은 우선순위의 interrupt 가 우선적으로 처리된다.

지나치게 interrupt처리에 많은 시간을 줄 수 없으며, 이같은 시간제한을 위한 timer interrupt도 존재함.

참고: OS와 signal (or event) handler system.¶

SW적 관점에서 OS는 마치 hardware interrupt를 모방한 virtual or software interrupt system 을 가지고 있다.

User application에서

1. system call을 통해 Kernel mode로 동작을 요청할 때
2. software interrupt (=trap)가 발생하며,
3. 이후로 kernel mode가 되어 해당 처리가 완료된 이후,
4. 원래의 User application의 user mode로 돌아와 작업이 재개된다.

UNIX에서는 이러한 software interrupt 개념에 착안하여,

• 프로세스에게 비동기적 으로 event 발생을 통보하기 위한 signal mechanism을 제공.
• Signal은 software interrupt와 유사하게 현재 실행 흐름을 중단하고 등록된 handler를 호출 한다.
• 하지만, CPU 명령어에 의해 동기적으로 발생하는 software interrupt(trap) 와 달리
• kernel이 프로세스 단위로 전달하는 비동기적/동기적 통보 메커니즘 이라는 점에서 구별됨:
  • CTRL+C에 의한 SIGINT도 대표적인 signal의 예임
  • CPU Exception에 의해 만들어지는 SIGNAl은 동기적이나
  • 다른 SIGNAL은 모두 비동기적임.
  • S/W Interrupt는 CPU 에서 발생하나,
  • SIGNAL은 항상 Kernel이 생성하고 전달함 (발생원인은 CPU일수도 그외의 H/W일수도 있음).

SIGNAL 요약

하지만 최근에는 signal이라는 용어보다 event라는 용어가 더 많이 사용된다.

보다 자세한 건 다음 url을 참고할 것 : Interrupt 요약

참고: H/W Interrupt vs. S/W Interrupt vs. Signal¶

• H/W Interrupt는 외부 장치가 CPU에게 알리는 것(External, Asynchronous)이고,
• S/W Interrupt는 프로그램이 CPU를 통해 Kernel에게 요청(CPU의 명령어 execute 통해)하는 것(Internal, Synchronous) 이며,
• Signal은 Kernel이 프로세스에게 통보하는 것 (Kernel, Asynchronous/Synchronous).