[OS] 인터럽트(Interrupt)

jh Seo·2026년 3월 17일

운영체제

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인터럽트

CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어등의 장치나 예외상황이 발생하여 처리가 필요할 경우에
마이크로프로세서에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것.

인터럽트는 크게 하드웨어 인터럽트와 소프트웨어 인터럽트로 나눈다.

하드웨어 인터럽트

하드웨어가 발생시키는 인터럽트

CPU가 아닌 다른 하드웨어 장치가 CPU에 어떤 사실을 알려주거나, CPU 서비스를 요청해야 할 경우 발생시킨다.
비동기 방식으로 작동한다.

소프트웨어 인터럽트

소프트웨어가 발생시키는 인터럽트

인터럽트를 발생시키기위해 하드웨어/소프트웨어는 CPU내에 있는 인터럽트 라인을 세팅하여 인터럽트를 발생시킨다.
CPU는 매번 명령을 수행하기 전에 인터럽트 라인이 세팅되어 있는지를 검사한다.
동기화 방식으로 작동한다.

종류로는 system call, 예외상황(Exception) 발생등이 있다.

인터럽트 과정

Process A 실행 중 디스크에서 어떤 데이터를 읽어오라는 명령을 받았다고 가정해보자.

process A는 System Call을 통해 인터럽트를 발생시킨다.
CPU는 현재 진행 중인 기계어 코드를 완료한다.
실행중인 레지스터 값들을 커널 스택으로 옮긴다.
현재까지 수행 중이였던 프로세스의 상태를 해당 process의 PCB(Process Control Block)에 저장한다.
인터럽트 벡터를 읽고, ISR 주소값을 얻어 ISR(Interrupt Service Routine)로 점프하여 루틴을 실행한다.
해당 코드를 실행한다.
해당 일을 다 처리하면, 대피시킨 레지스터를 복원한다.
ISR의 끝에 IRET 명령어에 의해 인터럽트가 해제된다.
IRET 명령어가 실행되면, 대피시킨 PC 값을 복원하여 이전 실행 위치로 복원한다.

간략하게 요약하면

인터럽트 요청
CPU가 처리하던 프로세스 중단
실행중인 상태 PCB에 저장
인터럽트 원인 판별
인터럽트 처리 루틴 (ISR)을 이용한 처리
상태 복구
PCB에서 실행 중이던 프로세스 정보 가져오기
명령어 수행

인터럽트와 특권 명령

명령어의 종류

CPU가 수행하는 명령에는 일반 명령과 특권 명령이 존재한다.

일반 명령

메모리에서 자료를 읽어오고, CPU에서 계산을 하는 등 명령이고, 모든 프로그램이 수행할 수 있는 명령이다.

특권 명령

보안이 필요한 명령이다. 입출력 장치, 타이머등의 장치를 접근하는 명령이다. 특권 명령은 항상 운영체제만이 수행가능하다.

Kernel mode vs user mode

운영체제는 하드웨어적인 보안을 유지하기 위해 기본적으로 두가지 operation을 지원한다.

kernel mode

운영체제가 cpu가 제어권을 가지고 명령을 수행하는 모드이다.
일반 명령과 특권 명령을 수행 가능하다.

user mode

일반 사용자 프로그램이 cpu 제어권을 가지고 명령을 수행하는 모드이다.
일반 명령만을 수행할 수 있다.

과정

Process A가 명령 수행중에 디스크 입출력 명령을 읽은 경우이다.
사용자 프로그램은 입출력 장치에 접근하라는 명령을 수행할 수 없다.
user mode이기 때문이다.

이런 경우에 사용자 프로그램은 운영체제에 시스템 콜을 통해 특권 명령을 대신 수행해달라고 요청한다.
시스템 콜은 주소 공간 자체가 다른 곳(커널 영역)으로 이동해야하므로
프로그램이 CPU내부의 인터럽트 라인에 인터럽트를 세팅하는 명령을 통해 이뤄진다.

시스템 콜은 커널 영역의 기능을 사용자 모드가 사용 가능하게 한다.
즉 프로세스가 하드웨어에 직접 접근하여 필요한 기능을 사용할 수 있게 해준다.

CPU가 인터럽트 라인을 검사하고 인터럽트가 발생한 것을 감지하게 된다.
현재 수행중인 사용자 프로그램을 잠시 멈추고 CPU의 제어권을 운영체제에게 양도한다.(kernel mode)
그리고 이 때 하드웨어적으로 모드 비트가 1에서 0으로 자동으로 세팅되어 특권 명령을 수행할 수 있게 된다.