190102&0109/21~22/인터럽트 종류 & 인터럽트 내부 동작

2019년 01월 02일 <인터럽트 종류>

인터럽트 처리 예

- CPU가 프로그램을 실행하고 있을때.

- 입출력 하드웨어 등의 장치 이슈 발생

->파일 처리가 끝났다는 것을 운영체제에 알려주기

->운영체제는 해당 프로세스를 block state에서 실행대기 상태로 프로세스 상태 변경하기

- 또는 예외 상황이 발생

-> 0으로 나누는 계산이 발생해서, 예외 발생을 운영체제에 알려주기

-> 운영체제가 해당 프로세스 실행중 중지/에러 표시

이벤트와 인터럽트

>인터럽트는 일종의 이벤트라고 불림

>이벤트에 맞게 운영체제가 처리

주요 인터럽트 (Interrupt)

1. 계산하는 코드에서 0으로 나누는 코드 실행시 (Didvide-by-Zero Interrupt)

#include <stdio.h>
 
int main(){
 
printf("Hello World!\n");
 
int data;
 
int divider =0;
 
data = 1/ divider;    // 1/0 --> 중지 에러
 
return 0;
 
}

> 1/0 에서 운영체제는 interrupt 하여 프로세스를 종료함

2. 타이머 인터럽트

>선점형 스케쥴러를 위해 필요

- 하드웨어로 부터 일정 시간마다 타이머 인터럽트를 운영체제에 알려줌

3. 입출력(IO) 인터럽트

- ex) 프린터, 키보드, 마우스, 저장매체(SSD)

인터럽트 종류

- 내부 인터럽트 / 소프트웨어 인터럽트

>주로 프로그램 내부에서 잘못된 명령 또는 잘못된 데이터 사용시 발생

- 0으로 나눴을 때

- 사용자 모드에서 허용되지 않은 명령 또는 공간 접근시

+ C언어 포인터가 잘못도니 주소를 가르켰을때 에러

- 계산 결과가 Overflow/Underflow 날 때

+ int(32bit) 2^31 + 2^31 --> Overflow

- 외부 인터럽트 / 하드웨어 인터럽트

>주로 하드웨어에서 발생된느 이벤트 (프로그램 외부)

-전원 이상

-기계문제

-키보드 등 IO 관련 이벤트

-Timer 이벤트

2019년 01월 02일 <인터럽트 내부 동작>

시스템 콜 인터럽트

- 시스템 콜 실행을 위해서는 강제로 코드에 인터럽트 명령을 넣어, CPU에게 실행 시켜야 한다.

- 시스템 콜 실제 코드

1. eax 레지스터에 시스템 콜 번호를 넣고

2. ebx 레지스터에는 시스켐 콜에 해당하는 인자값을 넣고,

3. 소프트웨어 인터럽트 명령을 호출하면서 0x80값을 넘겨줌

mov eax, 1    //시스템 콜 번호

mov ebx, 0    //시스템 콜 인자

int 0x80    //소프트웨어 인터럽트 명령 (int 는 인터럽트 명령어임) <int>==<opcode>

인터럽트와 시스템 콜 (고급)

-시스템콜 인터럽트 명령을 호출하면서 0x80값을 넘겨줌

1. CPU는 사용자 모드를 커널 모드로 바꿔줌

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

3. system_call() 함수에서 eax 로부터 시스템 콜 번호를 찾아서, 해당 번호에 맞는 시스템콜 함수로 이동

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

사용자/커널 모드와 프로세스, 인터럽트

ex)

Process A(User) --<SystemCall>--> SystemCallHandler(Kernel) --> Process A --<Timer Interrupt(A의 시간 만료)>--> Process Scheduler(Kernel)-->Process B 

인터럽트와 IDT

- 인터럽트는 미리 정의되어 각각 번호와 실행 코드를 가리키는 주소가 기록되어 있음

- 어디에? IDT (Interrupt Desciptor Table) 에 기록

+IDT -> 이벤트 번호: 실행코드의 주소 (함수)

- 언제? 컴퓨터 부팅시 운영체제가 기록

- 어떤 코드? 운영체제 내부 코드 => 커널모드, 커널영역

- 앞에 시스템콜 에를 보면

1. 항상 인터럽트 발생시, IDT를 확인

2. 시스템콜 인터럽트 명령은 0x80 번호가 미리 정의

3. 인터럽트 0x80 에 해당하는 운영체제 코드는 system_call()이라는 함수

4. 즉, IDT에는 0x80 -> system_call()와 같은 정보가 기록되어 있음

- 리눅스의 예

- 0~31: 예외상황(내부/소프트웨어) 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) (커널모드)

4. 현 프로세스 재실행