HW, SW 인터럽트에 대해 설명해 주세요.

인터럽트는 발생 원인에 따라 CPU 외부 장치가 발생시키는 하드웨어 인터럽트와 프로그램 내부에서 발생하는 소프트웨어 인터럽트로 나뉩니다.

한눈에 비교

전체 분류 체계

인터럽트
  │
  ├── 하드웨어 인터럽트 (외부, 비동기)
  │    │
  │    ├── 마스커블 (Maskable)
  │    │    - CLI 명령으로 비활성화 가능
  │    │    - 키보드, 마우스, 디스크, NIC, 타이머
  │    │
  │    └── 논마스커블 (NMI)
  │         - 비활성화 불가능
  │         - 전원 이상, 메모리 패리티 오류, 하드웨어 고장
  │
  └── 소프트웨어 인터럽트 (내부, 동기)
       │
       ├── 트랩 (Trap) — 의도적
       │    - 시스템 콜 (int 0x80, syscall)
       │    - 디버그 브레이크포인트 (int 3)
       │
       └── 예외 (Exception) — 비의도적
            ├── Fault — 복구 후 같은 명령어 재실행 (페이지 폴트)
            ├── Trap  — 다음 명령어로 진행 (오버플로우)
            └── Abort — 복구 불가 (Double Fault)

하드웨어 인터럽트 (HW Interrupt)

특징

처리 흐름

장치 이벤트 발생 (예: 키보드 'A' 입력)
    │
    ▼
키보드 컨트롤러 → IRQ1 → 인터럽트 컨트롤러(APIC)
    │
    ▼
APIC: 우선순위 판단 → CPU INTR 핀에 신호 + 벡터 번호(33) 전달
    │
    ▼
CPU: 현재 명령어 완료 → IF 확인 → 상태 저장
    │
    ▼
IDT[33] → 키보드 ISR 주소 조회
    │
    ▼
커널 모드 전환 → ISR 실행
    │
    ├── [Top Half] 스캔 코드 읽기, 버퍼 저장
    └── [Bottom Half] 문자 변환, 프로세스 깨우기
    │
    ▼
EOI 전송 → 상태 복원 → iret → 사용자 모드 복귀

마스커블 vs 논마스커블

[마스커블]
cli 실행 (IF=0)
  → 키보드 인터럽트 발생 → 보류 (IF=0이므로)
sti 실행 (IF=1)
  → 보류된 인터럽트 처리

[논마스커블]
cli 실행 (IF=0)
  → 전원 이상 NMI 발생 → 즉시 처리 (IF 무관)

대표적인 하드웨어 인터럽트

소프트웨어 인터럽트 (SW Interrupt)

특징

트랩 (Trap) — 의도적

프로그래머가 명시적으로 커널 기능을 요청할 때 발생합니다.

사용자 프로그램: read(fd, buf, size) 호출
    │
    ▼
glibc: RAX = 0 (시스템 콜 번호) 세팅
    │
    ▼
syscall 명령어 실행 → 트랩 발생
    │
    ▼
CPU: 상태 저장 → 커널 모드 전환
    │
    ▼
시스템 콜 디스패처: sys_call_table[0] → sys_read() 실행
    │
    ▼
완료 → RAX에 결과 → sysret → 사용자 모드 복귀

예외 (Exception) — 비의도적

프로그램 실행 중 CPU가 비정상 상황을 감지할 때 발생합니다.

프로그램: int result = 10 / 0;
    │
    ▼
CPU: 나누기 명령 실행 → 제수가 0 감지
    │
    ▼
Divide Error 예외 발생 (벡터 0)
    │
    ▼
IDT[0] → Divide Error 핸들러 실행
    │
    ▼
커널: 프로세스에 SIGFPE 시그널 전송 → 프로세스 종료 또는 처리

처리 과정 비교

[하드웨어 인터럽트]
장치 → IRQ → APIC → CPU INTR 핀
  → 상태 저장 → IDT 조회 → ISR 실행
  → EOI 전송 → 상태 복원 → iret

[소프트웨어 인터럽트 — 트랩]
프로그램 → syscall 명령어 → CPU 직접 처리
  → 상태 저장 (RCX, R11) → 커널 진입
  → sys_call_table 조회 → 커널 함수 실행
  → sysret → 복귀

[소프트웨어 인터럽트 — 예외]
명령어 실행 중 오류 → CPU가 감지
  → 상태 저장 + Error Code → IDT 조회
  → 예외 핸들러 실행
  → Fault: 같은 명령어 재실행 / Abort: 프로세스 종료

Java에서 HW / SW 인터럽트 발생 상황

// ═══ 소프트웨어 인터럽트 (트랩 — 시스템 콜) ═══
System.out.println("hello");            // write() 시스템 콜
new FileInputStream("data.txt");        // open() 시스템 콜
new Socket("example.com", 80);          // socket() + connect()
new Thread(() -> {}).start();           // clone() 시스템 콜
Thread.sleep(1000);                     // nanosleep() 시스템 콜

// ═══ 소프트웨어 인터럽트 (예외) ═══
int result = 10 / 0;                    // Divide Error (벡터 0)
                                        //  → ArithmeticException
Object obj = null;
obj.toString();                         // GPF/SIGSEGV (벡터 13/14)
                                        //  → NullPointerException
byte[] huge = new byte[100_000_000];
huge[0] = 1;                            // Page Fault (벡터 14)
                                        //  → 커널이 물리 페이지 할당

// ═══ 하드웨어 인터럽트 ═══
Scanner sc = new Scanner(System.in);
sc.nextLine();                          // 키 입력마다 IRQ1 (키보드)

Files.readAllBytes(Path.of("big.dat")); // 디스크 I/O 완료 시 IRQ14
                                        //  DMA 전송 완료 인터럽트

socket.getInputStream().read();         // 패킷 도착 시 IRQ11 (NIC)

Thread.sleep(1000);                     // 1초 후 타이머 인터럽트 (IRQ0)
                                        //  → 프로세스 깨움

Java 프로그램 실행 타임라인:

사용자 모드 ●━━━●━━━━━●━━━━●━━━━━━━━━━●━━━━━●
                │       │      │            │       │
              트랩   HW인터럽트 예외      HW인터럽트 트랩
           (write)  (키보드) (÷0)     (디스크)  (sleep)
                │       │      │            │       │
커널 모드       ●━●     ●━●    ●━●         ●━●     ●━●

SW 인터럽트: 프로그램 흐름 안에서 동기적으로 발생
HW 인터럽트: 프로그램 흐름과 무관하게 비동기적으로 발생