인터럽트가 무엇인지 설명해 주세요.

CPU가 현재 실행 중인 작업을 일시 중단하고 긴급한 이벤트를 먼저 처리한 뒤 원래 작업으로 복귀하는 메커니즘입니다.

인터럽트의 전체 분류

인터럽트 (넓은 의미)
  │
  ├── 하드웨어 인터럽트 (외부 인터럽트)
  │    │
  │    ├── 마스커블 (Maskable) ── cli로 비활성화 가능
  │    │    ex) 키보드, 디스크, NIC, 타이머
  │    │
  │    └── 논마스커블 (NMI) ── 비활성화 불가
  │         ex) 전원 이상, 메모리 패리티 오류
  │
  └── 소프트웨어 인터럽트 (내부 인터럽트)
       │
       ├── 트랩 (Trap) ── 의도적 발생
       │    ex) 시스템 콜, 디버그 브레이크포인트
       │
       └── 예외 (Exception) ── 비의도적 발생
            ├── Fault ── 복구 후 같은 명령어 재실행 (페이지 폴트)
            ├── Trap  ── 다음 명령어로 진행 (오버플로우)
            └── Abort ── 복구 불가 (Double Fault)

하드웨어 인터럽트 vs 소프트웨어 인터럽트

인터럽트 처리 흐름

① 인터럽트 발생
    ├── 하드웨어: 장치 → 인터럽트 컨트롤러 → CPU INTR 핀
    └── 소프트웨어: 프로그램 내 syscall/int 명령어 실행

② CPU가 현재 명령어 실행 완료

③ 현재 상태 저장 (PC, 레지스터, 플래그 → 스택)

④ IDT(Interrupt Descriptor Table)에서 벡터 번호로 핸들러 조회

⑤ 커널 모드 전환 (모드 비트 1 → 0)

⑥ ISR(Interrupt Service Routine) 실행

⑦ 저장된 상태 복원

⑧ 원래 프로그램으로 복귀 (iret 명령)

  프로그램 실행 중
  ────────●──────────────────────●──────────
          │ 인터럽트 발생         │ 복귀
          ▼                     ▲
  ┌───────────────────────────────┐
  │  ① 상태 저장                   │
  │  ② IDT → 핸들러 주소 조회      │
  │  ③ ISR 실행                   │
  │  ④ 상태 복원                   │
  └───────────────────────────────┘
          커널 모드에서 처리

IDT (Interrupt Descriptor Table)의 벡터 할당

하드웨어 인터럽트 처리 구조

하드웨어 장치         인터럽트 컨트롤러          CPU
┌─────────┐        ┌──────────────┐      ┌──────────────┐
│ 키보드   │─IRQ1─→│              │      │              │
│ 디스크   │─IRQ14→│  PIC / APIC  │─INTR→│ IDT 조회      │
│ NIC     │─IRQ11→│ (우선순위 판단)│      │ ISR 실행      │
│ 타이머   │─IRQ0─→│              │      │ EOI 전송      │
└─────────┘        └──────────────┘      └──────────────┘

인터럽트 우선순위

높은 우선순위의 인터럽트는 낮은 우선순위의 ISR 실행 중에도 선점(Preemption)할 수 있습니다.

ISR(키보드) 실행 중
    │
    ├── 타이머 인터럽트 발생 (높은 우선순위) → 키보드 ISR 선점, 타이머 먼저 처리
    │
    └── 마우스 인터럽트 발생 (낮은 우선순위) → 대기, 키보드 ISR 완료 후 처리

폴링 vs 인터럽트

[폴링]
CPU: 데이터 있어? → 없음
CPU: 데이터 있어? → 없음
CPU: 데이터 있어? → 없음       ← CPU 시간 낭비
CPU: 데이터 있어? → 있음! → 처리

[인터럽트]
CPU: (다른 작업 수행 중...)
장치: 데이터 왔어! (인터럽트)    ← CPU 낭비 없음
CPU: (중단) → 처리 → (복귀)

Top Half vs Bottom Half

인터럽트 처리를 두 단계로 나누어 시스템 응답성을 유지합니다.

네트워크 패킷 수신 예시:

[Top Half — 즉시 실행]
  ① NIC에서 패킷 데이터 읽기
  ② 커널 버퍼에 저장
  ③ Bottom Half(Softirq) 등록
  ④ EOI 전송

[Bottom Half — 나중에 실행]
  ⑤ 패킷 파싱 (IP, TCP 헤더 분석)
  ⑥ TCP 재조립
  ⑦ 소켓 버퍼에 데이터 전달
  ⑧ read()로 대기 중인 프로세스 깨우기

Java에서 인터럽트가 발생하는 상황

// 1. 콘솔 출력 → 시스템 콜(트랩) 발생
System.out.println("hello");  // write() → 소프트웨어 인터럽트

// 2. 키보드 입력 → 하드웨어 인터럽트 발생
Scanner sc = new Scanner(System.in);
String input = sc.nextLine();  // 키 입력마다 IRQ1 하드웨어 인터럽트

// 3. 파일 읽기 → 시스템 콜(트랩) + 디스크 인터럽트
FileInputStream fis = new FileInputStream("data.txt"); // open() 트랩
byte[] buf = new byte[1024];
fis.read(buf);  // read() 트랩 → 디스크 I/O → 완료 시 하드웨어 인터럽트

// 4. 네트워크 → 시스템 콜(트랩) + NIC 인터럽트
Socket socket = new Socket("example.com", 80); // socket()+connect() 트랩
socket.getInputStream().read();                 // 패킷 도착 시 NIC 인터럽트

// 5. 연산 오류 → 예외 (소프트웨어 인터럽트)
int result = 10 / 0;  // CPU Divide Error → ArithmeticException

// 6. Thread.sleep → 시스템 콜(트랩) + 타이머 인터럽트
Thread.sleep(1000);  // nanosleep() 트랩 → 1초 후 타이머 인터럽트로 깨움

Java 프로그램 실행 중 발생하는 인터럽트 타임라인:

사용자 모드  ●━━━●━━━━━●━━━━━━━●━━━●━━━━━━━━━━━●
                │       │         │     │             │
             트랩    하드웨어   트랩  예외         트랩
           (write)  (키보드) (read) (÷0)     (nanosleep)
                │       │         │     │             │
커널 모드       ●━●     ●━●      ●━●   ●━●          ●━●