InterruptVerwaltung

InterruptVerwaltung bezeichnet die Gesamtheit der Mechanismen in Hardware und Software eines Computersystems, die eingehende Unterbrechungen (Interrupts) handhaben. Ziel ist eine schnelle Reaktion auf Ereignisse, Schutz wichtiger Abläufe, Datenkonsistenz und eine stabile Systemsteuerung, auch wenn Geräte oder Software ungeplant Aktivität auslösen.

Zentrale Bausteine sind: Unterbrechungsquellen (Geräte, Software-Interrupts), Unterbrechungscontroller (z. B. PIC, I/O-APIC, Local APIC), Vektor-/IDT-Tabellen, Interrupt-Service-Routinen (ISRs), Maskierung, Priorität und Verschachtelung (Nested Interrupts).

Ablauf: Bei einem Interrupt setzt der CPU die Ausführung des aktuellen Programms aus, sichert Kontext und springt zur zugehörigen ISR. Die ISR erkennt die Ursache, verarbeitet sie so weit wie nötig, meldet dem Controller Abschluss an und verschiebt längere Arbeiten auf spätere Phasen (Deferred Work), etwa durch Soft-IRQ, Tasklets oder DPCs. Am Ende wird der Kontext wiederhergestellt und der vorherige Task fortgesetzt. Bei mehreren Interrupts entscheidet die Priorität, welches Ereignis zuerst bearbeitet wird; Maskierung und Verschachtelung erlauben es, bestimmte Interrupts zu unterdrücken oder höheren Prioritäten Vorrang zu geben.

Software- und Systemaspekte: Zur Entlastung der Impulsverarbeitung dienen verteilte Arbeitsmodelle, wie deferred processing, Queueing von Tasks, oder Deadlines. Gerätetreiber optimieren ISR-Laufzeit, um Latenzen gering zu halten. Polling wird als Alternative in zeitkritischen Bereichen verwendet, erhöht jedoch die CPU-Auslastung.

Auswirkungen: In Echtzeit- oder sicherheitskritischen Systemen ist die deterministische Interrupt-Latenz zentral. Moderne Systeme nutzen komplexe Interrupt-Verwaltung mit lokalen und globalen Controllern, Virtualisierungsschichten und Mechanismen zur Isolierung und Priorisierung.

Beispiele moderner Architektur: Local APICs in x86-Systemen, I/O-APICs, Interrupt-Vector-Tabellen, sowie treiberseitige Mechanismen für Deferred Procedure Calls. Interrupt-Verwaltung bleibt ein zentrales Thema für Leistung, Stabilität und Reaktionsfähigkeit von Computersystemen.