APIC

3. 작동 방식

인텔 APIC 시스템은 ''로컬 APIC''(LAPIC)와 ''I/O APIC'' 두 가지 구성 요소로 이루어져 있다. 각 CPU에는 하나의 LAPIC이 있으며, I/O APIC는 주변 장치에서 발생한 인터럽트를 하나 이상의 로컬 APIC로 라우팅하는 역할을 한다. 초기 시스템 설계에서는 LAPIC과 I/O APIC이 전용 APIC 버스로 연결되었지만, 최신 시스템은 시스템 버스를 사용하여 통신한다.^[1]

I/O APIC는 주변 버스에서 인터럽트 신호를 받으면, 리디렉션 테이블을 참조하여 해당 인터럽트를 처리할 CPU (로컬 APIC)를 결정하고 인터럽트 메시지를 보낸다. 로컬 APIC는 인터럽트 메시지를 수신하면 인터럽트 우선순위 등을 확인하고 인터럽트 핸들러를 호출한다.

인터럽트 핸들러는 인터럽트를 발생시킨 I/O 장치를 확인하고 인터럽트 신호 통지를 중지시킨 후, 필요한 처리를 수행한다. 처리가 완료되면 CPU는 EOI(End of Interrupt, 인터럽트 종료) 명령을 I/O APIC에 보내어 인터럽트 처리가 완료되었음을 알린다. I/O APIC는 EOI를 통해 인터럽트 처리가 완료되었음을 인식하고, 필요시 (예: PCI 장치에서 여전히 인터럽트 신호가 유지되는 경우) 다시 인터럽트를 발생시킨다.

이러한 과정을 통해 인터럽트 손실을 방지하고, 인터럽트 선을 공유하여 사용할 수 있게 된다.

3. 1. 우선순위 제어

4. 발전 과정

초기 APIC는 별도의 칩(82489DX) 형태로 제공되었으며, 인텔 80486 및 초기 펜티엄 프로세서와 함께 사용되었다.^[2] 82489DX는 16개의 인터럽트 라인을 가지고 있었지만,^[3] 일부 ISA 인터럽트를 손실할 수 있는 결함이 있었다.^[4] 486 멀티 프로세서 시스템에서는 각 CPU마다 82489DX가 필요했고, I/O APIC로 사용하기 위한 추가적인 82489DX도 필요했다. 하위 호환성을 위해 8259A (XT-PIC) 칩도 물리적으로 포함되어야 했다.^[5] 82489DX는 132핀 PQFP 패키지로 제공되었다.^[3]

펜티엄 프로(P6) 마이크로아키텍처부터 로컬 APIC가 CPU에 통합되기 시작했다. APIC에는 CPU에 내장된 '''로컬 APIC'''와 I/O로부터의 인터럽트를 관리하는 '''IOAPIC'''가 존재한다. 초기에는 로컬 APIC와 IOAPIC가 APIC 버스라는 인터럽트 전용 버스를 통해 통신했지만, 넷버스트 세대 이후 APIC 버스는 폐지되고 FSB를 통해 인터럽트가 통지된다.

4. 1. xAPIC 및 x2APIC

5. 가상화 지원 (APICv)

APICv는 게스트의 인터럽트 오버헤드를 줄이는 것을 목표로 하는 인텔의 하드웨어 가상화 지원 브랜드 이름이다. APICv는 아이비 브릿지-EP 프로세서 시리즈에 도입되었으며, 2013년 말에 출시된 제온 E5-26xx v2와 2014년 초에 출시된 제온 E5-46xx v2로 판매된다.^[20][21] AMD는 AVIC라고 하는 유사한 기술을 발표했으며,^[22][23] 이는 15h 모델 6Xh(Carrizo) 프로세서 및 이후 제품군에서 사용할 수 있다.^[24]

6. 경쟁 기술

AMD와 Cyrix는 한때 최대 32개의 프로세서를 지원하는 OpenPIC 아키텍처를 제안했다.^[25] 그러나 OpenPIC을 탑재한 x86 마더보드는 출시되지 않았다.^[27] x86 시장에서 OpenPIC이 실패한 후, AMD는 AMD 애슬론 및 이후 프로세서에 인텔의 APIC를 라이선스했다.

IBM은 OpenPIC 레지스터 사양을 기반으로 자체 다중 프로세서 인터럽트 컨트롤러(MPIC)를 개발했다.^[28] MPIC는 IBM을 포함한 PowerPC 기반 설계에 사용되었으며, RS/6000 시스템^[29]과 Power Mac G5^[30][31] 등에 사용되었다.

7. 문제점 및 한계

APIC 시스템 구현에는 여러 가지 알려진 버그가 있으며, 특히 8254 타이머 연결 방식에 관한 문제가 많다. 결함이 있는 BIOS는 인터럽트 라우팅을 제대로 설정하지 못하거나, 잘못된 ACPI 테이블과 인텔 멀티프로세서 사양(MPS) 테이블을 제공할 수 있다.

APIC는 운영 체제가 이를 제대로 지원하지 않을 때 시스템 오류의 원인이 될 수도 있다. 구형 운영 체제에서는 I/O 및 로컬 APIC를 종종 비활성화해야 했다. 대칭형 멀티프로세서 및 멀티코어 시스템 보급으로 더 이상 불가능하지만, 펌웨어 및 운영 체제 버그는 이제 드물게 발생한다.

참조

_[1] 간행물 Intel MultiProcessor Specification http://www.intel.com[...] 1997-05
_[2] 간행물 Intel MultiProcessor Specification http://www.intel.com[...] 1997-05
_[3] 서적 Adv Microprocessors Interfacing https://books.google[...] Tata McGraw-Hill Education
_[4] 웹사이트 A Description of the APIC I/O Subsystem http://people.freebs[...] 2023-05-14
_[5] 간행물 Intel MultiProcessor Specification 1997-05
_[6] 서적 Upgrading and Repairing PCs Que Publishing
_[7] 웹사이트 Windows Hardware Dev Center http://msdn.microsof[...] 2017-06
_[8] 문서 μ-second precision timer support for the Linux kernel http://telematics.tm[...]
_[9] 웹사이트 Guidelines For Providing Multimedia Timer Support http://msdn.microsof[...] 2002-09-20
_[10] 웹사이트 Windows 8 and APIC timer https://social.msdn.[...] 2023-05-14
_[11] 웹사이트 VMware Knowledge Base http://kb.vmware.com[...]
_[12] 문서 Timekeeping in VMware Virtual Machines (for VMware vSphere 5.0, Workstation 8.0, Fusion 4.0) http://www.vmware.co[...]
_[13] 문서 Reducing Interrupt Latency Through the Use of Message Signaled Interrupts http://www.intel.com[...]
_[14] 웹사이트 Resource & Design Center for Development with Intel http://www.intel.com[...]
_[15] 웹사이트 Intel 400 Series Chipset Family Platform Controller Hub Datasheet - Volume 2 of 2 https://cdrdv2-publi[...] Intel 2020-05
_[16] 문서 Reducing Interrupt Latency Through the Use of Message Signaled Interrupts http://www.intel.com[...]
_[17] 웹사이트 Intel Nehalem mit X2APIC - Extended xAPIC Architecture (Bild 27/27) - ComputerBase http://www.computerb[...]
_[18] 웹사이트 Re: [Qemu-devel] [Question] why x2apic's set by default without host sup https://lists.gnu.or[...]
_[19] 웹사이트 '[Qemu-devel] [PATCH] target-i386: enable x2apic by default on more recen' http://lists.nongnu.[...]
_[20] 웹사이트 Reviewing Unused and New Features for Interrupt/APIC Virtualization http://www.linuxplum[...] 2023-05-14
_[21] 웹사이트 APIC Virtualization Performance Testing and Iozone* - Intel® Software https://software.int[...]
_[22] 문서 Introduction of AMD Advanced Virtual Interrupt Controller http://www.slideshar[...] XenSummit 2012
_[23] 웹사이트 Next-generation Interrupt Virtualization for KVM http://www.linuxplum[...] 2023-05-14
_[24] 웹사이트 '[Xen-devel] [RFC PATCH 0/9] Introduce AMD SVM AVIC' https://www.mail-arc[...]
_[25] 웹사이트 OpenPIC Definition from PC Magazine Encyclopedia https://www.pcmag.co[...] Pcmag.com 2011-11-03
_[26] 논문 AMD, Cyrix offer up alternative SMP spec https://books.google[...] 1995-03-20
_[27] 문서 Note attached to "Linux Benchmarking: Part III -- Interpreting Benchmark Results" Linux Gazette, Issue 24 1998-01
_[28] 간행물 Multiprocessor Interrupt Controller. Data Book https://www-01.ibm.c[...] IBM
_[29] 문서 The IBM Corporation RS/6000 Distributed System Running AIX Version 4.3.1. TCSEC Evaluated C2 Security http://www.ashtonlab[...]
_[30] 서적 Take a Look Inside the G5-Based Dual-Processor Power Mac http://www.informit.[...] 2006-10-13
_[31] 문서 Power Mac G5 Developer Note (Legacy) https://developer.ap[...]