Interrupt vs. Polling: Unterschiede und wann man was einsetzt

Es gibt zwei Wege, wie ein Prozessor erfährt, dass ein Gerät Aufmerksamkeit braucht. Beim Polling prüft die CPU den Gerätestatus in einer Schleife immer wieder. Bei Interrupts signalisiert das Gerät der CPU, die ihre aktuelle Arbeit unterbricht, einen kleinen Handler ausführt und dann fortfährt. Polling ist einfach und vorhersagbar, verschwendet aber Zeit; Interrupts sind effizient und reaktionsschnell, bringen aber Overhead mit sich und machen das Programm schwerer nachvollziehbar.

Aspekt	Polling	Interrupt
Funktionsweise	Die CPU liest wiederholt ein Statusregister, um zu sehen, ob das Gerät bereit ist	Das Gerät löst ein Signal aus; die CPU unterbricht ihre Arbeit und führt einen Interrupt-Handler (ISR) aus
CPU-Auslastung beim Warten	Beschäftigt: Die CPU verbraucht Zyklen für das Prüfen	Frei: Die CPU kann andere Arbeit erledigen oder schlafen
Reaktionszeit	Hängt davon ab, wie oft die Schleife prüft; vorhersagbar	Schnell (Mikrosekunden), schwankt aber je nach Maskierung, Priorität und Kontextsicherung
Overhead	Konstant, auch wenn nichts passiert	Ein Aufwand pro Ereignis; eine sehr hohe Ereignisrate kann die CPU überlasten (Interrupt-Sturm)
Komplexität	Einfach zu schreiben und zu debuggen	Aufwendiger: Handler müssen kurz sein, und gemeinsame Daten mit dem Hauptcode erfordern Sorgfalt (volatile, atomarer Zugriff)
Leistungsaufnahme	Hält die CPU wach	Ermöglicht Energiesparschlaf, bis ein Ereignis die CPU weckt
Zeitverhalten	Leicht nachzuvollziehen	Nebenläufigkeitsfehler zwischen Handler und Hauptcode sind möglich
Typische Einsatzgebiete	Sehr schnelle oder kontinuierliche Ereignisse, einfache Programme, Hochgeschwindigkeits-Netzwerktreiber	Timer, Taster, Kommunikationsereignisse, Sensoralarme, Aufwecken aus dem Schlafzustand

Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welches einsetzen

Polling: Wenn Ereignisse häufig sind oder die Schleife einfach ist und Sie ein vorhersagbares Timing ohne die Komplexität von Handlern wollen.
Interrupt: Wenn Ereignisse selten oder unvorhersehbar sind, Sie eine schnelle Reaktion und geringe Leistungsaufnahme wollen und die CPU andere Arbeit hat.
Hybrid: Manche Systeme kombinieren beides: Ein Interrupt meldet das erste Ereignis, und der Treiber pollt dann bei hohem Datenaufkommen, wie bei Hochgeschwindigkeits-Netzwerktreibern.

FAQ

Was ist besser, Interrupts oder Polling?

Keines von beiden immer. Interrupts liefern eine schnelle Reaktion und lassen die CPU schlafen, während Polling einfach und vorhersagbar ist. Nutzen Sie Interrupts für seltene Ereignisse und Polling für sehr häufige.

Was sollte ein Interrupt-Handler tun?

Kurz sein: das Minimum erledigen, ein Flag setzen oder die Arbeit in eine Warteschlange stellen und zurückkehren. Lange Arbeit oder blockierende Aufrufe im Handler beeinträchtigen die Reaktionsfähigkeit.

Was ist ein Interrupt-Sturm?

Wenn Ereignisse so schnell eintreffen, dass die CPU ihre gesamte Zeit mit dem Betreten und Verlassen von Handlern verbringt. Hochgeschwindigkeits-Netzwerktreiber wechseln in diesem Fall zum Polling.

Warum sparen Interrupts Energie?

Die CPU kann schlafen, bis ein Ereignis sie weckt, statt ständig aufzuwachen, um zu prüfen.

Wichtige Begriffe erklärt

Interrupt (Unterbrechung): CPU-Mechanismus, der die laufende Aufgabe kurz anhält, um eine Anforderung, etwa von einem externen Gerät, zu bearbeiten, und danach zur ursprünglichen Aufgabe zurückkehrt.
Polling (zyklische Abfrage): Ein Verfahren, bei dem die CPU den Status eines Peripheriegeräts wiederholt abfragt, um Änderungen zu erkennen. Einfach, verbraucht aber auch dann Zeit und Energie, wenn nichts passiert.
Interrupt-Handler (Unterbrechungsbehandlung): Die Routine, die eine CPU bei einer Unterbrechung oder Ausnahme ausführt. Sie sichert den unterbrochenen Zustand, behandelt die Ursache und kehrt zurück. Handler sollten so kurz wie möglich sein.