版本 ea4a9cfd6978e81d499ad332f5659542f75758bc
Changes from ea4a9cfd6978e81d499ad332f5659542f75758bc to fb783e2dc5797f02cba7d9cf7f54a9a28aa626bb
---
title: TonyLinX (林儀承)
categories: User
...
## 簡介
* 國立成功大學—資訊工程研究所
* [GitHub](https://github.com/TonyLinX)
* [HackMD](https://hackmd.io/@TonyLinX)
## 2025 Linux 核心設計 自我評量
### 1.成果發表和貢獻：
我認為自己在本課程中最主要的成果與貢獻，來自於期末專題中對 lock-free thread pool 架構的實作與分析。並行程式設計涉及的知識面向極廣，從最初的 lock-based 設計出發，就需要理解 mutex、condition variable、atomic operation 以及 thread pool 的整體運作邏輯。在此基礎上，若要進一步實作 lock-free 的版本，必須對效能瓶頸進行具體分析與定位，特別是在任務分配與多個執行緒同時操作同一個共享佇列時，會因爭用 queue 的 head/tail 指標導致執行緒頻繁等待、atomic operation 失敗重試，進而造成整體效率下降。
在本專題中，我從分析 thread pool 的 work queue 設計著手，意識到 lock contention 與任務分配不均是造成效能瓶頸的主因之一。因此，我採用了以 ring buffer 為基礎的 lock-free work queue 設計，並結合 semaphore 與 spin-wait 的兩段式等待策略，以降低 busy-wait 帶來的資源浪費。然而，僅靠 ring buffer 雖可降低 contention，但無法完全解決任務分配不均的問題。為此，我進一步設計了 batch-based work stealing 機制，透過每個執行緒在任務不足時主動嘗試從其他佇列中偷取多筆任務，以改善負載平衡並提升 thread utilization。
本專題最終呈現出一個可實際執行、效能優於傳統 lock-based 設計的 lock-free thread pool 平行矩陣乘法系統，並針對其中的結構設計與效能數據進行紀錄與驗證。我相信這份開發紀錄與實作成果，可作為後續學習者的參考基礎，有助於他人更快速掌握並行系統中的關鍵設計挑戰與對應解法。
評分 : 2 分
### 2.作業/隨堂測驗：
[HW1](https://hackmd.io/@TonyLinX/linux2025-homework1)
[HW2](https://hackmd.io/@TonyLinX/HyFvWXH3yl)
[HW5](https://hackmd.io/@TonyLinX/linux2025-homework5)
* 透過第一個作業，我重新學習 C 語言，從完全忘記 linklist 怎麼寫，到實作出 linux 風格的 linklist。
* 透過第二個作業，我學習到，單向鏈結到 BST、Quicksort、bit 算法、hash table。
評分 : 1 分
### 3.期末專題
[Linux 核心專題: 並行程式設計相關測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/r1DpeNNVex)
從這次的矩陣運算多執行緒實作過程中，我深刻體會到高效能運算背後的系統設計與調度技巧。在一開始，我只具備基本的 C 語言能力，對 thread pool、work stealing、thread affinity 等概念幾乎是陌生的，但透過實作這個專題，我不只是完成了平行化矩陣乘法，還一步步將系統從 naïve 的單執行緒版本，優化成具備 lock-free 結構與 batch stealing 策略的高效 thread pool。這中間我學會了如何使用 ring buffer 來實作每個 worker 的工作佇列；也學到如何在無鎖情況下透過原子操作（atomic operations）達成安全的工作共享與分配，進而提升整體執行效率。除此之外，我也親自體會到從 busy-wait 到 semaphore 的設計轉變，如何在 spin 與 sleep 之間取得效能與資源利用的平衡。整體而言，這次的專題不僅強化了我對平行程式設計的實作能力，也讓我在除錯、效能分析、系統資源分配上建立了更扎實的理解，讓我從一開始幾乎不了解 thread pool，到能夠自己設計一套具有 work stealing 的平行任務排程系統，是一次很具成長性的經驗。
評分 : 2 分
### 4.與授課老師的互動
一對一面談：
1. 2025 年 5 月 29 日
這是本學期第一次面談，主要是討論自己的學習情況，老師也給了我一個測驗題，要 "如何在沒有FPU的情況下計算幾何平均" 。當時的我不知道什麼是定點數，也不知道如何求近似值。在後續，回家研讀先關的教材後，我學習到了定點數以及牛頓法。
2. 2025 年 6 月 9 日
這是本學期第二次面談，我當時完成了老師提出的測驗題，但被說沒有討論 overflow 的問題，後續我改了設計方式，從先計算出最後的乘積 (product)，再去做牛頓法開 n 次方根，改成分成 P \times 2^{E}，這樣就可以控制使否落在範圍內，這樣的設計不僅克服了 overflow ，還可以使誤差率都可壓在1%以下。
3. 2025 年 6 月 18 日
這是本學期第三次面談，這次主要是討論我的期末專題的主題，由於我對並行程式有興趣，所以老師派發給我關於並行程式的專題。
評分 : 2 分
### 5.所見所聞所感，務必提及閱讀〈因為自動飲料機而延畢的那一年〉和回顧自身在本課程的投入狀況
從這個故事中，我學到了一件非常重要的事——知識就是力量。光有熱情與努力，並不足以讓事情真正推動起來。這個故事也讓我回想起大學時，和朋友們一起進行的各種計畫。那時候，我們常因為不熟悉其他領域的知識，導致許多問題處理起來格外吃力。久而久之，這些困難逐漸消磨了大家的熱情，最終許多計畫都不了了之。
回顧這堂課的學習歷程，我投入最多心力的是期末專題。在設計整個 lock-free thread pool 架構時，我深刻體會到：若想真正解決一個系統層級的問題，僅有直覺遠遠不夠，必須建立在充分的知識理解與實驗驗證之上。一開始我對於多執行緒相關的概念如 mutex lock、semaphore、thread pool、甚至 work stealing 幾乎完全陌生，面對問題時無從下手。但透過仔細研讀老師提供的並行程式設計教材、逐步實作、搭配對執行結果的觀察與分析，我才逐漸建立起這些機制背後的邏輯與使用時機。設計過程中，我也不斷面對新的挑戰：例如資料競爭、負載不均等問題，這些都驅使我學會使用 atomic operation、設計 ring buffer 以實現 lock-free 結構，並嘗試引入 batch stealing 來減少高頻率的 steal cost。此外，我也學會如何進行效能分析，包含以 perf stat 測量 cache miss 與 context switch 數量，來佐證我所提出的設計是否真的達到效能提升。每次的修改與驗證都是一次新的學習，也讓我認知到在多執行緒環境下，正確性與效能之間的平衡極為關鍵。這堂課不只是讓我補足了過去對系統程式設計的理解盲點，更讓我第一次真正感受到「設計一個能動的系統」背後所需的細節與思維深度。
評分 : 2 分
