Linux 核心設計課程期末自評

簡介

法定姓名: 林育丞 Github: Cheng5840

成果發表和貢獻

分數: 6 分

作業/隨堂測驗

分數: 8 分

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期末專題

分數: 8 分 Linux 核心專題: 透過 Netfilter 自動過濾廣告

• 整合 eBPF 與 Netfilter，實作 TLS 封包應用層特徵檢測與阻擋

  • 使用 eBPF 的 uprobe 掛載至 SSL_write()，在使用者空間傳出 TLS Application Record 前即攔截明文資料
  • 透過 bpf_perf_event_output 傳送資料至 perf ring buffer，實現核心 ➜ 使用者單向傳輸
  • 結合 Netfilter 的 NF_INET_POST_ROUTING hook，配合使用者回報的結果阻擋應用層封包

• 設計雙向溝通管道，讓使用者程式能回傳判斷結果至核心模組

  • 自行建立 /dev/adbdev 字元裝置節點，實作 write 操作以供使用者程式將判斷結果回傳核心
  • 透過 order_head 與 verdict_head 雙佇列搭配時間戳與 PID 精準對應封包與回應結果，提升正確性與可追蹤性

• 理解與運用核心中各類同步與佇列機制

  • 學習並應用 mutex, wait_queue, list_head, ktime 等核心同步機制
  • 對 kernel-space 中延遲回應、主動等待、tasklet 非同步通知等行為有實務掌握

• 掌握 eBPF 程式開發與使用者互動全流程

  • 實際撰寫 eBPF C 程式，並透過 bpftool 及 libbpf 架設 uprobe hook
  • 熟悉 perf_buffer__poll() 與 ring buffer 映射行為，理解 mmap 背後的 low-overhead 傳輸架構
  • 使用 skeleton.h + BPF CO-RE（Compile Once Run Everywhere）模式編譯與部署

• 測試與調試工具鏈的實作與驗證

  • 建立多個廣告測試情境並觀察 DROP 效果
  • 學習使用 pr_info() 追蹤核心事件並觀察 /sys/kernel/debug 中的 log 行為

心得與反思：

這次專題不僅實作出具有實際應用潛力的廣告封包攔截模組，更讓我深入理解 Linux 核心模組與使用者空間之間的互動細節。透過實作 perf ring buffer 傳輸、task_struct 的使用、以及 uprobe 的掛載機制，我對核心同步、記憶體佈局與封包流程有更深入的掌握。

此外，透過設計 /dev/adbdev 裝置並自行處理同步佇列，我逐漸掌握核心模組中多工、多使用者的資料設計難題，最有挑戰的部分在於，如何精確控制使用者判斷結果與核心模組之間的時序與對應關係，尤其在非同步處理下保持資料一致性與正確性。在這段過程中，我深刻體會到資料結構與時間控制也是 kernel module 中關鍵的技術挑戰。

與授課教師的互動

分數: 8 分 課堂問答

在這次作業中，我學到了如何善用函式抽象化來簡化程式碼設計。原本的 q_swap() 是透過逐一調整節點位置，將鏈結串列中每兩個相鄰節點交換；而 q_reverseK() 則是更一般化的操作，它將整條鏈結串列以每 K 個節點為一組進行反轉。透過觀察與比較，我發現 swap 實際上就是 reverseK 在 K=2 的一種特例，兩者本質上是相同邏輯的不同範圍應用。

這樣的體會不只是程式技巧上的進步，更是邏輯抽象能力的提升。我學會了將特例歸納為通則的一部分，並透過程式重構讓原本重複的邏輯可以更一致、可維護性更高。實作上，只需將 q_swap() 改寫成呼叫 q_reverseK(head, 2)，便能達到完全相同的功能，程式碼也因此更加簡潔與清晰。

這次期末專案也讓我看到 list_head 實際的用途，有了更進一步的體會!

一對一討論(5/14) 首先，老師讓我釐清了 select() 是屬於 level-triggered (LT) 的觸發模式。透過查閱 man page 的 open(2) 文件，我們注意到 O_NONBLOCK 與 O_NDELAY 實際上是同義設定，當檔案系統或裝置允許時，open() 將以非阻塞模式開啟該檔案描述元。然而，這個 flag 對 poll()、select() 或 epoll() 等系統呼叫無直接影響，這些機制僅回報該描述元是否「準備好」 接著，我們也提到了 io_uring 的機制，它是在 Linux kernel v5.1 開始正式引入、真正具備效能優勢的非同步 I/O 架構，其實作邏輯類似於 CMWQ，並建議參考 ktcp。

所見所聞所感

分數: 10 分 閱讀〈因為自動飲料機而延畢的那一年〉的啟發:

大多數人害怕失敗，教育更強化此恐懼，導致逃避嘗試，但在追求真理的路上，即使看似徒勞，但只要能再站起，就能抵達任何地方。 這不是傳統的勵志文，而是血淋淋的紀實。專案未商業化，但經驗無價。每一次挫折與掙扎都讓作者更精進，體現真實人生中，成長勝於結果。作者強調，教育應教導學生如何面對失敗，而非逃避，這才是打破惡性循環的出路。

這門課程給我帶來極大的衝擊與反思。從一開始的 select 機制與非同步 I/O、到後來深入的 Netfilter 與 eBPF 實作，每次作業都像是一場對理解力與耐心的考驗。透過參考他人心得，我深深體會到老師不只是傳授技術，更是提醒我們如何誠實面對自己的不足。過去以為自己懂的理論，實際動手時才發現漏洞百出，這讓我理解打好基本功的重要性。

課程也讓我重新思考「學以致用」的真義。老師不斷強調現實世界中的應用，讓我們從「寫程式」提升到「寫對社會有意義的程式」。對於「面對國家與社會，我們是否已具備責任能力？」這樣的提問，讓我重新省思自身定位與未來方向。

儘管每週教材繁重、作業壓力龐大，但每次重讀資料都有新收穫，而期末專題中的實作錯誤，更成為我理解理論與現實差距的契機。這門課也許是我在成大以來最投入、最誠實的一門課，它不只改變了我的技能，更改變了我面對技術與未來的態度。

自我評分

方案 B: 1 + floor(8) = 9