2026 年 Linux 核心設計課程自我評量

姓名：馬道中 Github 帳號：tobiichi3227

成果發表與貢獻

6 分

本學期內只有貢獻教材以及對教材相關的 Repo 發一個 PR、給 Linux 發一個沒有被接受的 Patch、給 LLVM 發一個尚未合併的 PR，屬於方案 B。

課程教材 PR

• Fix high CPU usage when game paused 2026/06/02 在執行 kxo 發現當暫停畫面更新時，CPU 使用率會增加。 透過 perf 工具發現在暫停時 __x64_sys_write() 與 __se_sys_pselect6() 等函式佔 CPU sample 比例到達 60%。 經過研究發現是因為在畫面暫停下 select() 會直接返回，但 else if (read_attr && FD_ISSET(device_fd, &readset)) 條件不會成立，會繼續更新 TUI 然後再回到 main loop 繼續呼叫 select()，所以在畫面暫停時不該繼續監聽 /dev/kxo，只需監聽 STDIN 即可。

LLVM PR

• [clang][Sema] Fix crash when checking scalar type with excess braces(尚未合併) 修正 int v = {{}}; 導致 clang 解析崩潰的問題

Kernel Patch

未被接受 [PATCH 0/1] ovpn: tcp - defer TX from softirq to workqueue
[PATCH 1/1] ovpn: tcp - defer TX from softirq to workqueue
在使用 OpenVPN 時發現維持 VPN 連線狀態下讓筆電進入睡眠狀態會導致 Kernel Crash，為此非常困擾。

修正教材

• 2026/02/27: 修正〈解讀計算機編碼〉中 GCC Absolute Value 連結錯誤
• 2026/03/13: 修正〈Linux 核心原始程式碼巨集: max, min〉中 __typecheck(x, y) 巨集無法正確編譯
• 2026/06/08: 修正〈Linux 核心設計: 淺談同步機制〉中 wfe 指令連結失效，改成 Arm Developer 的連結
• 2026/06/13: 修正〈並行程式設計: Atomics 操作〉中 AMD 公司手冊連結失料
• 2026/06/13: 修正〈並行程式設計: Atomics 操作〉中 Non-Temporal 的載入和儲存 文章連結失效

修錯字

• 2026/06/05:〈Concurrency Primer〉中的 atomic_compare_exchange_strong() 實作變數名稱與參數名稱不符，PR

Trivial 的修錯字

將以下教材的 優化 改成 最佳化

• Linux 核心設計: 記憶體管理
• 並行程式設計: Atomics 操作
• 並行程式設計: 概念
• 你所不知道的 C 語言：動態連結器篇

作業與隨堂測驗

4 分

執行了三個作業。

作業完成度

• 作業一 warmup：
  • 探討〈資訊科技詞彙翻譯〉：完成
  • 探討〈解讀計算機編碼〉：只完成 二補數的設計是否本質上是種 algebraic encoding？ 與 為何 Linux 核心中 unsigned overflow 是 defined behavior，但 signed overflow 是 undefined behavior？
  • 探討〈你所不知道的C語言：指標篇〉：完成
  • 探討〈linked list 和非連續記憶體〉：只完成 教材中使用 struct ListNode **indir = &head;，描述以下:
  • 誠實面對期初考題：只完成第三題
• 作業二 stdc：
  • 細讀〈你所不知道的 C 語言：數值系統篇〉：只部份完成 教材以 0.1 + 0.2 ≠ 0.3 作為引言，說明電腦的數值表示問題，援引 IEEE 754 規格和你在電腦上的實驗，充分回答以下:、算術運算可完全以數位邏輯實作，分析 \(x + y = (x \oplus y) + ((x \& y) << 1)\) 並回答：
  • 細讀〈你所不知道的 C 語言: bitwise 操作〉：只部份完成 為何 Linux 核心程式碼通常會將用以描述硬體狀態 (例如 x86 的 CR 系列暫存器) 的旗標 (flag) 型態定義為 unsigned 整數，而非 signed 整數？從 padding bits、trap representation 與 C 語言標準行為說明原因、若錯誤地使用 signed int 來儲存旗標並進行位移運算，可能出現哪些實作相依（implementation-defined）或未定義（undefined）行為？結合右移與負數的例子說明，搭配 C 語言規格書描述、當 signed 與 unsigned 整數混合運算時，signed 數值會轉換為 unsigned，導致意外結果，例如比較運算結果顛倒。分析以下程式片段可能導致無窮迴圈:
  • 細讀〈C 語言的 bit field〉：只部份完成 struct signed bit、教材提到 zero-width bit-field: int : 0;，其作用是強制下個 bit-field 對齊到新的 storage unit，分析以下:、教材提及 Linux 核心的技巧 #define BUILD_BUG_ON_ZERO(e) (sizeof(struct { int:(-!!(e)); }))，從 C 語言規格的角度回答以下:
  • 探討〈你所不知道的 C 語言：記憶體管理、對齊及硬體特性〉：只部份完成 void 指標
• 作業三 basics：
  • 細讀〈從 Revolution OS 看作業系統生態系統變化〉：只完成 Hyper-V 之旅
  • 細讀〈C 語言: 前置處理器應用〉：只完成 C 前置處理器的 stringification…
  • 細讀〈C 編譯器原理和案例分析〉：只部份完成 AMaCC...
  • 細讀〈C 語言: 未定義行為〉：只部份完成 現代編譯器利用 UB 進行激進最佳化、SSA 形式在常數傳播與死碼消除中扮演關鍵角色。

期末專題

0 分

沒東西

與授課教師的互動

4 分

一對一討論共 0 次，課堂問答共 2 次。

一對一討論

沒有任何一對一討論

課堂問答

• 2026/05/21: 詢問在 Linux 上 process 與 thread 有什麼差別，要怎麼知道一個已經執行的 task 是 process 還是 thread

• 2026/06/11: 詢問為什麼 spsc_fifo_write 的 read_count 用 acquire 但 spsc_fifo_read 的 read_count 用 relax？

後續實驗發現在 x86_64 與 Arm 平台即使將全部限制改成 relax 一樣不會重排，透過 pthread_setaffinity_np() 將 Producer 與 Consumer 執行緒指定到不同 CPU 也沒有發生重排，有可能是因為測試用的 Arm 平台 CPU Core 數量太少導致的。

所見所聞所感

8 分

關於〈因為自動飲料機而延畢的那一年〉

看完後我十分的敬佩作者，相比現實世界的中的工程，資訊世界的工程簡單許多了，在現實中你想要做一個物品來實驗測試，要經過各種流程還要等待，但在資訊世界中只需要打開手邊的設備就可以開始你的實驗了，如果想要看到工業等級的內容，我們只要打開 Linux Kernel 等優秀專案的程式碼，但在現實你可能要去各種地方問，甚至根本問不到。

關於資訊科技詞彙翻譯

在以前就聽聞老師對正確用詞很在意，上課後才知道老師是非常在意，上課不時會提到，在同學用錯詞彙時還會適當的提醒同學，讓我深知正確用詞的重要性。

關於數學

在 yushiuan9499 第一次課堂問答時（我坐在他旁邊），他被問到 Merge Sort 比 Quick Sort 適合 Linked List 等問題，我以為他可以輕鬆回答上來，尤其是數學分析的部份，沒想到他還是思考很久，這讓我非常震驚，沒想到像他數學能力這麼強(我認為的)的還是沒有順利答出，像我這種數學能力很差的就更要誠實面對自己的數學能力。

關於 C 語言

在以前有出過將 for 迴圈轉成 goto 的題目，當時有看過規格書中對語法的定義，在這堂課上才真正去讀語意的部份，讓我發現我對 C 語言的理解只是很片面的。 為了去找到符合規格書的但跟目前大多設備不一樣的結果或是 Implemention Defined（比方說 NULL 並不是 \(0\)，char 不是 8-bit，對有號整數右移是邏輯右移等），我去尋找各種早期的系統與架構（如 Multics、Prime 50 等）嘗試找到對應的結果，這讓我知道 C99 為什麼會有這麼多不合常理的規定，不過讀規格書是真的很累，有些寫的非常不直觀，像是對於 strict aliasing 的定義。

關於 Kernel Patch

因為經常使用在外面經常使用 OpenVPN 連回家，又很常筆電闔上就走人了，所以發現當 OpenVPN 保持連線時睡眠有機會讓 Kernel Crash，非常燥 後來透過 Linux 核心設計: Kernel Debugging(1): Kdump 與 測試 Linux 核心的虛擬化環境 提到的 kdump 與 crash 成功取得 crash log，所以就嘗試去修改 kernel ovpn module 我用 selftest 測試成功就發 patch 了，但 Maintainer 說這會破壞 selftests，也提到這樣的作法對性能很大的影響 我後續就沒有繼續發 patch 了

分數計算

幾何平均 (GEOMEAN) 計算 \(\text{GEOMEAN} = ^5\sqrt{6 \times 4 \times 0 \times 4 \times 8} = ^5\sqrt{0} = 0\) 驗算 \(0^5 = 0\)，符合定義。

方案選擇： - 方案 A 適用條件：對 Linux, glibc, gcc, llvm, lkmpg, rv32emu, kbox, elfuse 等專案做出超過 3 項 non-trivial 貢獻並獲開發者採納。 - 本人不滿足。 - 採方案 B： \(1 + \lfloor \text{GEOMEAN} \rfloor = 1 + 0 = 1\) 。

自我評分總分： 1/10