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User/tobiichi3227

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# 2026 年 Linux 核心設計課程自我評量
姓名：馬道中
Github 帳號：[tobiichi3227](https://github.com/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 發一個尚未合併的 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。
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](https://github.com/sysprog21/kxo/pull/32)(尚未合併)
- [Fix high CPU usage when game paused](https://github.com/sysprog21/kxo/pull/32)
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 `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`。

### LLVM PR
- [[clang][Sema] Fix crash when checking scalar type with excess braces](https://github.com/llvm/llvm-project/pull/192471)(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](https://lore.kernel.org/lkml/20260501145425.757147-1-cz1346219@gmail.com/)  
[[PATCH 1/1] ovpn: tcp - defer TX from softirq to workqueue](https://lore.kernel.org/lkml/20260501145425.757147-2-cz1346219@gmail.com/)  
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](https://hackmd.io/vOjbtew3Tn2aA0uDrmUL4Q)〉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`](https://hackmd.io/x_L5DNdFSf-ykW6JIom1GA#)〉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](https://hackmd.io/0JIAU2l_QeO5FhxjD-V_ow#)〉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](https://hackmd.io/OVPTyhEPTwSHumO28EpJnQ)〉中 AMD 公司手冊連結失料
- 2026/06/13: 修正〈[並行程式設計: Atomics 操作](https://hackmd.io/OVPTyhEPTwSHumO28EpJnQ)〉中 `Non-Temporal 的載入和儲存` 文章連結失效

### 修錯字
- 2026/06/05:〈[Concurrency Primer](https://github.com/sysprog21/concurrency-primer/)〉中的 `atomic_compare_exchange_strong()` 實作變數名稱與參數名稱不符，[PR](https://github.com/sysprog21/concurrency-primer/pull/21)

### 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](https://hackmd.io/t_SzlKdqQKGk7VFYnZ2NKQ#)
- [並行程式設計: Atomics 操作](https://hackmd.io/OVPTyhEPTwSHumO28EpJnQ#)
- [並行程式設計: 概念](https://hackmd.io/_lnMkJLxTSWzU46IT8R7nw#)
- [你所不知道的 C 語言：動態連結器篇](https://hackmd.io/VRByMw0iSmqbVve3CNd01g#)

## 作業與隨堂測驗

> 5 分

執行了三個作業。

### 作業完成度
- [作業一 warmup](https://hackmd.io/@tobiichi3227/linux2026-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](https://hackmd.io/@tobiichi3227/linux2026-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](https://hackmd.io/@tobiichi3227/linux2026-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，有可能是因為我使用的 Arm 平台 CPU Core 數量太少導致的。
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](https://www.opasschang.com/docs/the-story-of-auto-beverage-machine-1)〉

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
](https://hackmd.io/@RinHizakura/HkHacces6) 與 [測試 Linux 核心的虛擬化環境](https://hackmd.io/@sysprog/linux-virtme) 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](https://lore.kernel.org/lkml/20260501161226.0239262c@kernel.org/)，也提到這樣的作法對[性能很大的影響](https://lore.kernel.org/lkml/b359d13d-8414-4aeb-958c-496b4b898b93@openvpn.net/)
我後續就沒有繼續發 patch 了

## 分數計算
| 項次 | 名稱 | 分數 |
| :-: | :--: | :-: |
| 1   | 成果發表與貢獻 | 6 |
| 2   | 作業與隨堂測驗 | 5 |
| 3   | 期末專題 | 0 |
| 4   | 與授課教師的互動 | 4 |
| 5   | 所見所聞所感 | 8 |

幾何平均 (GEOMEAN) 計算
$\text{GEOMEAN} = ^5\sqrt{6 \times 5 \times 0 \times 4 \times 8} = ^5\sqrt{0} = 0$
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