2025q1 Homework1 (lab0)

contributed by <Charlie-Tsai1123>

作業書寫規範:

• 無論標題和內文中，中文和英文字元之間要有空白字元 (對排版和文字搜尋有利)
• 文字訊息 (尤其是程式執行結果) 請避免用圖片來表示，否則不好搜尋和分類
• 共筆書寫請考慮到日後協作，避免過多的個人色彩，用詞儘量中性
• 不要在筆記內加入 [TOC] : 筆記左上方已有 Table of Contents (TOC) 功能，不需要畫蛇添足
• 不要變更預設的 CSS 也不要加入任何佈景主題: 這是「開發紀錄」，用於評分和接受同儕的檢閱
• 當在筆記中貼入程式碼時，避免非必要的行號，也就是該手動將 c= 或 cpp= 變更為 c 或 cpp。行號只在後續討論明確需要行號時，才要出現，否則維持精簡的展現。可留意「你所不知道的 C 語言: linked list 和非連續記憶體」裡頭程式碼展現的方式
• HackMD 不是讓你張貼完整程式碼的地方，GitHub 才是！因此你在開發紀錄只該列出關鍵程式碼 (善用 diff 標示)，可附上對應 GitHub commit 的超連結，列出程式碼是為了「檢討」和「便於他人參與討論」
• 留意科技詞彙的使用，請參見「資訊科技詞彙翻譯」及「詞彙對照表」
• 不要濫用 :::info, :::success, :::warning 等標示，儘量用清晰的文字書寫。:::danger 則僅限授課教師作為批注使用
• 避免過多的中英文混用，已有明確翻譯詞彙者，例如「鏈結串列」(linked list) 和「佇列」(queue)，就使用該中文詞彙，英文則留給變數名稱、人名，或者缺乏通用翻譯詞彙的場景
• 在中文敘述中，使用全形標點符號，例如該用「，」，而非 ","。注意書名號的使用，即 〈 和 〉，非「小於」和「大於」符號
• 避免使用不必要的 emoji 字元

開發環境

$ gcc --version
gcc (Ubuntu 13.3.0-6ubuntu2~24.04) 13.3.0

$ lscpu
Architecture:             x86_64
  CPU op-mode(s):         32-bit, 64-bit
  Address sizes:          48 bits physical, 48 bits virtual
  Byte Order:             Little Endian
CPU(s):                   16
  On-line CPU(s) list:    0-15
Vendor ID:                AuthenticAMD
  Model name:             AMD Ryzen 7 7735HS with Radeon Graphics
    CPU family:           25
    Model:                68
    Thread(s) per core:   2
    Core(s) per socket:   8
    Socket(s):            1
    Stepping:             1
    Frequency boost:      enabled
    CPU(s) scaling MHz:   30%
    CPU max MHz:          4829.0000
    CPU min MHz:          400.0000
    BogoMIPS:             6388.23

queue implementation

q_new

Commit dae63fa

先用 malloc 分配空間給 head 接著判斷是否成功配置，有的話利用 INIT_LIST_HEAD 讓 next 跟 prev 指標指向自己

/* Create an empty queue */
struct list_head *q_new()
{
    struct list_head *queue = malloc(sizeof(struct list_head));
    if (!queue)
        return NULL;
    INIT_LIST_HEAD(queue);
    return queue;
}

q_free

Commit dae63fa

free 每個元素流程應該是 1. 斷開與 queue 的連結 (list_del)2. 釋放該元素
而其中釋放元素又分成兩部分 1. 釋放 char* 2. 釋放 element_t*
原本想要自己寫，但在閱讀 queue.h 後發現 q_release_element 已經完成了

void q_free(struct list_head *head)
{
    if (!head)
        return;

    element_t *entry = NULL, *safe = NULL;
    list_for_each_entry_safe (entry, safe, head, list) {
        list_del(&entry->list);
        q_release_element(entry);
    }
    free(head);
    return;
}

q_insert_head / q_insert_tail

Commit e7ec77b

首先分配新元素的空間，分成兩步

1. 分配 element_t
2. 分配 char*
char* 使用 strdup (分配空間並複製字串)

接著用 list_add / list_add_tail 加到 queue 中

/* Insert an element at head of queue */
bool q_insert_head(struct list_head *head, char *s)
{
    if (!head)
        return false;

    element_t *new_element = malloc(sizeof(element_t));
    if (!new_element)
        return false;
    new_element->value = strdup(s);
    if (!new_element->value) {
        free(new_element);
        return false;
    }
    list_add(&new_element->list, head);
    return true;
}

q_remove_head / q_remove_tail

Commit 64c4ef8

先記錄要刪除的點，用 list_entry 得到指標所指位子的 element_t ，接著用 strncpy 複製字串，最後用 list_del 移除節點

/* Remove an element from head of queue */
element_t *q_remove_head(struct list_head *head, char *sp, size_t bufsize)
{
    if (!head || list_empty(head))
        return NULL;

    struct list_head *first = head->next;
    element_t *element = list_entry(first, element_t, list);
    if (sp) {
        strncpy(sp, element->value, bufsize - 1);
        sp[bufsize - 1] = '\0';
    }
    list_del(first);
    return element;
}

但這樣過不了 track-17-complexity

+++ TESTING trace trace-17-complexity:
# Test if time complexity of q_insert_tail, q_insert_head, q_remove_tail, and q_remove_head is constant
ERROR: Probably not constant time or wrong implementation
Probably constant time
ERROR: Probably not constant time or wrong implementation
Probably constant time
---     trace-17-complexity     0/5
---	TOTAL		95/100
make: *** [Makefile:61: test] Error 1

（新增 percentile 後已達到100/100）

q_size

Commit cba267a

用 list_for_each 遍歷每個節點並用 size 記錄遍歷了幾次

/* Return number of elements in queue */
int q_size(struct list_head *head)
{
    if (!head || list_empty(head))
        return 0;

    int size = 0;
    struct list_head *node = NULL;
    list_for_each (node, head)
        size++;
    return size;
}

q_delete_mid

Commit b438041

用快慢指針找出中間的節點也就是 slow->next 然後刪除

/* Delete the middle node in queue */
bool q_delete_mid(struct list_head *head)
{
    // https://leetcode.com/problems/delete-the-middle-node-of-a-linked-list/
    if (!head || list_empty(head))
        return false;

    struct list_head *fast = head, *slow = head;
    while (fast->next != head && fast->next->next != head) {
        fast = fast->next->next;
        slow = slow->next;
    }
    element_t *element = list_entry(slow->next, element_t, list);
    list_del(slow->next);
    q_release_element(element);
    return true;
}

q_delete_dup

Commit b438041

我的想法是用兩個指標分別是 current 記錄當前檢查是否重複的節點， next 檢查後面的值是否跟 current 相同，若相同就刪除，不同就更新 current 。
isRepeat 是用來記錄是否有 next 跟 current 相同，有的話更新 current 前要刪除 current。

/* Delete all nodes that have duplicate string */
bool q_delete_dup(struct list_head *head)
{
    // https://leetcode.com/problems/remove-duplicates-from-sorted-list-ii/
    if (!head || list_empty(head) || list_is_singular(head))
        return false;

    struct list_head *current = head->next;
    while (current != head) {
        element_t *current_element = list_entry(current, element_t, list);
        struct list_head *next = current->next;
        bool isRepeat = false;
        while (next != head) {
            element_t *next_element = list_entry(next, element_t, list);
            if (strcmp(current_element->value, next_element->value) == 0) {
                isRepeat = true;
                next = next->next;
                list_del(next->prev);
                q_release_element(next_element);
            } else {
                break;
            }
        }
        current = current->next;
        if (isRepeat) {
            list_del(current->prev);
            q_release_element(current_element);
        }
    }
    return true;
}

q_swap

Commit 9787922

此題先找出要交換的那兩個點 current->next 、 current->next->next，再藉由 list_del 先移除第一個節點再用 list_add 加入到第二個節點後

/* Swap every two adjacent nodes */
void q_swap(struct list_head *head)
{
    // https://leetcode.com/problems/swap-nodes-in-pairs/
    if (!head || list_empty(head))
        return;
    struct list_head *current = head;
    while (current->next != head && current->next->next != head) {
        struct list_head *move = current->next;
        list_del(move);
        list_add(move, current->next);
        current = move;
    }
    return;
}

好像可以用 list_move_tail 讓程式碼更簡潔：　（待改）

- list_del(move);
- list_add(move, current->next);
+ list_move_tail(move, current->next->next);

發現好像可以直接用 q_reverseK 實做只需要 q_reverseK(head, 2)

q_reverse

Commit 9787922

把第一個元素也就是 head->next 搬到 queue 的末尾並用 tail 紀錄，然後更新 queue 的 tail

/* Reverse elements in queue */
void q_reverse(struct list_head *head)
{
    if (!head || list_empty(head))
        return;
    struct list_head *tail = head;
    while (head->next != tail) {
        list_move_tail(head->next, tail);
        tail = tail->prev;
    }
    return;
}

發現好像可以用q_reverseK 也就是 q_reverseK(head, q_size(head))

q_reverseK

Commit 9787922

/* Reverse the nodes of the list k at a time */
void q_reverseK(struct list_head *head, int k)
{
    // https://leetcode.com/problems/reverse-nodes-in-k-group/
    if (k == 1 || !head || list_empty(head) || list_is_singular(head))
        return;
    struct list_head *prev = head, *current = head->next;
    int itGroup = k - 1, counter = q_size(head) / k;
    while (counter != 0) {
        itGroup--;
        list_move(current->next, prev);
        if (itGroup == 0) {
            itGroup = k - 1;
            counter--;
            prev = current;
            current = current->next;
        }
    }
    return;
}

q_sort

Commit aad1788

採用 merge sort 但實做方式使用指標
第一步是 partition 須產生指向左邊右邊 partition 第一個元素的指標

// q_sort step 1 separate queue into left and right part
struct list_head *mergeSort_partition(struct list_head *head,
                                      struct list_head *tail,
                                      bool descend)
{
    if (head->next == tail)
        return head;
    struct list_head *fast = head, *middle = head;
    // becarful singular empty NULL
    while (fast->next != tail && fast->next->next != tail) {
        fast = fast->next->next;
        middle = middle->next;
    }
    struct list_head *left = mergeSort_partition(head, middle->next, descend);
    struct list_head *right = mergeSort_partition(middle->next, tail, descend);
    return mergeSort_merge(left, right, tail, descend);
}

merge 中止條件：

1. left == right 左邊的 queue 沒元素了
2. right == tail 右邊的 queue 沒元素了

// q_sort step 2 merge left and right queue
struct list_head *mergeSort_merge(struct list_head *left,
                                  struct list_head *right,
                                  struct list_head *tail,
                                  bool descend)
{
    const struct list_head *tmp = left->prev;
    while (left != right && right != tail) {
        const char *left_value = list_entry(left, element_t, list)->value;
        const char *right_value = list_entry(right, element_t, list)->value;
        if ((descend && strcmp(left_value, right_value) > 0) ||
            (!descend && strcmp(left_value, right_value) < 0) ||
            strcmp(left_value, right_value) == 0) {
            left = left->next;
        } else {
            right = right->next;
            list_move_tail(right->prev, left);
        }
    }
    return tmp->next;
}

Commit 7d711af

q_ascend / q_descend

Commit cfd347b

int q_ascend(struct list_head *head)
{
    // https://leetcode.com/problems/remove-nodes-from-linked-list/
    if (!head || list_empty(head) || list_is_singular(head))
        return q_size(head);
    q_reverse(head);
    struct list_head *current = head->next;
    while (current->next != head) {
        const element_t *current_element = list_entry(current, element_t, list);
        element_t *next_element = list_entry(current->next, element_t, list);
        if (strcmp(current_element->value, next_element->value) < 0) {
            list_del(current->next);
            q_release_element(next_element);
        } else {
            current = current->next;
        }
    }
    q_reverse(head);
    return q_size(head);
}

q_merge

Commit 3fb617e

question:
如何只用 struct list_head * 表達整個串列架構?
如何得到每個 queue?

16 - 40 行 queue.h

/**
 * element_t - Linked list element
 * @value: pointer to array holding string
 * @list: node of a doubly-linked list
 *
 * @value needs to be explicitly allocated and freed
 */
typedef struct {
    char *value;
    struct list_head list;
} element_t;

/**
 * queue_contex_t - The context managing a chain of queues
 * @q: pointer to the head of the queue
 * @chain: used by chaining the heads of queues
 * @size: the length of this queue
 * @id: the unique identification number
 */
typedef struct {
    struct list_head *q;
    struct list_head chain;
    int size;
    int id;
} queue_contex_t;

62 - 65 行 qtest.c

typedef struct {
    struct list_head head;
    int size;
} queue_chain_t;

從以上兩個程式我推測 queue 的結構如下：

那知道整個結構後就可以用 list_entry 取出想要的元素了

void merge(struct list_head *first, struct list_head *second, bool descend)
{
    struct list_head *first_current = first->next;
    struct list_head *second_current = second->next;
    while (first_current != first && second_current != second) {
        const char *first_value =
            list_entry(first_current, element_t, list)->value;
        const char *second_value =
            list_entry(second_current, element_t, list)->value;
        if ((descend && strcmp(first_value, second_value) > 0) ||
            (!descend && strcmp(first_value, second_value) < 0)) {
            first_current = first_current->next;
        } else {
            second_current = second_current->next;
            list_move_tail(second_current->prev, first_current);
        }
    }
    if (second_current != second) {
        list_splice_tail_init(second, first);
    }
}
/* Merge all the queues into one sorted queue, which is in ascending/descending
 * order */
int q_merge(struct list_head *head, bool descend)
{
    // https://leetcode.com/problems/merge-k-sorted-lists/
    if (!head || head->next == head)
        return 0;
    struct list_head *target = head->next->next;
    struct list_head *first = list_entry(head->next, queue_contex_t, chain)->q;
    while (target != head) {
        struct list_head *second = list_entry(target, queue_contex_t, chain)->q;
        merge(first, second, descend);
        target = target->next;
    }
    int size = q_size(first);
    list_entry(head->next, queue_contex_t, chain)->size = size;
    return size;
}

在 qtest 提供 shuffle

實做 q_shuffle

利用 Fisher–Yates shuffle 演算法來實作洗牌（shuffle）

1. 先用 q_size 取得 queue 的大小 len。
   隨機從 0 ~ (len - 1) 中抽出一個數字 random
2. old 將指向從前面數來第 random 個節點，new 會指向最後一個未被抽到的節點，將 old 和 new 指向的節點的值交換，再將 len - 1。
3. 隨著 len 大小變小，已經被抽到過，並交換值到 queue 後面的會愈來愈多，直到所有的節點都已經被抽到過，shuffle 就結束。

void q_shuffle(struct list_head *head)
{
    if (!head || list_empty(head) || list_is_singular(head))
        return;
    int len = q_size(head);
    for (struct list_head *new = head->prev; new != head; new = new->prev) {
        int random = rand() % len;
        struct list_head *old = head->next;
        for (int i = 0; i < random; i++) {
            old = old->next;
        }
        if (new == old)
            continue;
        element_t* new_element = list_entry(new, element_t, list);
        element_t* old_element = list_entry(old, element_t, list);
        char *tmp = new_element->value;
        new_element->value = old_element->value;
        old_element->value = tmp;
    }
}

思考如何將 q_shuffle 的功能加入 qtest.c 中 （參考 do_reverse)

問題 1 : exception_setup 功能
測試程式查看是否發生錯誤，回傳 signal ，讓 qtest 執行的時候得知是否有操作成功
問題 2 : set_noallocate_mode 功能
禁止 alloc memory

static bool do_shuffle(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 1) {
        report(1, "%s takes no arguments", argv[0]);
        return false;
    }

    if (!current || !current->q)
        report(3, "Warning: Calling shuffle on null queue");
    error_check();

    set_noallocate_mode(true);
    if (current && exception_setup(true))
        q_shuffle(current->q);
    exception_cancel();

    set_noallocate_mode(false);
    q_show(3);
    return !error_check();
}

ADD_COMMAND(shuffle, "Shuffle queue", "");

charlie-tsai:~/linux2025/hw/lab0-c$make
  CC	qtest.o
qtest.c: In function ‘do_shuffle’:
qtest.c:929:9: error: implicit declaration of function ‘q_shuffle’; did you mean ‘do_shuffle’? [-Werror=implicit-function-declaration]
  929 |         q_shuffle(current->q);
      |         ^~~~~~~~~
      |         do_shuffle
cc1: all warnings being treated as errors
make: *** [Makefile:54: qtest.o] Error 1

解決：在 queue.h 中加入 q_shuffle 的宣告
在 ./qtest 中可以使用，但是 git commit -a 出現以下錯誤

[!] You are not allowed to change the header file queue.h or list.h

解決：因為禁止修改 queue.h 所以直接把 q_shuffle 的實做放到 qtest.c 內

統計方法驗證　shuffle

Pearson's chi-squared test 能檢驗虛無假說 （Null hypothesis) ，即某特定事件在樣本中觀察到的頻率分佈與特定理論分佈一致，事件必須是互斥且機率為 1

如果要 shuffle 四個不同的數字，會出現24種可能的結果，彼此互斥的，且發生機率加起來為 1。那假設 shuffle 是公平的（24種結果發生的機率相同），並遵守 Uniform distribution，那虛無假說為：

• $H_0$ (虛無假說）: shuffle 的結果發生的機率相同，遵守 Uniform distribution
• $H_1$（對立假說）: shuffle 的結果發生的機率至少有一個不同

1. 先計算 chi-squared test statistic
   $X^2$
   
   $$X^2=\sum _{i=1}^n\frac{(O_i-E_i{)}^2}{E_i}$$

• $X^2$: Pearson's cumulative test statistic
• $O_i$: the number of observations of type i
• $E_i$: the expected count of type i

用　shuffle_test.py　跑出得結果

Expectation:  41666
Observation:  {'1234': 41585, '1243': 41461, '1324': 41674, '1342': 41804, '1423': 41645, '1432': 41761, '2134': 41914, '2143': 41774, '2314': 41500, '2341': 41642, '2413': 41465, '2431': 41826, '3124': 41950, '3142': 41575, '3214': 41452, '3241': 41395, '3412': 41673, '3421': 42184, '4123': 41316, '4132': 41660, '4213': 41868, '4231': 41674, '4312': 41522, '4321': 41680}
chi square sum:  21.72860365765852

$X^2$ = 21.72860365765852

2. 決定自由度
   對於 N 個隨機樣本而言，自由度為 N - 1。我們 shuffle 4 個數字會有24種結果，因為加起來機率為 1 ，所以實際上可以自由變換的變數只有23個，其中一個結果的機率為 1 減去另外23個結果發生的機率，所以自由度為 23。

3. 選擇顯著水準

• 顯著水準（Significance level）α 代表在虛無假說（
  ${𝐻}_0$）為真下，錯誤地拒絕 (
  ${𝐻}_0$) 的機率，即型一錯誤發生之機率。
  α = P(拒絕
  ${𝐻}_0$ |
  ${𝐻}_0$ 為真)
  我們 alpha 設定為常見的 0.05。
• P value
  從卡方分布表找合適的 P value，我們的自由度為 23，
  ${𝑋}^2$ 為 21.72860365765852，因為 14.848< 21.72860365765852 < 32.007，於是 P value 介於 0.9 和 1.0 之間。
  

4. 統計檢定的結果不拒絕虛無假說
   對於要拒絕的虛無假說（
   ${𝐻}_0$），觀察到的結果必須具有統計顯著性，即觀察到的 P value 小於預先指定的顯著水準 α。
   因為 P value（0.9~1.0）> alpha（0.05），統計檢定的結果不拒絕虛無假說（
   ${𝐻}_0$）
   也就是樣本資料不拒絕 shuffle 的結果遵循 Uniform distribution，因為沒有足夠證據推翻。
   從圖表來看 shuffle 的頻率是大致符合 Uniform distribution 的。

用　shuffle_test.py　跑出得圖表

運用 Address Sanitizer 除錯

執行　make SANITIZER=1 以及 make test 是　100/100

運用 Valgrind 除錯

執行 make valgrind

---     trace-17-complexity     5/5
---	TOTAL		100/100

Test with specific case by running command:
scripts/driver.py -p /tmp/qtest.G9xdpd --valgrind -t <tid>

運用　Massif

Massif 是分析記憶體使用狀況的工具可分成以下：

• Heap blocks：
  當程式使用 malloc、calloc、realloc 來分配動態記憶體時，作業系統會從heap分配一塊記憶體，這就是 Heap block。
• Heap administration blocks
  除存內部管理資訊
• Stack sizes來存放函式的區域變數、函式返回地址、參數等的記憶體區域，每個執行緒（thread）通常都有自己的 stack，其大小受限於作業系統。

研讀論文〈Dude, is my code constant time?〉

• 目標：
  檢測程式碼是否符合常數時間執行的要求 (即使某些實做理論上是常數時間，實際上可能不是)

Even implementations that were supposed
to be constant-time turned out not to be so

• 優點：

1. 不需要硬體建模
2. black-box testing (不需要檢查 assembly code 且不須依賴編譯器設定)

black-box testing
測試者不需要知道程式的內部運作（如程式碼或演算法），而是根據輸入和輸出來評估系統是否符合預期行為。

• 為什麼需要常數時間？
  Timing Attacks 透過測量密碼學實做的執行時間來推測機密資訊

method : Timing Leakage Detection

檢測時間執行是否與輸入數據有關，對兩組不同輸入統計，判斷是否有顯著差異

Step 1: Measure execution time

1. Classes definition:
   fix-vs-random: 第一類 fixed input、第二類　random input
   目標：檢測輸入資料是否影響執行時間

2. Cycle counters:
   x86: TSC (Time Stamp Counter)
   ARM: SysTick
   目標：測量時間

3. Environmental condition
   每次測試隨機選擇輸入類別
   預先分配輸入類別及準備數據

Step 2: Post-processing

1. cropping：去除極端直
   discard p-th percentile of data (減少與數據無關雜訊、聚焦於教低執行時間的資料)
2. Higher-order preprocessing

Step 3: Statistical Test

1. Welch's t-test：檢測平均直是否不同
2. Kolmogorov-Smirnov (K-S test)：不需要假設數據符合某種分佈，但需要更多數據

解釋 simulation 模式

qtest.c

在 qtest.c 中搜尋 simulation 發現出現在 queue_insert 跟 queue_remove 中，而他們分別會呼叫 is_insert_tail_const 、 is_insert_head_const 以及 is_remove_tail_const 、is_remove_head_const

而在 dudect/fixture.c 可以看到

#define DUT_FUNC_IMPL(op) \
    bool is_##op##_const(void) { return test_const(#op, DUT(op)); }

因此以上四個函式他們會呼叫 test_const

fixture.c 的 test_const

static bool test_const(char *text, int mode)
{
    bool result = false;
    t = malloc(sizeof(t_context_t));

    for (int cnt = 0; cnt < TEST_TRIES; ++cnt) {
        printf("Testing %s...(%d/%d)\n\n", text, cnt, TEST_TRIES);
        init_once();
        for (int i = 0; i < ENOUGH_MEASURE / (N_MEASURES - DROP_SIZE * 2) + 1;
             ++i)
            result = doit(mode);
        printf("\033[A\033[2K\033[A\033[2K");
        if (result)
            break;
    }
    free(t);
    return result;
}

最多進行 TEST_TRIES 次測試，每輪至少要有 ENOUGH_MEASURE 筆測資，而每次用 (N_MEASURES - DROP_SIZE * 2) 筆 random 的資料跟 fix 比較，所以總共進行 ENOUGH_MEASURE / (N_MEASURES - DROP_SIZE * 2) + 1 次

Note

問題：為什麼是 N_MEASURES - DROP_SIZE * 2 ?
我認為是為了符合論文中所提及的 Environmental condition，因為在最前面跟最後面的資料可能會有異常值的影響。

每輪會呼叫 doit 函式，並回傳是否符合常數時間

fixture.c 的 doit 函式

doit 中較重要的操作為以下五行

prepare_inputs(input_data, classes);

bool ret = measure(before_ticks, after_ticks, input_data, mode);
differentiate(exec_times, before_ticks, after_ticks);
update_statistics(exec_times, classes);
ret &= report();

1. prepare_input 產生 random vs fix 的資料（輸入幾次、輸入什麼 都是 random）
   class 0 為不輸入 (fix)、class 1 為輸入 random 次 (random)，random string 為輸入的資料
   

void prepare_inputs(uint8_t *input_data, uint8_t *classes)
{
    randombytes(input_data, N_MEASURES * CHUNK_SIZE);
    for (size_t i = 0; i < N_MEASURES; i++) {
        classes[i] = randombit();
        if (classes[i] == 0)
            memset(input_data + (size_t) i * CHUNK_SIZE, 0, CHUNK_SIZE);
    }

    for (size_t i = 0; i < N_MEASURES; ++i) {
        /* Generate random string */
        randombytes((uint8_t *) random_string[i], 7);
        random_string[i][7] = 0;
    }
}

這個函式就是在執行論文中提到的 Step1: Measure Execution Time 中的 Classes Definition

2. measure 紀錄 N_MEASURES 次 operation 執行的前後時間

3. differentiate 計算 operation 執行時間藉由 after_tick - before tick
   2 跟 3 都在執行 Step1: Measure Execution Time 中的 Cycle counter 計算 operation 時間

4. update_statistics
   更新此輪 fix (class 0) 跟 random (class 1) 的 operation 執行時間分佈

5. ret &= report(); 計算 t statistic value 查看是否分佈相同
   4 跟 5 在執行 Step 3: Statistical Test

如果分佈相同則與輸入沒有關係，此操作為常數時間

Student's t-distribution

接下來要解釋上面的第 4 跟 5 如何使用t statistic value

新增 percentile 處理

首先先了解 percentile 的作用，percentile 主要在實施 step 2 的 pros processing ，從
程式碼中的註解可以得知由於執行時間分佈可能會受到系統因素影響，我們丟棄異常大的測量值，只保留最快的 x% 測試數據，並對不同的 x 進行多次測試，以提高分析的準確性。

接下來看看原來程式碼如何實現：

static int64_t percentile(int64_t *a_sorted, double which, size_t size) {
  size_t array_position = (size_t)((double)size * (double)which);
  assert(array_position < size);
  return a_sorted[array_position];
}

percentile 中的 which 代表的是第幾百分位數，所以它回傳的是第 which 個百分位數的值

static void prepare_percentiles(dudect_ctx_t *ctx) {
  qsort(ctx->exec_times, ctx->config->number_measurements, sizeof(int64_t), (int (*)(const void *, const void *))cmp);
  for (size_t i = 0; i < DUDECT_NUMBER_PERCENTILES; i++) {
    ctx->percentiles[i] = percentile(
        ctx->exec_times, 1 - (pow(0.5, 10 * (double)(i + 1) / DUDECT_NUMBER_PERCENTILES)),
        ctx->config->number_measurements);
  }

那在計算第幾百分位數的值前，需要先將 exec_time 排序， prepare_percentiles 是計算每個百分位的值。

問題：為什麼計算第幾百分為的公式為 1 - (pow(0.5, 10 * (double)(i + 1) / DUDECT_NUMBER_PERCENTILES)

我先用 matplotlib 分析畫出 which 的分佈

可以發現，which 前期的斜率較抖可以接受的資料量較多，因為 constant time 會符合 t 分布在大部分的資料集中於較短時間的資料

the execution time distribution tends to be skewed towards large
timings, leading to a fat right tail.

整合網頁伺服器

理解 fd 和 select 的功能

fd 就是所謂的 file descriptor ，因為在 UNIX 系統中，任何東西都可以視為檔案，而 socket 就是利用 UNIX file descriptors 與其他程式溝通

fd_set 是在 UNIX/Linux 的 select() API 中使用的 文件描述符集合，用於監聽多個文件描述符（FD，File Descriptor）的狀態，如：

• 可讀（readable）
• 可寫（writable）
• 異常（exceptional conditions）

它通常用來 監控網路 socket、文件、管道 (pipe)、標準輸入輸出等 I/O 資源，確保程式不會在 read() 或 write() 時阻塞。以下為 fd_set 可使用的函式：

• FD_ZERO(&set)：清空 fd_set
• FD_SET(fd, &set)：將 fd 加入 fd_set
• FD_CLR(fd, &set)：從 fd_set 移除 fd
• FD_ISSET(fd, &set)：判斷 fd 是否在 fd_set 中
• select(nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds, &timeout)：監聽文件描述符狀態

int select(int nfds, fd_set *_Nullable restrict readfds,
                  fd_set *_Nullable restrict writefds,
                  fd_set *_Nullable restrict exceptfds,
                  struct timeval *_Nullable restrict timeout);

select() allows a program to monitor multiple file descriptors,
waiting until one or more of the file descriptors become "ready"
for some class of I/O operation (e.g., input possible).

從 linux manual page 可以得知 select 是一個多工 I/O 監聽機制，允許程式同時監控多個檔案描述符（file descriptors, fd）eg: nfds = 5, 則會監聽 fd = 0, 1, 2, 3, 4, 5
當這些 fd 有事件發生（可讀、可寫或異常），select 會返回，讓程式處理事件。這樣可以避免程式一直「阻塞」在某個 fd 上，而是可以有效率地監聽多個來源。

問題：select 用了什麼機制可以防止程式阻塞在某個 fd

console.c 實做

cmd_select

static int cmd_select(int nfds,
                      fd_set *readfds,
                      fd_set *writefds,
                      fd_set *exceptfds,
                      struct timeval *timeout)

cmd_select 在 select 的基礎下又加了一些功能，以下對兩者做一些比較

功能	select	cmd_select
監聽標準輸入	監聽 0~nfds 的 fd	只考慮 STDIN_FILENO 跟 web_fd
緩衝區處理	無緩衝區處理	會先處理緩衝區（buf_stack->fd）
命令處理	不會執行命令	讀取並執行 （interpret_cmd(cmdline))
linenoise 支援	不支援	支援 linenoise 提供歷史紀錄

do_web

開啟伺服器 socket (web_open(port)) 並監聽
設定事件多工處理函式 web_eventmux

run_console

run_console 中皆使用 cmd_select(0, NULL, NULL, NULL, NULL) 形式，因為只須讀取資料，且處理方式只須考慮 STDIN_FILENO 跟 web_fd （忽略 nfds）。此外，因為 readfds 回傳是 0 所以會直接採用 &local_readset

Note

問題：既然直接採用 local_readset 且使用 cmd_select 時皆沒有用到傳入的參數，為什麼寫的時候還要傳入參數？
我的想法是，可能讓它看起來像 select 增加他的 readability