2025q1 Homework3 (kxo)

contributed by < Jeffbla >

Implement coroutine

commit 2ac0bab

使用 longjmp 與 setjmp 實作。

將繪製棋盤搬到 userspace

commit 0142a21

將 draw_board 移到 userspace ， kernelspace 只負責紀錄 table。當 user 需要繪製， kernel 會將 table 資訊傳給 user。

原本 kxo 棋盤繪製在核心模式，你應該修改程式碼，使畫面呈現的部分全部在使用者層級，且善用 bitops，降低核心和使用者層級之間的通訊成本，應給予相關量化

commit 2304e60

將原本的棋盤從利用 char 儲存、處理，變成 uint32_t 透過 bitop 縮減運算與傳輸成本。

下面為在 10 秒內的利用 strace 的統計資料

$ sudo timeout 10 strace -c -o trace.log ./xo-user 

更動前：

% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 30.09    0.281159           9     29250           openat
 21.94    0.205021           7     29246           write
 19.27    0.180034           3     58494     29246 read
 16.91    0.157994           5     29246           clock_nanosleep
 11.73    0.109584           3     29248           close
  0.05    0.000472         472         1           execve
  0.01    0.000083          10         8           mmap
  0.00    0.000029           9         3           mprotect
  0.00    0.000022           5         4           fstat
  0.00    0.000021           5         4           ioctl
  0.00    0.000015          15         1           munmap
  0.00    0.000014           4         3           brk
  0.00    0.000013           3         4           fcntl
  0.00    0.000008           4         2           pread64
  0.00    0.000007           7         1         1 access
  0.00    0.000005           5         1           getrandom
  0.00    0.000004           4         1           arch_prctl
  0.00    0.000004           4         1           set_tid_address
  0.00    0.000004           4         1           prlimit64
  0.00    0.000003           3         1           set_robust_list
  0.00    0.000003           3         1           rseq
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00    0.934499           5    175521     29247 total

使用 uint32_t 作為棋盤：

% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 30.68    0.275396           9     30126           openat
 21.64    0.194213           6     30122           write
 19.03    0.170831           2     60247     30122 read
 16.98    0.152449           5     30123         1 clock_nanosleep
 11.64    0.104457           3     30125           close
  0.01    0.000067           8         8           mmap
  0.01    0.000062          20         3           mprotect
  0.00    0.000032          32         1           munmap
  0.00    0.000028           7         4           ioctl
  0.00    0.000027           6         4           fstat
  0.00    0.000020           5         4           fcntl
  0.00    0.000016           5         3           brk
  0.00    0.000007           3         2           pread64
  0.00    0.000007           7         1           set_tid_address
  0.00    0.000006           6         1         1 access
  0.00    0.000006           6         1           set_robust_list
  0.00    0.000006           6         1           getrandom
  0.00    0.000005           5         1           arch_prctl
  0.00    0.000005           5         1           prlimit64
  0.00    0.000005           5         1           rseq
  0.00    0.000000           0         1           execve
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00    0.897645           4    180780     30124 total

乍看之下，更動後的 read 系統呼叫從 58494 到 60247 ，整體系統呼叫從 175521 增加到 180780 ，效能變差，但由於監測項目不斷執行，因此實際上這些數值，代表在 10 秒內運行了多少系統呼叫，數值越大，代表程式在相同運行較快。

另外，關注於時間的佔比， read 系統呼叫從 19.27% 到 19.03% 佔比減少意味著改進的效能的提昇，這種效能提昇可以在 usecs/call 明顯的發現， read 從 3 變成 2 ，少了 1 微秒。

對照 Ftrace 的輸出分析。

若用 perf 觀察 cycles 、 instructions 、 cache-misses 、 mem-stores：

$ sudo timeout 10 perf record -e \
        cycles,instructions,cache-misses,mem-stores ./xo-user 
$ sudo perf report

Metric	Before	After
cpu_atom/cycles	1K	2K
cpu_core/cycles	2K	2K
cpu_atom/instructions	3K	4K
cpu_core/instructions	10K	8K
cpu_atom/cache-misses	517	659
cpu_core/cache-misses	1K	1K
cpu_atom/mem-stores	3K	3K
cpu_core/mem-stores	11K	6K

根據 Metric 表格，整體記憶體的操作從 14K 減少到 9K。