# 2025q1 Homework3 (kxo)
contributed by < `Jeffbla` >

### Implement coroutine

> commit [2ac0bab](https://github.com/JeffBla/kxo/commit/2ac0bab46c10222f65582eaa25b8f3492872a5c0)

使用 `longjmp` 與 `setjmp` 實作。

### 將繪製棋盤搬到 userspace

> commit [0142a21](https://github.com/JeffBla/kxo/commit/0142a21e5860d6e2643e864eba62f20f192388dd)

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](https://github.com/JeffBla/kxo/commit/2304e604f381742c7609c5bdd0d66a0f68a5fc6d)

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。

:::danger
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。