# 2019q1 Homework2 (kcalc)
contributed by < `LiunuXXX` >
* [作業說明]()

## 預期目標

* 重新學習數值系統：浮點運算和定點數
* 留意 Linux 核心程式撰寫的限制
* 撰寫可適用於使用者和核心層級的程式
* 自動測試機制
* 透過工具進行效能分析

## 自我檢查清單

### 解釋浮點運算在 Linux 核心中為何需要特別對待，以及 context switch 的過程中，涉及到 FPU/SIMD context，該注意什麼？
* 提示: 參照 [Lazy FP state restore](https://en.wikipedia.org/wiki/Lazy_FP_state_restore) 和上方參考資料
* 應該撰寫對應包含浮點運算的 Linux 核心模組，實際編譯和測試

浮點數運算有幾個常見問題:
1. 很多輸入值本身就不精確，如循環小數
2. 運算結果容易 overflow
3. 進位策略也會影響精確度
4. 浮點數運算沒有結合性

## 在給定的 `calc.c` 檔案中，和 [fibdrv](https://hackmd.io/s/SJ2DKLZ8E) 一樣有 character device，但註冊用的 kernel API 不同 (`register_chrdev` vs. `alloc_chrdev_region`)，能否解釋其差異和適用場合呢？

* 在 `scripts/test.sh` 檔案中，有一道命令為 `sudo chmod 0666`，這個作用為何？對於我們測試有何幫助？能否對 [fibdrv](https://hackmd.io/s/SJ2DKLZ8E) 建立的 `/dev/fibonacci` device file 也套用類似修改呢？另外，請解釋 device file 在核心及使用者層級的功能
* 在 `calc.c` 檔案中，用到 `copy_to_user` 這個 kernel API，其作用為何？本例使用該 API 做了什麼事？若是資料量增長，是否會有效能的嚴重衝擊呢？
* 找出至少 3 個 Linux 核心中使用定點數的案例，搭配程式碼解說
* 提示: 參照 [Linux Kernel Load Average 計算分析
](http://brytonlee.github.io/blog/2014/05/07/linux-kernel-load-average-calc/), [What Every Computer Scientist Should Know About Floating-Point Arithmetic](https://docs.oracle.com/cd/E19957-01/806-3568/ncg_goldberg.html), [Load average explained](https://wiki.nix-pro.com/view/Load_average_explained)
* 是否知曉 MathEx 如何解析給定字串，從而分離出變數和對應數學表示法呢？
* 如何對 `MathEx` 進行效能分析？能否找出相似的 math expression 來分析比較呢？
* 提示: 參照 [muparserSSE - A Math Expression Compiler](http://beltoforion.de/article.php?a=muparsersse)
* 在 `MathEx` 原始程式碼的 `expression.[ch]` 裡頭 `vec` 相關的程式碼，主要做什麼事？有沒有發現類似 [list](https://hackmd.io/s/S12jCWKHN) 使用到的技巧呢？
* 提示: 參照 `mathex/test-unit.c` 的測試項目
* 解釋 `MathEx` 一類的 math expression 在真實世界有哪些應用？甚至，是否在 Linux 核心就存在類似的程式碼？
* 提示: 參照 [A thorough introduction to eBPF](https://lwn.net/Articles/740157/)
* 如果要將使用者層級的 C 語言程式，搬到 Linux 核心作為核心模組 (LKM)，該注意哪些議題呢？請舉例說明
* 提示: 注意 `__KERNEL__` 巨集的定義, [kmalloc](https://www.kernel.org/doc/htmldocs/kernel-api/API-kmalloc.html) 的使用, [vmalloc](https://www.kernel.org/doc/htmldocs/kernel-api/API-vmalloc.html) 的使用 (以及後兩者的差異)
* [fixed point arithmetic for RT-Linux](http://netwinder.osuosl.org/pub/netwinder/docs/nw/rt_fixed/doc/html/rt_fix.html) 的運作原理為何？給定的程式碼已經存在超過 20 年，很多細節已有出入，可否嘗試移植到 Linux `v4.15+` 呢？