# kxo
contributed by <`liangchingyun`>

:::danger
注意書寫規範！
:::

## 參考資料
- [x] [N04: kxo(A)](https://hackmd.io/@sysprog/linux2025-kxo/%2F%40sysprog%2Flinux2025-kxo-a)
* 井字遊戲
* Linux 核心的浮點數運算
* 強化學習（Reinforcement Learning）
* 以定點數實作 MCTS
- [x] [N04: kxo(B)](https://hackmd.io/@sysprog/linux2025-kxo/%2F%40sysprog%2Flinux2025-kxo-b)
* `ksort`: 處理並行排序的 Linux 核心模組
* `ksort` 核心模組內部
* 核心模式的時間測量
* Linux 效能分析
- [x] [N04: kxo&#40;C&#41;](https://hackmd.io/@sysprog/linux2025-kxo/%2F%40sysprog%2Flinux2025-kxo-c)
* Linux 核心的並行處理
* Linux 核心的 kfifo
- [x] [N04: kxo(D)](https://hackmd.io/@sysprog/linux2025-kxo/%2F%40sysprog%2Flinux2025-kxo-d)
* 對奕的核心模組
* kxo 程式碼分析
- [ ] [N04: kxo(E)](https://hackmd.io/@sysprog/linux2025-kxo/%2F%40sysprog%2Flinux2025-kxo-e)
* Shannon Entropy 與亂度
* 亂數產生器
* xoroshiro 亂數產生器
* 回顧作業一的洗牌過程
* `xoro` 核心模組
- [ ] [N04: kxo(F)](https://hackmd.io/@sysprog/linux2025-kxo/%2F%40sysprog%2Flinux2025-kxo-f)
作業要求：
- [ ] 縮減使用者和核心層級的通訊成本，並允許並行的對奕
- [ ] 引入若干 coroutine
- [ ] 在「電腦 vs. 電腦」的對弈模式，比照前述 load average 的計算方式，規範針對下棋 AI 的 load 機制
- [ ] 運用定點數來統計不同 AI 實作機制對系統負載的使用率，整合到畫面輸出，開發過程中應有對應的數學分析和羅列實作考量因素。
- [x] 對弈的過程中，要在螢幕顯示當下的時間 (含秒數)，並持續更新。
- [x] 原本 [kxo](https://github.com/sysprog21/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
- [ ] 自 [jserv/ttt](https://github.com/jserv/ttt) 移植 reinforcement learning (RL) 到 [kxo](https://github.com/sysprog21/kxo) 核心模組，使其得以動態切換。
- [ ] [LKMPG WriteUp]()

## 對奕的核心模組

:::danger
注意用語！
:::

### 執行<s>指令</s>
編譯

make

載入 kxo module

sudo insmod kxo.ko

執行

sudo ./xo-user

卸載模組

sudo rmmod kxo

查看核心訊息

sudo dmesg

### 使用者層級互動
使用了 `raw_mode_enable()` ，則不用另外再執行 `$ stty start '^-' stop '^-'`，即可直接接收 Ctrl-P，Ctrl-Q 等控制字元
#### 使用 Ctrl + Q 使對弈終止時產生亂碼
> Commit [22a2477](https://github.com/sysprog21/kxo/commit/22a24770eb9fae4bc8c9aa3c4544b2af11961de7)

�_�Stopping the kernel space tic-tac-toe game...

給 `display_buf` 中的字串正確結尾（`'\0'`）便可解決

    read(device_fd, display_buf, DRAWBUFFER_SIZE);
+   display_buf[DRAWBUFFER_SIZE - 1] = '\0';
    printf("%s", display_buf);
}

#### 使對弈終止後自動重置 `xo-user`
> Commit [db786e8](https://github.com/sysprog21/kxo/commit/db786e83599cfa8ceec5660bf4f2d03e3f720915)

原程式在執行完 Ctrl-Q 後，直接跑 `sudo ./xo-user` 的結果會卡在第一個棋盤，需要重新載入 kxo module 才會正常。

查看核心訊息後發現使用 Ctrl-Q 會使 `attr_obj.end` 被設成 `'1'`（ASCII `49`）。解決辦法是在 `kxo_release()` 程式中將 `attr_obj.end` 重設為 `'0'`（ASCII `48`），就不用一直重新載入 kxo module。

static int kxo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    pr_debug("kxo: %s\n", __func__);
    if (atomic_dec_and_test(&open_cnt)) {
        del_timer_sync(&timer);
        flush_workqueue(kxo_workqueue);
        fast_buf_clear();
    }
    pr_info("release, current cnt: %d\n", atomic_read(&open_cnt));
+   attr_obj.end = 48;
    return 0;
}

#### 使畫面呈現在使用者層級
> Commit [43dc5ba](https://github.com/sysprog21/kxo/commit/43dc5babcecb6a9863cca1173681811f3777deaf)

原本 `draw_board()` 函式在核心層級中進行，每次棋盤狀態改變，核心就要透過 `copy_to_user()` 把整個畫面樣板傳給使用者空間。

參考 [a2985ba](https://github.com/sysprog21/kxo/commit/a2985ba98d9440414107cba4bd5093b95e34f86c)，將核心層級（`main.c`）中的`draw_board` 改寫成只把 16 格棋盤資料存入 `draw_buffer`，只需傳送字元，無需畫出畫面。

- static char draw_buffer[DRAWBUFFER_SIZE];
+ static char draw_buffer[N_GRIDS];

另外，使用者層級（`xo-user.c`）中新增 `draw_board()` 函數，將核心傳來的 16 格資料轉換為棋盤畫面（含換行與橫線）。

**效能分析**
在 `kxo_release` 最後加入下面這一行：

pr_info("kxo: DRAWBUFFER_SIZE = %d, N_GRIDS = %d\n", DRAWBUFFER_SIZE, N_GRIDS);

可得到：

[421143.829037] kxo: DRAWBUFFER_SIZE = 66, N_GRIDS = 16

原本讀取 `DRAWBUFFER_SIZE`（66 個字元）→ 現在只讀 `N_GRIDS`（16 個字元）。也就是減少了了 66 - 16 = 50 bytes 的傳輸成本。

:::danger
提供更多數學分析
:::

**亂碼問題**
先前所提到[使用 Ctrl + Q 使對弈終止時產生亂碼](https://hackmd.io/PF72FR7lQvKNhSVU3L9jWA?both#%E4%BD%BF%E7%94%A8-Ctrl--Q-%E4%BD%BF%E5%B0%8D%E5%BC%88%E7%B5%82%E6%AD%A2%E6%99%82%E7%94%A2%E7%94%9F%E4%BA%82%E7%A2%BC)，是因為 ASCII 畫面含有空格、``|``、``-``、換行等特殊字元，在傳輸中斷或解碼錯誤所造成。因此將畫棋盤的動作改在使用者層級進行也能解決此問題。

#### 顯示當下的時間
> Commit [00a2c58](https://github.com/sysprog21/kxo/commit/00a2c5898c1f52dd9fd218d0f581583c7813afb4)

使用 `time(NULL)` 來取得現在的時間，再用 `localtime_r()` 轉換成當地時間的結構，同時保證 thread-safe。
> thread-safe：當多個執行緒（threads）同時使用同一段程式碼時，不會發生資料衝突或錯誤。

輸出結果如下：

Time: 2025-04-16 20:42:40