H09: kecho

tags: linux2020

主講人: jserv / 課程討論區: 2020 年系統軟體課程

返回「Linux 核心設計」課程進度表

預期目標

• 學習 Linux 核心的 kernel thread 和 workqueue 處理機制
• 學習 Concurrency Managed Workqueue (cmwq)

kecho: 執行在 Linux 核心模式的 TCP 伺服器

取得 kecho 原始程式碼並編譯:

$ git clone https://github.com/sysprog21/kecho
$ cd kecho
$ make

預期會見到以下:

• 執行檔: bench 及 user-echo-server
• 核心模組 kecho.ko 及 drop-tcp-socket.ko

接著可進行測試:

$ make check

參考輸出:

Preparing...
Send message via telnet
Progress : [########################################] 100%
Complete

該操作由以下動作組成:

$ sudo insmod kecho.ko
$ telnet localhost 12345

會出現以下輸出:

Trying ::1...
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.

可輸入任何字元 (記得按下 Enter)，然後就會看到 telnet 回應你剛才輸入的字元。

按下 Ctrl 和 ] 組合鍵，之後按下 q，即可離開 telnet 畫面。接著可以試著在 $ telnet localhost 12345 時不要輸入任何字元，只是等待，會看到以下的 kernel 訊息 (可用 $ dmesg 觀察):

                 cope
                 le:	    4404 kB
                 RssShmem:	       0 kB
                 VmData:	     880 kB
                 VmStk:	     132 kB
                 VmExe:	     136 kB
                 VmLib:	    6336 kB
                 VmPTE:	     212 kB
                 VmSwap:	       0 kB
                 HugetlbPages:	       0 kB
                 CoreDumping:	0
                 Threads:	1
                 SigQ:	0/31543

kecho 掛載時可指定 port 號碼: (預設是 port=12345)

$ sudo insmod kecho.ko port=1999

修改或測試 kecho 的過程，可能因為 TIME-WAIT sockets 持續佔用，導致 rmmod 無法成功，這時可透過給定的 drop-tcp-socket 核心模組來剔除特定的 TCP 連線。請詳細閱讀 kecho 以得知必要的設定和準備工作。

user-echo-server: 執行於使用者層級的 TCP 伺服器

user-echo-server 是 kecho 的使用者層級的實作，可對照功能和比較效能，運用 epoll 系統呼叫，會傾聽 port 12345。

不管是 user-echo-server 抑或 kecho，都可搭配給定的 bench 程式來分析效能。請詳細閱讀 kecho 以得知必要的設定和準備工作。

自我檢查清單

• 給定的 kecho 已使用 CMWQ，請陳述其優勢和用法
• 核心文件 Concurrency Managed Workqueue (cmwq) 提到 "The original create_*workqueue() functions are deprecated and scheduled for removal"，請參閱 Linux 核心的 git log (不要用 Google 搜尋!)，揣摩 Linux 核心開發者的考量
• 解釋 user-echo-server 運作原理，特別是 epoll 系統呼叫的使用
• 是否理解 bench 原理，能否比較 kecho 和 user-echo-server 表現？佐以製圖
• 解釋 drop-tcp-socket 核心模組運作原理。TIME-WAIT sockets 又是什麼？

作業要求

• 回答上述「自我檢查清單」的所有問題，需要附上對應的參考資料和必要的程式碼，以第一手材料 (包含自己設計的實驗) 為佳

如果你在 2020 年 3 月 30 日前，已從 GitHub sysprog21/kecho 進行 fork，請依據 Alternatives to forking into the same account 一文，對舊的 repository 做對應處置，然後重新 fork

• 在 GitHub 上 fork kecho，目標是修正 kecho 的執行時期的缺失，提升效能和穩健度 (robustness)
  • 若使用者層級的程式頻繁傳遞過長的字串給 kecho 核心模組，會發生什麼事？
  • 參照 kecho pull request #1，嘗試比較 kthread 為基礎的實作和 CMWQ，指出兩者效能的落差並解釋
  • 如果使用者層級的程式建立與 kecho 核心模組的連線後，就長期等待，會導致什麼問題？
  • 研讀 Linux Applications Performance: Introduction，嘗試將上述實作列入考量，比較多種 TCP 伺服器實作手法的效能表現

繳交方式

編輯 Homework5 作業區共筆，將你的觀察、上述要求的解說、應用場合探討，以及各式效能改善過程，善用 gnuplot 製圖，紀錄於新建立的共筆

截止日期

• Apr 25, 2020 (含) 之前

越早在 GitHub 上有動態、越早接受 code review，評分越高