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title: 2020 年春季 Linux 核心設計課程作業 —— kecho
image: https://repository-images.githubusercontent.com/181623502/5a221200-560c-11ea-8a63-53e08f8c367c
description: 檢驗學員對 Linux 核心 kthread 和 workqueue 處理機制的認知
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# H09: kecho
###### tags: `linux2020`
> 主講人: [jserv](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/User/jserv) / 課程討論區: [2020 年系統軟體課程](https://www.facebook.com/groups/system.software2020/)
:mega: 返回「[Linux 核心設計](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/linux/schedule)」課程進度表

## :memo: 預期目標

* 學習 Linux 核心的 kernel thread 和 workqueue 處理機制
* 學習 [Concurrency Managed Workqueue](https://www.kernel.org/doc/html/v4.15/core-api/workqueue.html) (cmwq)

## :rocket: `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](https://github.com/sysprog21/kecho) 以得知必要的設定和準備工作。

## :house: `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](http://man7.org/linux/man-pages/man7/epoll.7.html) 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](https://github.com/sysprog21/kecho) 以得知必要的設定和準備工作。

## :checkered_flag: 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)](https://www.kernel.org/doc/html/latest/core-api/workqueue.html) 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](http://man7.org/linux/man-pages/man7/epoll.7.html) 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？

## :penguin: 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
:::warning
:warning: 如果你在 2020 年 3 月 30 日前，已從 GitHub [sysprog21/kecho](https://github.com/sysprog21/kecho) 進行 fork，請依據 [Alternatives to forking into the same account](https://github.community/t5/Support-Protips/Alternatives-to-forking-into-the-same-account/ba-p/7428) 一文，對舊的 repository 做對應處置，然後重新 fork
:::
* 在 GitHub 上 fork [kecho](https://github.com/sysprog21/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](https://github.com/sysprog21/kecho/pull/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](https://unixism.net/2019/04/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](https://hackmd.io/@sysprog/linux2020-homework5)，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