# [2020q1](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/linux/schedule) 第 11 週測驗題 ###### tags: `linux2020` :::info 目的: 檢驗學員對 Linux 記憶體管理、POSIX shared memory, POSIX semaphore 和 split/epoll 系統呼叫的認知 ::: ==[作答表單](https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSe_Ka_m1O9oj0KjULO3VpXBDnsU2c4eliFJxtJQ_HF58X7tiA/viewform)== --- ### 測驗 `1` 考慮一個使用 POSIX shared memory 和 semaphore 開發的 [key-value store](https://en.wikipedia.org/wiki/Key-value_database) 實作，測試程式碼: ```cpp static void sig_handler(int dummy) { kv_delete_db(); exit(0); } int main() { signal(SIGINT, sig_handler); signal(SIGQUIT, sig_handler); signal(SIGTSTP, sig_handler); // Check create kv_store_create("/STORE"); // Check write kv_store_write("MyKey", "content [A]"); kv_store_write("MyKey", "content [B]"); for (size_t k = 0; k < 17; k++) { char str[5]; sprintf(str, "[%zu]", k); kv_store_write("MyKey", str); } for (int i = 0;; i++) { char *p = kv_store_read("MyKey"); if (!p) break; free(p); } // Check read_all char **v = kv_store_read_all("MyKey"); for (size_t i = 0; v[i]; i++) { printf("%zu => '%s'\n", i, v[i]); free(v[i]); } free(v); // Check destroy kv_store_destroy("/STORE"); return 0; } ``` 參考執行輸出: ``` 0 => 'content [A]' 1 => 'content [B]' 2 => '[0]' 3 => '[1]' 4 => '[2]' 5 => '[3]' 6 => '[4]' 7 => '[5]' 8 => '[6]' 9 => '[7]' 10 => '[8]' 11 => '[9]' 12 => '[10]' 13 => '[11]' 14 => '[12]' 15 => '[13]' 16 => '[14]' 17 => '[15]' 18 => '[16]' ``` 原始程式碼可見 [kv.c](https://gist.github.com/jserv/9db8ca1fe174a99eaccbfaebbf47b2bb)。 這份實作應該能在 multi-process 和 multi-thread 環境運作。 請補完上述 `kv.c` 程式碼。 ==作答區== AAA = ? * `(a)` `open` * `(b)` `shm_open` BBB = ? * `(a)` `store->clients` * `(b)` `store->clients++` * `(c)` `++store->clients` * `(d)` `store->clients--` * `(e)` `--store->clients` CCC = ? * `(a)` 0 * `(b)` `cache_idx` * `(c)` `cache_idx++` * `(d)` `cache_idx--` DDD = ? * `(a)` 0 * `(b)` `cache_idx` * `(c)` `cache_idx++` * `(d)` `cache_idx--` :::success 延伸問題: 1. 解釋上述程式碼運作原理，指出實作缺陷並改進 2. 設計實驗並探討改進存取效率的手法 ::: --- ### 測驗 `2` 以下程式碼嘗試透過 epoll 和 splice 系統呼叫，實作出具體而微的 [Port forwarding](https://en.wikipedia.org/wiki/Port_forwarding)。考慮一個情境：我們對外有一台防火牆，在 DNS 設定方面，我們設定 `ftp.mydomain.com` 及 `www.mydomain.com` 都指向這台防火牆。但我們希望所有 HTTP 連線都重新導向到內部的 `192.168.0.2` 這台機器上，而所有 FTP 連線都交由 `192.168.0.3` 來處理。這時候我們就可以使用 port forwarding 的方式來達成。對應的 NAT (Network Address Translation) 的設定如下: ```= redirect_port tcp 192.168.0.2:80 80 redirect_port tcp 192.168.0.3:20 20 redirect_port tcp 192.168.0.3:21 21 ``` 第一行的目的就是將 port 80 的 tcp 連線重新導向到 `192.168.0.2` 的 port 80，而第 2 和第 3 行是將 port 20 及 port 21 的連線交由 `192.168.0.3` 來處理。在 1`92.168.0.2` 及 `192.168.0.3` 這二台機器上，我們只要設定它們的 gateway 為防火牆的 IP，例如 `192.168.0.1` 即可。 使用 splice 系統呼叫，我們有機會在網路介面控制器的支援下，達到 Zero-copy 資料傳輸。 原始程式碼可見 [proxy.c](https://gist.github.com/jserv/99ad84d0b9ef8a5836cf93fc42b4f435)，其 `list.h` 取自 [list.h](https://github.com/sysprog21/linux-list/blob/master/include/list.h)，改寫自 Linux 核心原始程式碼。 假設本地機器系統 port 80 已有網頁伺服器在等待連線。`proxy` 的測試方式為 ```shell $ ./proxy 8082 localhost 80 ``` 等程式執行後，在另一個終端機畫面中輸入下列命令: ```shell $ telnet localhost 8082 ``` 接著你就可以輸入 HTTP 請求字串，如 `GET /index.html`。 此外，你還可以把 port 8082 轉向到 Google 首頁: 先找出 `www.google.com` 的 IP 地址: ```shell $ nslookup www.google.com ``` 得到以下輸出: ``` Name: www.google.com Address: 216.58.200.228 ``` 修改上述命令: ```shell ./proxy 8082 216.58.200.228 80 ``` 重複上述 `telnet` 命令，這時候就會看到 Google 首頁的字串。 請補完程式碼。 ==作答區== EEE = ? * `(a)` `num_events` * `(b)` `num_events++` * `(c)` `num_events--` * `(d)` `++num_events` * `(e)` `--num_events` FFF = ? * `(a)` 不需要加入程式碼 * `(b)` `buf->bytes += n` * `(c)` `buf->bytes -= n` * `(d)` `buf->bytes--` * `(e)` `buf->bytes++` :::success 延伸問題: 1. 解釋上述程式碼運作原理，指出實作缺陷並改進 2. 將 DNS 解析的機制納入，允許用 [FQDN](https://en.wikipedia.org/wiki/Fully_qualified_domain_name) 作為輸入 3. 嘗試克服連線數量的限制，設計實驗並探討如此 port forwarding 的效率 :::