--- title: 2021 年春季 Linux 核心設計課程期末專題 image: description: 「Linux 核心設計」課程期末專題清單 --- # 2021 年春季 [Linux 核心設計](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/linux/schedule)課程期末專題 ###### tags: `linux2021` :::info :information_source: 注意事項 1. 所有專案都該確保在 Linux v5.4+ 運作 2. 所謂的「彙整」,是指能撰寫出完整的技術報告,範例: [位元運算整理](https://hackmd.io/@0xff07/BTS) 和 [基於 C 語言標準研究與系統程式安全議題](https://hackmd.io/@sysprog/c-std-security) 3. 專題不僅是課程評分的依據,而且是自己專業的證明,日後可列於個人簡歷 4. 請及早向[授課教師](https://www.facebook.com/JservFans)預約一對一討論,得知專題進行的方式 ::: ## LittleFS Arm Mbed 作業系統有個子項目名為 [littlefs](https://github.com/littlefs-project/littlefs),顧名思義就是針對嵌入式裝置開發的小型檔案系統,我們可透過 [FUSE](https://www.kernel.org/doc/html/latest/filesystems/fuse.html) 掛載到 Linux 或 macOS 作為檔案系統,卻不用撰寫對應的核心模組。本任務嘗試理解 [littlefs](https://github.com/littlefs-project/littlefs) 運作機制,包含其工具。 相關討論: * [littlefs-fuse](https://www.facebook.com/groups/system.software2020/permalink/326283654972507/) > 執行人: bobhsiao0306 ## simplefs > 題目: 從無到有開發針對 Linux 核心的檔案系統 為了探索 Linux VFS (virtual file system) 介面及檔案系統實作機制,我們從無到有撰寫一個運作於 Linux 核心模式中的精簡檔案系統,原始程式碼約一千餘行,支援基本的檔案和目錄處理,同時也考慮到權限和並行處理的議題。 相關討論: * [simplefs](https://www.facebook.com/groups/system.software2020/permalink/330569901210549/) > 執行人: Nahemah1022 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@Nahemah1022/rJo1sAtid) > 執行人: fwfly $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@fwfly/simplefs) ## usbip 以 USB/IP 來說,這個實作已整合進 Linux 核心,能夠將 USB 裝置透過網路連線重新導向到另外一台電腦,具體來說: * USB 裝置實際所在的電腦稱為 server (伺服器),接收重導那台稱為 client(客戶端; * client 端可搭配 udev 和相關的工具,接受裝置重新導向後,自動掛載 server 端的 USB 裝置; 這樣的情境在虛擬化環境變得重要,因為一台伺服器可提供遠端桌面所需要資源,但是 USB 裝置往往就需要適度分享,於是透過 USB/IP 可讓遠端裝置分享變得可行。 相關討論: * [usbip](https://www.facebook.com/groups/system.software2020/permalink/331069264493946/) ## vcam > 題目: 打造 Linux 虛擬攝影機裝置驅動程式 vcam 是個針對 Linux 核心開發的虛擬攝影機裝置,全部程式碼僅 1 千 5 百行,從而可理解 V4L2 (video fro Linux APIs, version 2) 的使用和 Linux 多媒體架構。開發一個虛擬的攝影機裝置除了理解 Linux 核心設計外,也有資訊安全的幫助,例如你可以安插相關程式碼,紀錄有哪些應用程式偷偷啟動攝影機,但過程中又不會揭露真正的隱私。本議程不僅討論 V4L2,也涵蓋 DMA-Buf 這樣著重 Zero-copy 裝置驅動程式運作機制。 相關討論: * [vcam](https://www.facebook.com/groups/system.software2020/permalink/332852434315629/) * [2020 年開發紀錄](https://hackmd.io/@eecheng/B16rQ3GjU) / [GitHub](https://github.com/eecheng87/vcam) > 執行人:WayneLin1992 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@WayneLin1992/HkDBmLUDO) / [GitHub](https://github.com/WayneLin1992/vcam) ## `/dev/mem` 研究 編撰 [Linux 核心的 /dev/mem 裝置](https://hackmd.io/@sysprog/linux-mem-device),強化 eBPF, crash 等工具的運用,目標是「成為電腦的主人」 —— 想改哪段記憶體就動手變更 > 執行人: jhan1998 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@jhan1998/Hk61Y4dd_) ## Linux 排程器研究 研讀 "Trace Linux Kernel Scheduler Events" 並擴充 > 執行人: RZHuangJeff $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@Forward1105/reading-digest) > 執行人: henrybear327 ## Linux 核心 CoW 研究 探討 Linux 核心內部 CoW 的實作機制 > 執行人: linD026 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@linD026/Linux-kernel-COW-content) ## 改進 [mimalloc](https://github.com/microsoft/mimalloc) [mimalloc](https://github.com/microsoft/mimalloc) 是 Microsoft Research 主導的開放原始碼專案,旨在提出更輕量且更有效率的記憶體管理器 (即 malloc/free 等函式) 的實作。 * [mimalloc 實作機制和改善](https://hackmd.io/@jserv/BynrpV0eB) * [Brief History of Free List Sharding](https://hackmd.io/@hPMCWajOS-ORQdEEAQ04-w/HJbeisVNB) * [IsoAlloc Performance](https://github.com/struct/isoalloc/blob/master/PERFORMANCE.md) > 執行人: hankluo6 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@hankluo6/mimalloc) ## High performance Web Server > 題目: 高效能網頁伺服器 —— 針對 Linux 核心和進階系統呼叫重新設計 探討從無到有打造 Linux 平台的高效能網頁伺服器,涵蓋是否該將伺服器實作於 Linux 核心內部、並行處理、I/O 模型、epoll、React pattern,和 Web 伺服器在事件驅動架構的考量。 * [sehttpd 說明](https://hackmd.io/@sysprog/linux2020-sehttpd) * [sysprog21/timeout](https://github.com/sysprog21/timeout): Tickless Hierarchical Timing Wheel * [2020 年開發紀錄](https://hackmd.io/@jwang0306/final-project) / [GitHub](https://hackmd.io/@jwang0306/sehttpd) > 執行人: D4nnyLee, DDerveialm $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@XDEv11/project) ## quiz2A - list 重做 [第 2 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz2) 的第 1 部分,並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作。 > 執行人: shanihsu $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@shani/r16CJIjXu) > 執行人: kevinlin529 ## slab [第 2 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz2) 的第 2 部分提到 [slab allocator](https://en.wikipedia.org/wiki/Slab_allocation),請彙整學員們的作業成果,並整理為新的共筆,新增工作: 1. 回顧 [Linux 核心設計: 記憶體管理](https://hackmd.io/@sysprog/linux-memory),理解必要的背景知識 2. 針對 Linux `v5.20`,在 [User-Mode Linux](https://hackmd.io/@sysprog/user-mode-linux-env) 進行觀察 3. 透過 QEMU 建立模擬環境,載入 Linux `v5.20` 並善用 [SlabDbg](https://github.com/Kyle-Kyle/slabdbg) 追蹤 slab/slub 的內部行為 > 執行人: gyes00205 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@gyes00205/2021q1_slab) ## quiz2C - bitcpy 重做 [第 2 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz2) 的第 3 部分,並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作,也該探討 Linux 核心原始程式碼裡頭的案例 > 執行人: Jings1017 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@jingsian27/B1dJXWTwu) > 執行人: IzsKon ## quiz2D - string interning 重做 [第 2 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz2) 的第 4 部分,並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作,需要考慮到多執行緒環境 > 執行人: Zxiro > 執行人: William0715 ## fibdrv 重做 [fibdrv](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-fibdrv) 並彙整學員們的作業成果 > 執行人: yellow-hank > 執行人: xxiex123 ## quiz3 - SSO/CoW 重做 [第 3 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz3),並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作,也該探討 Linux 核心原始程式碼裡頭的案例 > 執行人: yellow951321 ## quiz4 - thread pool 重做 [第 4 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz4),並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作。應當考慮到 [CPU Affinity](https://www.linuxjournal.com/article/6799),參考 [Thread safety with affine thread pools](https://bartoszsypytkowski.com/thread-safety-with-affine-thread-pools/) > 執行人: iLeafy11 > 執行人: xswzaq44321 :::spoiler 暫停: 重做 [sort](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-sort) 並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作,需要在 Linux 核心內部驗證 > 執行人: Uduru0522, ccs100203 ::: ## Concurrent Programming 研究 [第 14 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz14) (第 1 部分) 和 [第 17 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz17),解讀程式運作機制、量化程式執行表現 (與 lock-based 比較),提出改進方案 執行人: Uduru0522, ccs100203 ## quiz5A - SSO 重做 [第 5 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz5) 的第 1 部分,並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作 > 執行人: andy78644 > 執行人: richard880523 ## kHTTPd 改寫 [kHTTPd](https://hackmd.io/@sysprog/linux2020-khttpd),使用 [CMWQ](https://www.kernel.org/doc/html/latest/core-api/workqueue.html),並支援以下特徵: 1. 學習 [kws](https://github.com/kaiyuanl/kws) 的核心參數風格,指定 port, worker, wwwroot 等設定 2. 實作 HTTP request cache 3. 部分 HTTP 1.1 > 執行人: ParkerMactavish > 執行人: bakudr18 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@MR-9Qa9wQLWglSAUyd6UhQ/SkFA8Favu) ## quiz6A - arbitrary-precision arithmetic 重做 [第 6 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz6) 的第 1 部分,並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作,需要探討 Linux 核心的大數運算案例 > 執行人: tigger12613 ## quiz6B - hash table 重做 [第 6 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz6) 的第 2 部分,並彙整學員們的作業成果,提出效率更好的實作,需要探討 Linux 核心的案例 > 執行人: Chialiang86 ## quiz6C - fiber 重做 [第 6 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz6) 的第 3 部分,並彙整學員們的作業成果 > 執行人: nickchenchj $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@nickchenchj/linux2021-quiz6c) / [GitHub](https://github.com/nickchenchj/ncku-linux-kernal-internals/tree/main/quiz6c) ## quiz7A - shell 重做 [第 7 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz7) 的第 1 部分,包含延伸問題 > 執行人: limaoxd > 執行人: robertlin0401 ## quiz7B - multi-threaded web server 重做 [第 7 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz7) 的第 2 部分,包含延伸問題 > 執行人: secminhr $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@secminhr/quiz7B) / [Github](https://github.com/secminhr/quiz7B) ## quiz7C - SPSC 重做 [第 7 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz7) 的第 3 部分,包含延伸問題 > 執行人: chiehen ## quiz7D - message bus 重做 [第 7 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz7) 的第 4 部分,包含延伸問題 > 執行人: wiasliaw ## quiz8A - SPMC 重做 [第 8 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz8) 的第 1 部分,包含延伸問題 > 執行人: cyrong $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@codelelouch0/SyX7P8AdO) ## quiz8B - MapReduce 重做 [第 8 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz8) 的第 2 部分,包含延伸問題 > 執行人: ilkclord $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@ilkclord/Hkt-7TvtO) ## quiz9 - MPMC 重做 [第 9 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz9),包含延伸問題 > 執行人: AmyLin0210 ## quiz10 - channel 重做 [第 10 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz10),包含延伸問題 > 執行人: ambersun1234 ## quiz11 - event loop 重做 [第 11 週測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-quiz11),包含延伸問題 > 執行人: Julian-Chu $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@Julian-Chu/2021q1-quiz11) ## 開放原始碼生態研究 重做 [culture](https://hackmd.io/@sysprog/linux2021-culture),並彙整學員們的作業成果 > 執行人: sherisea $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@6oalLgXBSEWNee3wZElhCQ/HyanIOXq_) ## Real-Time Linux 研究 研究 [xenomai](https://source.denx.de/Xenomai/xenomai/-/wikis/home) 於 real time linux 上的效能表現 > 執行人: RainbowEye0486, fdfdd12345628 $\to$ [開發紀錄](https://hackmd.io/@RainbowEye0486/H1_G1Lhvu)