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W14 - UART 与网卡固定绑核，唤醒路径改为本地优先

周期：2026-09-19 ~ 2026-09-26 仓库：StarryOS（mul-hart-k3 分支，本周 1 个提交）

W13 定了多 hart 适配方案，第一阶段（同步与调度基础）在 9/17 提交。本周把方案往下推一层：UART 和网卡的后台角色都固定到指定 hart，并补上能直接看到"谁跑在哪个 hart"的观测命令。过程中修了三个在实测中暴露的缺陷：UART TX 丢唤醒、release 构建越界读出幽灵 hart，以及唤醒路径不通知远端。9/21 提交的是 WIP 快照（45 个文件，+12293/-178），工作区还有未提交的收尾改动，正在继续推动工作，下周结束之前应该能做完吧。

固定绑核：角色到 hart 的分配变成显式规则

四个后台角色：UART 的 RX copier 与 TX copier，以及网卡队列 owner 和协议栈 runner。

分配规则集中在 kernel/src/drivers/placement.rs：从已发布的可调度 hart 集合里取，角色 i 落在 schedulable[(anchor_pos + i) % len]。SMP=16 下四个角色落在不同 hart 上，只有单 hart 才共置。集合为空或非法直接失败，不去选未初始化的运行队列。掩码容量取 axconfig::plat::MAX_CPU_NUM，不再硬编码。

copier 和 runner 都在副 hart 就绪之后才启动，且是入队前绑核，各启动一次。

观测：UART 152 字节快照与网卡 V5

UART 新增 QEMU-only 快照命令 0x55534d31，152 字节定长帧，逐字节序列化。memcpy 结构体会把 repr(C) 填充的未定义字节带进用户态，所以走的是序列化后的字节数组。

帧内包含配置/在线掩码、两个 copier 的绑核、实际中断 hart，以及 copier 最近与累计 hart、ring 占用与空位、TX 四阶段完成。另有远端入队/IPI/恢复计数和非法绑核拒绝数。旧 TXDBG 接口不变。

网卡 V5 快照命令 0x4e495435 按字节是 V4 的前缀扩展，V1–V4 的命令、布局、语义不动。区别在观测方式。V5 里 owner 和 runner 的 hart 是任务在轮询入口记下的实际值，不再从绑核掩码推断。

唤醒路径：本地优先 + 单次 IPI

UART TX copier 固定在远端 hart，startup 打完一个字节后 copier 最终恢复了，但 IPI 发送和接收计数一直是 0。原因是 waker 复用了普通 spawn 的全局轮转来选目标，并以 resched=false 入队，远端入队不发 IPI。

把唤醒一律改成 resched=true 的实验被完整回退：全掩码的网络协议栈 runner 会在 16 个 hart 之间被唤醒轮转，形成 IPI 风暴。

最终做法是把唤醒目标选择从 spawn 里拆出来。crates/axtask/src/run_queue.rs 新增纯函数 select_wake_cpu：当前 hart 同时在任务亲和集与可调度集内就留在本地，否则从两者交集里确定性地取一个，交集为空则失败。AxWaker 走这个入口并请求完成 Blocked → Ready 迁移，本地只置抢占标志，远端恰好发一次 IPI，重复唤醒不发。普通 spawn 仍走原来的轮转。

顺带修掉 UART TX 丢唤醒：copier 注册 ring waker 后重查 ring，发现新数据就 self-wake 重试，不直接停放，并新增 park_after_register_retry 计数。这个竞态之前表现为同一个二进制时而 PASS 时而失败。

多 hart 适配的完整做法和代码位置写在 多 hart 适配是怎么落地的。

release 越界读出幽灵 hart

绑核代码曾按硬编码 64 遍历 CpuMask<16>，而 cpumask 0.1.0 的索引 get/set 只有 debug_assert。release 下越界读返回垃圾 true，于是并不存在的 hart 16 被当成可调度。

修法是在 crates/axtask/src/cpumask.rs 加自有类型 AxCpuMask 包装 registry 类型，索引访问在 debug 和 release 都做容量检查：越界读报"不在集合"，越界写返回错误且不改动掩码。registry 类型不再从公开 API 露出，没有 Deref、AsRef，也拿不到内部值。

迁移观测：控制命令已提交，读写序仍缺一块

两个 QEMU-only 控制命令已提交，把 copier 和 owner/runner 的绑核从单 hart 扩到两个 hart，观察任务自然迁移后再恢复固定绑核；目标非法时失败并保留原掩码。迁移视图用原子字段加 seqlock 发布。

提交里的 seqlock 两侧序关系仍有缺口。写侧在奇数标记后加 Release fence，但 Release 只约束它之前的操作，后续字段写仍可能越过；读侧在最终序号检查前也少一道边界。弱内存序下读者可能接受混合视图。修法已写成方案，代码还没改。

验证状态

  • UART 阶段的提交记录显示 52/52 宿主测试和 65/65 UART 测试通过，普通 / SMP=16 / D1 构建通过。
  • 网卡阶段与迁移阶段目前只到宿主状态机与构建层。SMP=16 上的分驱动运行验证（串口和网卡各自单独判定）和两驱动组合压力还没做。
  • 工作区未提交的收尾改动包括迁移视图读写序修正、SMP=16 分驱动验证的记录（pcap、guest 日志），以及网卡对端脚本和文档归档。这些还没做完，不计入本周成果。

提交记录

日期 提交 内容
9/21 9efb2529 共享绑核策略，UART copier 与网卡 owner/runner 固定绑核，UART 152 字节快照与网卡 V5，以及唤醒路径本地优先 + 单次远端 IPI、AxCpuMask 容量安全、迁移控制命令与观测底座
9/17 6796315a 同步与调度基础：全局临界区、工作区 axtask 副本与入队前绑核、远端就绪 IPI，以及 PLIC 窗口修正

下周

  • 和大家一样完成训练营工作收尾
  • 把qemu上面的工作，多hart情况下的异步串口和网卡跑通
  • 然后就是继续配置k3的开发环境

参考