11-EFT.WP.Core.DrawingKinetics v1.0 | 第10章 并行与执行（Threads 对接）

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第10章 并行与执行（Threads 对接）

I. 范围与目标

• 将细丝牵引/拉伸动力学的计算与采集/控制线程对接，给出执行图 G = ( V , E ) 的建模、调度与观测口径，确保 hb 因果、bp 背压安全与 SLO 可验证。
• 定义运行期度量 TS.*，覆盖 T_make(G)、延迟与抖动、队列与丢包、关键路径与告警触发；明确与第2–9章物理量（lambda,s,v,A,rho_L,J,T_fil,S_xx(f) 等）在时基 ts 上的一致对齐。

II. 术语与符号

1. 执行图与代价：G=(V,E)，w(v)（节点计算代价，单位 s 或 CPU·s），m（并发资源数），C_p(G)（关键路径时长）。
2. 调度与时限：T_make(G)（作业完工时长），D_k（第 k 个产物截止时间），slack_k = D_k - ( t_now + R_k )，R_k（关键路径剩余代价估计）。
3. 队列与背压：Q_i(ts)（第 i 级队列深度，单位 item），r_in,i，r_out,i（输入/输出速率，单位 item/s），bp（背压信号）。
4. 因果与时基：hb（happens-before），tau_mono（单调时基），ts = alpha + beta * tau_mono（与第8章一致）。
5. 运行度量（TS.*，与《Core.Threads》一致口径）
   • TS.lat.p50，TS.lat.p99（端到端延迟）
   • TS.jitter.rms（周期抖动）
   • TS.backlog.max（最大队列深度）
   • TS.loss.rate（丢包率）
   • TS.hb.violations（因果违例计数）
   • TS.util.cpu，TS.util.mem（资源占用）
   • TS.makespan.last = T_make(G)
   • TS.cp.length = C_p(G)，TS.cp.set（关键路径节点集）

III. 公设与最小方程

• P11-10（hb-一致提交）
  任一物理时序派生量写入清单前满足 hb(acquire) -> hb(estimate) -> hb(emit)；提交以幂等事务封装，重放不改变 meta.uid 与摘要哈希。
• P11-11（跨线程时基一致）
  任一线程的 tau_mono 漂移相对主钟不超过 drift_max；对外发布一律映射到 ts = alpha + beta * tau_mono 并在 timebase.* 留存 alpha,beta。
• P11-12（背压安全域）
  背压策略应使所有中间队列满足 0 <= Q_i(ts) <= Q_i.max 且不发生未受控丢弃；若需丢弃，必须按策略字段记录为 drop.policy 与 *_qf。
• S12-18（队列动力学与限流）
  ( d/dt ) Q_i = r_in,i - r_out,i；r_out,i = min( r_cap,i , r_demand,i )；当 Q_i >= Q_i.max 时发出 bp 并调节上游 r_in,i = f_bp( Q_i )，其中 f_bp 单调非增且 f_bp( Q_i.max ) = 0。
• S12-19（DAG 完工下界与调度准则）
  T_make(G) >= max( C_p(G) , ( ∑_{v∈V} w(v) / m ) )；近似最优的就绪优先策略为优先调度关键路径上、且 w(v)/deadline_slack(v) 最小的节点。
• S12-20（时限余度与告警）
  slack_k = D_k - ( t_now + R_k )；触发门限 slack_k <= slack_gate 时，发出 ALERT.DEADLINE_RISK 并提升 TS.priority 或降采样。
• 量纲校核
  check_dim( T_make ) == s；check_dim( ( d/dt ) Q_i ) == 1/s；check_dim( r_in,i ) == 1/s。

IV. 数据与清单口径

1. 运行期扩展字段（建议并入 schema.core.drawing/v1 的 runtime.* 命名空间）
   • runtime.G.hash（执行图结构哈希）
   • runtime.T_make（s），runtime.C_p（s），runtime.cp.set（节点名列表）
   • runtime.queues[i].Q_max，Q_p95，drops，drop.policy
   • runtime.rate.in，runtime.rate.out（item/s）
   • runtime.TS.lat.p50，TS.lat.p99，TS.jitter.rms，TS.util.cpu，TS.util.mem，TS.hb.violations
   • runtime.alerts[]（告警时间与类型）
2. 与物理量的对齐
   series.* 的每个窗口 window.id 挂接 runtime.* 的同窗统计；频域派生 spectral.* 标注其生成作业 v_spectral 与其 w(v) 估计。

V. 算法与实现绑定

1. I10-1 update_draw_state( state, bc:dict, dt:float ) -> StepReport
   线程安全：获取输入 v_in,v_out,T_fil 的时序切片，完成 lambda,s,A,rho_L,J 更新；提交以 hb(acquire)->hb(update) 顺序标记。
2. I10-2 estimate_tension( lambda:float , s:float , params:dict ) -> float
   可并行批量化；若 params.model 含速率硬化项，需声明 w(v) 估计与 TS.util.cpu 上限。
3. I10-3 compute_instability_metrics( state ) -> dict
   异步执行；若 TS.cp.length 超阈，降采样或切换轻量指标族。
4. I10-4 calibrate_kinematics( trace:any , sensors:list , timebase:dict ) -> CalReport
   仅在 INIT/WARMUP 阶段上电执行；提供 alpha,beta 与 jitter_rms。
5. I10-5 emit_metrics_drawing( state ) -> dict
   终端节点，满足 hb(update)->hb(emit)，并写入 runtime.* 度量与 TS.* 聚合。
6. 新增执行接口
   • I10-6 schedule_draw_graph( G , SLO:dict , resources:dict ) -> SchedPlan
   • I10-7 run_event_loop( plan:SchedPlan ) -> RuntimeReport
7. 伪代码（核心循环）

I10-7 run_event_loop(plan):

state <- INIT

while state != STOP:

events <- poll(plan.inputs, plan.timeout)

for e in events:

tag_hb(e, "acquire")

if backlog_high(): issue_bp(); maybe_throttle()

submit(v_update, e.payload) # I10-1

if need_spectrum(): submit(v_spectral, window_id)

if need_risk(): submit(v_instab, snapshot) # I10-3

drain_ready_tasks_by_priority() # critical-path & slack-aware

for r in ready(v_emit):

tag_hb(r, "emit")

out <- I10-5(r.state)

publish(out)

8. 状态机
   INIT -> WARMUP -> RUN -> DRAIN -> STOP；在 WARMUP 完成 I10-4 与资源探测，在 DRAIN 等待队列清空并确保 T_make(G) 收敛。

VI. 计量流程与运行图

1. 运行图口径
   • 采集节点 v_acq（编码器/张力/环境）
   • 状态更新 v_update（I10-1）
   • 构成估计 v_tension（I10-2）
   • 频谱派生 v_spectral（第7章）
   • 失稳评估 v_instab（I10-3）
   • 清单汇总 v_emit（I10-5）
2. 关键观测点
   在每个节点出口标注 TS.lat.node、TS.queue.len、TS.cpu.slice；在作业完成时更新 TS.makespan.last 与 TS.cp.set。
3. 告警与回退
   当 TS.backlog.max > gate.backlog 或 TS.hb.violations > 0，触发 ALERT.PIPELINE_HB，进入降采样模式并冻结非关键派生（如高分辨率 spectral.*）；当 slack_k <= 0，触发 ALERT.DEADLINE_MISS 并记录受影响窗口 window.id。

VII. 验证与测试矩阵

1. 最小用例
   • 恒速拉伸：验证 hb 顺序与 T_make(G) 下界 S12-19。
   • 阶跃拉伸：验证 TS.jitter.rms 与背压闭环 S12-18 的稳定性。
   • 斜坡拉伸：验证 v_spectral 的并发扩展与 TS.util.cpu 上限。
2. 极端场景
   • 传感器抖动放大与迟到包；
   • 队列容量上限与强迫丢弃策略；
   • 资源收缩（m 减半）下的 T_make(G) 与 SLO 保序。
3. 守恒与门限
   并行执行不得破坏第3章守恒校核：eps_mass、eps_norm 在并发与降采样模式下仍须通过 qc.gate.*。

VIII. 交叉引用与依赖

• 第2章：lambda,s,v,A 的定义与观测映射是 v_update 的输入出口契约。
• 第3章：rho_L,J 与连续性 S12-1 的离散残差用于并行校核。
• 第4章：T_fil 构成族影响 v_tension 的代价 w(v) 与批处理策略。
• 第7章：S_xx(f),U_w,ENBW 规定 v_spectral 的窗口与资源预算。
• 第8章：ts 对齐与 alpha,beta 由 I10-4 产出；到达时两口径的差异 delta_form 在并行报表中一并发布。
• 第9章：runtime.* 与 TS.* 字段并入清单，支持追溯与合规。

IX. 风险、限制与开放问题

• OS 调度与 GC 暂停引入长尾延迟；需在 TS.lat.p99 门限下评估容器与运行时选择。
• 多源 tau_mono 漂移在跨设备聚合中放大，必须在 timebase.* 留存校正与置信度。
• 背压策略对物理采样保真度的影响边界尚需更细的 drop.policy 与质量门耦合。
• 显存/内存互斥与 NUMA 亲和对 C_p(G) 的二阶效应需在大规模并发下评估。

X. 交付件与版本管理

1. 交付件
   • threads.drawing.v1.yaml（执行图、优先级与限流策略）
   • threads.drawing.metrics.json（TS.* 与 runtime.* 聚合）
   • threads.drawing.hbtrace（因果迹线，含 hb 标记）
2. 版本与变更
   • 调度策略或 bp 口径变更标记 MOD，同步更新 runtime.* 字段说明；
   • 新增节点或并行分支标记 ADD，更新 G.hash 与基准作业的 T_make(G) 基线；
   • 任何影响 hb 语义的改动需发布兼容旗标与回归矩阵，并在 CHANGELOG.md 记录。