ljz
7611f13208
相较上一版 Jacobian 确定性复用更新，本次补齐事件边界一致性、结果两侧采样及接触事件定位；保留已有物性复用和组件力学公式。 - 统一 UD00 信号求值与下一事件查询的绝对时间边界，修复循环边界浮点舍入导致的阶段错位、重复或漏报，并覆盖零时长、多阶段及长周期场景。 - 引入原生输出语义 v2：保留规则网格真实时间，补充内部时间事件和状态事件的左邻及事件后采样，按保存时间、状态和离散模式重放结果。 - 两条代码生成路径均发出 LSTP 接触描述，默认定位间隙过零及非负力模式的力截断；仅在接受事件时更新防重复记录，增加 contactEvents 诊断计数。 - 补充 MASS/LSTP 独立事件实验、八路全曲线与驱动阶段配对评估，以及 Amesim 不连续点输出对照和力差定位报告；MASS 新增释放机制仍保留为独立实验。 - 保存局部 probe、context 访问与回退、shadow replay、R288 real skip/typed replay 及阀门数值尾部诊断工具和报告；未证明净收益的实验不启用为生产默认优化。 - 更新原生运行说明和元件建模规范，补充信号边界、输出语义、接触事件和实验依赖回归测试。 验证：五组专项回归共 34 项全部通过；37 个待提交 Python 文件语法检查通过；git diff --cached --check 通过。
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# position379：state_valve 数值尾部诊断
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日期：2026-09-17。仅针对既有八路模型 0–10 s 轨迹中，Jacobian baseline/probe 实际执行的 **position379 / PNVO001_1.port_2**。没有改生产路径，没有研究其他 position，没有实现真实 memo skip。
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## 四个问题的答案
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1. **尾部典型单次约0.618 µs。** 在不做前置lookup/FP采样的三轮计时对照中，逐次中位数为0.611–0.628 µs；每轮均值为0.692–0.918 µs，均值的跨轮中位数0.803 µs。均值含调度长尾，不能当作纯CPU指令时间。该数值来自本次尾部计时，不是此前0.783 µs的state_valve exclusive。
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2. **完整数值key重复率84.615%。** 每个Jacobian有5种key，22个probe与baseline逐位相同；全轨迹理论命中19,712/23,296。包含完整x87状态字保护后，本次“无FP状态变化才可直接返回”的候选只允许8,734次，即37.491%。
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3. **当前严格候选未达到完整机制break-even。** 五轮hit lookup均值0.152–0.475 µs，baseline新增2.088–6.619 µs/J；全部miss成本也必须计入。两轮相对平稳的配对数据要求hit成本低于0.109/0.074 µs，实测分别为0.152/0.153 µs。五轮诊断净预算全部为负，−0.367至−8.269 ms/轨迹，中位数−2.341 ms。
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4. **不进入真实实现阶段，停止该方向。** 数值key确实重复，但当前候选没有证明在保留完整FP语义后能获得净收益。这不证明任何kernel memo都不可能盈利；它说明本轮没有满足启动真实实现的门槛。没有通过忽略x87状态、过滤慢样本或扩大position范围来改变结论。
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## 1. 源码边界与准确输入
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依据归档 [properties.c](../../test/local-probe-20260917/worker/properties.c) 第266–277行和 [orifice.c](../../test/local-probe-20260917/worker/orifice.c) 的 `native_medium_orifice_context`。使用与既有fallback诊断相同的归档worker，保证比较对象一致；这不是对工作区后来其他改动重新建模。
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### A. 必须保留的context/property行为
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调用链：`native_medium_orifice_context → native_temperature_ph_context → medium_valve → property_pt → state_valve`。在state_valve内，以下语句及其子调用均原样执行：
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```c
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double p=up->p,T=up->T;
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pd=fmax(fmin(pd,p),0);
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const NativeMedium *m=&up->medium;
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double cp=m->cp+m->slope*(T-m->Tref);
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double factor=m->real_helium?isentropic(cache,up,pd):(cp-m->R)/cp;
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double g=fmax(1e-9,fmin(1-1e-9,factor));
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double rho=fmax(property_density(up),1e-12);
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```
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这包括PH/PT查询、首次匹配、entry创建、count/valid变化、上游和下游等熵准备、density获取及温度observer行为。orifice后续的q计算、方向/opening处理、有限性检查和返回值仍执行。目标调用是orifice，没有额外跳过任何pipe逻辑；整个求解中的其他pipe/context路径保持原执行。
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### B. 已有memo/valid覆盖的工作
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- `local_isentropic` 先观察温度，valid命中才直接返回；不能把观察和valid语义一起memo掉。
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- `property_density`、PH context获取中的已有缓存/Jacobian scalar memo继续工作。
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- 先前fallback函数统计中，昂贵PH反算、密度求解、pipe resistance求根实际调用为0；本轮不把它们当作新可省工作。
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### C. 本次计时的数值尾部
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**起点：原源码第272行 `double r=...`；终点：第276行平滑修正完成。** `subsonic_cm` 的调用也计入该尾部。
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```c
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double r=fmax(pd/p,0),critical=pow(2*g/(g+1),1/(1-g)),eff;
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if(r<=critical) {
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eff=critical;
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*cm=sqrt(2/(1+g)*rho*T/p)*pow(2*g/(g+1),g/(1-g));
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*vel=sqrt(2/(1+g)*p/rho);
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} else {
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eff=r;
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*cm=subsonic_cm(r,g,rho,T,p);
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*vel=sqrt(fmax(2/(1-g)*p/rho*(1-pow(r,1-g)),0));
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}
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double ref=subsonic_cm(.9999,g,rho,T,p);
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if(*cm>0 && ref>0) {
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double smooth=tanh(fmax(12*fabs(*cm/ref)*log(eff)/log(.9999),0));
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*cm*=smooth; *vel*=smooth;
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}
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```
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- 完整数值输入：**`p, T, pd, g, rho`**，五个double的原始位，共40 B。pd已经限幅，g和rho已经完成上述准备/限幅。不能用原operation的p/h/opening作为替代key。
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- 数值输出：**`cm, vel`**，两个double原始位。
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- 不再读取medium、entry、valid、count或pipe，不写property context；原输出指针的既有值不是尾部输入，两条分支均先写cm/vel。
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- 这只表示“数值计算不依赖context”，**不表示没有机器浮点状态副作用**。数学库和x87运算会改变部分状态字位，因此不能把整个state_valve或这个尾部无条件当作可直接缓存返回的纯函数。
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## 2. 诊断方法
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独立worker复制既有local probe实现，只在目标position设置诊断scope；普通residual及其他position不进入记录。原whole-context guard及其成功恢复路径保留。
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- 每次目标尾部仍执行一次原数学代码。诊断lookup只把可能的缓存结果写到临时记录，不用于operation输出，**没有真实skip，也没有双路Reference执行**。
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- 使用invariant TSC，`lfence/rdtsc/lfence`，全轨迹对QPC校准；原编译参数仍为O3、禁止fast-math与FP contraction。两端标记包围原尾部，没有循环重复同一个热key来替代实际轨迹。
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- 所有详细记录先写预分配内存，积分结束后写盘；单记录128 B。候选baseline记录仅72 B：40 B key、16 B输出、12 B环境、4 B ready。
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- 五轮完整诊断，同时直接测K、候选hit/miss lookup、baseline key/环境准备、结果捕获及每Jacobian重置。G包含外层调用、key构造、环境读取、完整比较及写回临时结果，不只测memcmp。
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- 另三轮 **K-only** 对照：尾部之前只放计时标记，key/环境采样全部移到尾部之后。这三轮的环境不是入口环境，**其hits/G/H字段不参与任何命中率或盈利判断**。
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- 原始单次均值、中位数和min/max全部保留，没有剔除抢占/缺页长尾。空标记中位约12–14 ns；预算只从可省K中扣除空标记，G/H保留原始计时，避免把微小收益做大。
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归档初版构建与交付诊断版本的 `model.o`、`properties.o`、`valve_tail_diag.o` 字节一致；清理仅移除了未启用的预留接口，没有引入真实skip版本。
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已检查两版 `state_valve` 目标码控制流：density/g准备先于起始标记，`pd/p`、critical及尾部数学调用位于计时范围内，输出写入完成后才取结束标记。汇编分别保存在构建目录的 `state-valve.asm`。
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## 3. 全轨迹进入次数与尾部时间
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所有轮次都完成896个Jacobian。目标物理operation进入和尾部执行次数均为 **24,192**：
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| 类别 | 次数 |
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|---|---:|
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| baseline | 896 |
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| probe group0–25 | 23,296 |
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| group26 | 0：已有whole-context复用使目标operation未执行 |
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| 真实skip | 0 |
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分母是Jacobian内实际执行的目标probe，不含普通residual，也不把group26已有的复用计成新memo收益。
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### K-only低扰动对照（每轮24,192次）
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| 轮次 | 均值µs | 单次中位µs | 单次min–max µs | 原始累计ms | 扣空标记均值µs |
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|---|---:|---:|---:|---:|---:|
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| tail-only-0 | 0.803447 | 0.610863 | 0.377976–3595.053 | 19.436981 | 0.791542 |
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| tail-only-1 | 0.691729 | 0.617559 | 0.369792–459.269 | 16.734302 | 0.679824 |
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| tail-only-2 | 0.917657 | 0.627976 | 0.369047–3031.652 | 22.199961 | 0.904264 |
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三轮逐次中位数的中位数 **0.617559µs**，每轮均值的中位数 **0.803447µs**，累计时间中位数 **19.436981ms**。数千µs的max明显混有系统调度长尾，不代表一次数学计算通常要这么久；这些样本没有被删除。
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### 与G/H同时采集的五轮K（盈亏使用同轮配对数据）
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| 轮次 | 均值µs | 单次中位µs | 单次min–max µs | 原始累计ms |
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|---|---:|---:|---:|---:|
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| diagnostic-0 | 0.600212 | 0.575893 | 0.360863–33.676 | 14.520341 |
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| diagnostic-1 | 0.759084 | 0.680059 | 0.396577–201.298 | 18.363768 |
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| diagnostic-2 | 0.843411 | 0.677083 | 0.367559–1362.520 | 20.403801 |
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| diagnostic-3 | 1.176682 | 0.691964 | 0.368303–8174.892 | 28.466296 |
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| diagnostic-4 | 0.642986 | 0.577381 | 0.416666–243.518 | 15.555124 |
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这些结果支持尾部是亚微秒级计算，不能支持“所有测得墙钟长尾都可通过memo省掉”。K-only与完整诊断的批次/代码布局不同，不跨轮拿最贵K减最便宜G来拼净收益。
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## 4. 完整数值bit-key的真实重复率
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每个Jacobian的27次物理进入（1 baseline + 26 probes）均有 **5种不同key**：
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- baseline与 **group0–5、10–25** 共用同一key；每Jacobian22次重复。
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- group6、7、8、9各有一个不同key，彼此及baseline不同。
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- 896个Jacobian全部如此；baseline-only单槽候选已经覆盖所有数值重复，增加多条probe memo不会再增加理论hit。
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| 统计 | 结果 |
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|---|---:|
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| 理论memo hit | 19,712 |
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| 理论probe miss | 3,584 |
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| 数值key hit rate | 19,712 / 23,296 = **84.6153846%** |
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| 相同key的cm/vel逐位不同 | **0** |
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| 各组与baseline相同次数 | 上述22组分别896次 |
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[每个Jacobian的baseline完整十六进制key、各组key和分组关系](../../test/position379-tail-20260917/diagnostic-0/key-groups.json)。其他四轮也各自保存清单和原始记录，并得到相同分组计数。
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### 数值重复不等于可以直接返回
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本次读取：errno、MXCSR全寄存器、x87 control word、x87 status word。尾部前后：
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- errno、MXCSR、x87 control word变化次数均为0。
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- **x87 status word变化13,374次**，其中baseline变化499/896次。
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- 变化位是x87条件状态位，例如 `0x120 → 0x320` 和 `0x320 → 0x120`；本轨迹没有观察到标准浮点异常标志或舍入控制变化。不能把“标准异常标志没变”表述为“完整状态字没变”。
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首版诊断候选保持保守边界：baseline key/output必须有限，所有异常被mask；baseline尾部前后上述环境完全相同，当前probe环境又与baseline一致，且完整40 B key相同，才计算为可直接返回的hit。其余情况仍原计算。没有尝试重放/修补x87状态字，也没有把条件位从比较中移除。
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| 严格候选结果（每轮一致） | 次数 |
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|---|---:|
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| 可直接返回候选hit | **8,734 = 397 × 22** |
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| 候选hit rate | **37.4914148%** |
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| baseline改变x87状态，故记录不可直接复用 | 12,974次probe |
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| 在可复用baseline下，probe环境不同 | 901 |
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| 环境相同但key不同 | 687 |
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| 总候选miss / 原执行 | 14,562 |
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拒绝原因按实际检查优先级归类，环境不同和key不同可能重叠，不能将此表与3,584次纯数值miss相加。上述hit均进一步检查了真实原执行的出口环境和cm/vel：与baseline一致；但本轮没有把它接入真实skip。
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这里的完整x87状态保护比仅核对C标准fenv的异常/舍入控制更严格。它明确对应本轮不放宽FP状态语义的候选；不能用其37.49%结果断言所有可能的FP兼容memo设计都只有这个命中率。
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## 5. Break-even：必须收费的miss与baseline
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本轮的H包括每Jacobian重置、baseline key/入口环境构造、出口环境检查、完整key/output捕获和ready判定。原baseline尾部计算本身未计为H，因为无优化时也必须执行。
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```text
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net = sum(K_i for accepted hits)
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− sum(G_hit_i)
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− sum(G_miss_i)
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− sum(H_j)
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```
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仅用 `K > G_hit + H/22` 会出错：严格候选平均每Jacobian只有 **9.747768次hit**，同时每Jacobian有 **16.252232次miss lookup**。miss不省任何尾部工作，却仍要支付查找开销。
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### 同轮测量的开销及诊断预算
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G为逐次成本的均值，H为总baseline新增除以896。下表净值使用该轮可接受hit对应的原尾部时间，扣一个空标记后计算；不是根据全体K均值估算命中部分。
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| 轮次 | G_hit µs | G_miss µs | H µs/J | 可省尾部ms | 全部probe lookup ms | baseline新增ms | 诊断净预算ms |
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|---|---:|---:|---:|---:|---:|---:|---:|
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| 0 | 0.151522 | 0.157994 | 2.161951 | 5.193716 | 3.624103 | 1.937108 | **−0.367495** |
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| 1 | 0.385920 | 0.575816 | 3.331597 | 6.472028 | 11.755655 | 2.985111 | **−8.268738** |
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| 2 | 0.415912 | 0.480126 | 3.563161 | 8.496013 | 10.624167 | 3.192592 | **−5.320746** |
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| 3 | 0.475128 | 0.507744 | 6.618877 | 15.133467 | 11.543533 | 5.930514 | **−2.340579** |
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| 4 | 0.152557 | 0.197271 | 2.087834 | 5.390453 | 4.205092 | 1.870699 | **−0.685338** |
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五轮G_hit均值中位数 **0.385920µs**，H中位数 **3.331597µs/J**。H不仅是几个孤立长尾：不含重置的逐baseline成本中位数也为 **1.794–2.944µs**。没有测出H≤1µs/J。
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G_hit逐次中位数较低（约0.071–0.133µs），但不能只收hit的中位数费用，再把miss和baseline账单省略。要计算轨迹净收益，必须使用累计成本。
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### 具体break-even门槛
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固定同轮实测H和全部miss成本后：
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```text
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G_hit_max = (saved_tail_work − baseline_cost − miss_lookup_cost) / hits
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```
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五轮上限分别为 **0.109446、−0.560810、−0.193287、0.207143、0.074089µs**。负数表示即使hit完全免费，该轮H+miss也已用完预算；其余轮的实际G_hit同样超过上限。
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以较平稳的第0轮举例，命中尾部扣标记均值0.594655µs：
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- 若H=1µs/J，hit与miss统一收费G，需要 **G<0.184483µs/每次probe尝试** 才盈利。因此“G≤0.25µs且H≤1µs/J”在37.49%可接受率下也不自动足够。
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- 实测H=2.161951µs/J时，所有probe的平均查找预算约 **0.13979µs**；实测约0.15557µs，仍超过。
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- 这是具体候选的盈亏边界，不是kernel memo的理论最低实现成本。没有测量未知的新FP状态重放设计，也不把这种未实现方案当作已有收益。
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所有净预算是诊断阶段的候选费用估计，**不是实测real-skip加速**。系统负载和计时长尾较大，无法证明纯硬件成本存在绝对负收益下界；但是没有一轮形成完整账单上的正收益，故不满足“诊断显示可盈利才实现”的条件。
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## 6. 数值验收与停止决定
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8轮（5轮完整诊断、3轮K-only）全部与归档未修改local probe基线一致：states、outputs、events二进制、最终状态、warning和solver counters。diagnostic-0与tail-only-0另分别核对全部896个132×132 Jacobian及对应t/y，逐位一致。
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| 计数 | 各轮结果 |
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|---|---:|
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| accepted / rejected | 10840 / 918 |
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| Newton iterations / convergence failures | 19371 / 798 |
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| nfev / njev / nlu | 44467 / 896 / 3106 |
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| solverStarts / stateTransitions | 4 / 1 |
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| 目标原尾部实际执行 | 24,192 / 24,192 |
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本轮没有真实skip版本，因此没有声称完成memo版的逐evaluator property/pipe context与memo生命周期双路验收。当前验证证明诊断插桩保持了上述完整轨迹数值；将来若提出另一种盈利方案，仍须重新完成用户要求的全context/FP等真实skip验收，不能借用本轮数值一致性代替。
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**停止决定：保留position379原尾部计算；不接入生产、不扩展其他position、不继续调小这套候选以追求过线。**
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## 产物与复现
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- [诊断构建/执行脚本](diagnose_valve_tail.py)、[只读汇总脚本](analyze_valve_tail.py)。
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- [诊断接口](valve_tail_diag.h)、[诊断记录与计时](valve_tail_diag.c)。代码没有真实skip入口。
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- [全部轮次统计、预算及FP变化](../../test/position379-tail-20260917/diagnostic-analysis.json)。
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- [最终核验记录](../../test/position379-tail-20260917/verification.json)：五轮key/output/FP记录投影逐字节相同，源文件/构建哈希及数值检查通过。
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- `test/position379-tail-20260917/diagnostic-0..4/`：原始128 B记录、每Jacobian key分组、空时钟标记、逐轮校验结果。
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- `tail-only-0..2/`：独立K对照；其后置环境采样不作语义证据。
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- `diagnostic-build-v1/`：原五轮使用的构建及哈希；`diag-trace/`为交付诊断构建，关键目标码一致；`tail-only-trace/`为K对照构建。
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```powershell
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.venv-win/Scripts/python.exe -B tests/manual/diagnose_valve_tail.py prepare
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.venv-win/Scripts/python.exe -B tests/manual/diagnose_valve_tail.py run --label diagnostic-new --matrices
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.venv-win/Scripts/python.exe -B tests/manual/diagnose_valve_tail.py prepare --tail-only
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.venv-win/Scripts/python.exe -B tests/manual/diagnose_valve_tail.py run --worker tail-only-trace --label tail-only-new --matrices
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.venv-win/Scripts/python.exe -B tests/manual/analyze_valve_tail.py
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```
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路径均从脚本所在仓库解析；此实验使用Windows归档工具链和TSC/FP寄存器读数，没有进行Linux性能测试。
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