# Skills 系统 (`skills.rs` + `tools/skill.rs`)
参考 Claude Code 的两层 Skill 加载架构 — **Layer 1** 在每轮系统提示词中列出可用 skill 名称(~20 tokens/skill),**Layer 2** 在 LLM 调用 `load_skill` 工具时注入完整内容(~2000 tokens/skill)。
## 整体数据流
```mermaid
sequenceDiagram
participant FS as skills/*/SKILL.md
participant SR as SkillRegistry
(Arc<RwLock<>>)
participant SP as SystemPrompt
participant LLM as LLM
participant Tool as LoadSkillTool
participant Sub as SubAgentRunner
Note over SR: 启动阶段 (main.rs)
SR->>FS: discover_skill_dirs() 扫描目录
FS-->>SR: parse_skill_file() 解析 YAML + Markdown
SR->>SR: refresh() 完整重载,按 usage_score 排序
SR->>SR: start_watcher() 启动 notify 文件监听
Note over SR: Layer 1 — System Reminder (每轮请求)
SP->>SR: build_reminder()
SR-->>SP: <system-reminder> XML 块
SP->>LLM: 注入 system prompt "skills" section
Note over SR: Layer 2 — 按需加载
LLM->>Tool: load_skill(skill_name)
Tool->>SR: get_skill(name)
SR-->>Tool: Skill { meta + body }
alt context = "fork"
Tool->>Sub: 启动子代理 (max_steps ≤ 10)
Sub-->>Tool: 子代理执行结果
else context = "inline" (默认)
Tool->>Tool: substitute_variables(body)
end
Tool-->>LLM: 格式化技能内容
Tool->>SR: record_usage(name)
```
## 代码结构
| 文件 | 行数 | 职责 |
|---|---|---|
| `src/agent/skills.rs` | ~1100 | SkillRegistry 缓存、文件解析、热更新、条件激活、系统提示构建、SkillCreator / SelfImprovePipeline |
| `src/agent/skills/pattern_detector.rs` | ~420 | PatternDetector — 从 agent_messages 扫描工具调用序列、子序列匹配、Jaccard 去重 |
| `src/agent/skills/curator.rs` | ~700 | Curator — Skill 生命周期管理 + CuratorRunner — 后台空闲触发审查 |
| `src/agent/tools/skill.rs` | 222 | LoadSkillTool — Layer 2 按需加载的 AgentTool 实现 |
| `src/agent/runtime/mod.rs` | ~1182 | 将 `build_reminder()` 注入 SystemPrompt section 3 |
| `src/agent/runtime/system_prompt.rs` | ~64 | 静态 system prompt 中引导 LLM 使用 load_skill |
| `src/main.rs` | ~151-163 | 启动时初始化 SkillRegistry、refresh、启动文件监听器 |
| `skills/{name}/SKILL.md` | — | 实际 skill 定义文件(当前 3 个) |
## SKILL.md 格式
每个 skill 为 `skills/{name}/SKILL.md`,包含 YAML frontmatter + Markdown 正文:
```markdown
---
name: methodology
description: 系统性文献综述方法论——如何高效地完成学术文献调研
context: inline
allowed-tools:
- read_file
- search_papers
model: sonnet
argument-hint: ""
when_to_use: 当用户请求文献综述或调研时
disable-model-invocation: false
user-invocable: true
version: "1.0"
paths:
- "*.rs"
- "*.toml"
agent: code-reviewer
effort: high
---
# Skill 正文 (Markdown)
详细指引...
```
### Frontmatter 字段全量说明
| 字段 | 类型 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| `name` | `string` | 目录名 | Skill 唯一标识 |
| `description` | `string` | "(无描述)" | 一句话描述,出现在 Layer 1 列表;**缺少时产生 warning** |
| `context` | `"inline"` / `"fork"` | `inline` | 执行模式;**非法值时产生 warning** |
| `allowed-tools` | `string[]` | `[]`(无限制) | 工具白名单,fork 模式下建议仅使用这些工具 |
| `model` | `"haiku"` / `"sonnet"` / `"opus"` / `"inherit"` | — | 推荐的执行模型 |
| `argument-hint` | `string` | — | 参数提示(如 ``),已定义但 LoadSkillTool 尚未使用 |
| `when_to_use` | `string` | — | 触发场景描述,**Layer 1 reminder 中直接拼接到 description 后** |
| `disable-model-invocation` | `bool` | `false` | `true` 时 LLM 不能通过 load_skill 工具自动调用;同时控制条件激活的初始状态 |
| `user-invocable` | `bool` | `true` | `false` 时不出现在 Layer 1 reminder 中,用户无法手动调用 |
| `version` | `string` | — | 版本号 |
| `paths` | `string[]` | `[]`(始终激活) | 条件激活的 glob 模式,非空时 skill 仅在匹配文件路径后激活 |
| `agent` | `string` | — | fork 模式下游的 agent 类型(如 `code-reviewer`),已定义但 LoadSkillTool 尚未使用 |
| `effort` | `string` | — | fork 模式下的 effort 级别,已定义但 LoadSkillTool 尚未使用 |
| `pinned` | `bool` | `false` | `true` 时 Curator 强制保持 Active 生命周期,最低质量评分 0.8,不被自动清理 |
### 当前项目 Skill 清单
| Skill | Context | 状态 | 说明 |
|---|---|---|---|
| `methodology` | inline | ✅ 完整 | 系统性文献综述 6 步流程:范围界定 → 按引用筛选 → 逐篇深读 → 补充检索 → 交叉验证 → 输出综述 |
| `plotting` | fork | 🚧 占位 | 科研绘图规范(matplotlib/seaborn/plotly),白名单 bash+save_note |
| `presentation` | fork | 🚧 占位 | 学术 PPT 生成(Python-pptx/Beamer/Marp),白名单 bash+save_note |
## SkillRegistry 核心实现 (`skills.rs`)
### 数据结构
```
SkillFrontmatter — serde_yaml 解析的 YAML frontmatter,含 validate() 校验方法
│
├──▶ SkillMeta — Layer 1 摘要(name, description, context, allowed_tools,
│ when_to_use, disable_model_invocation, user_invocable, paths,
│ pinned: bool)
│
└──▶ Skill — Layer 2 完整对象(meta + body + skill_dir)
│
└──▶ SkillRegistry — 缓存容器 + 生命周期管理
├── skills: Vec
├── last_scan_mtime: Option
└── usage_stats: HashMap
SelfImprovePipeline — 一站式管道
├── PatternDetector — 扫描 agent_messages 检测重复工具调用序列
├── SkillCreator — 将 DetectedPattern 转换为 SKILL.md 文件
└── Curator — Skill 生命周期管理(Active→Inactive→Stale→Deprecated)
└── CuratorRunner — 后台空闲触发审查 + 心跳记录
```
### 关键方法
| 方法 | 返回值 | 说明 |
|---|---|---|
| `new(skills_dir)` | `Self` | 创建空注册表,调用 `refresh()` 触发初始扫描 |
| `refresh()` | `()` | **完整重载**(非增量):扫描目录 → 解析 → 按 `usage_score` 降序排序 |
| `needs_refresh()` | `bool` | 检查目录 mtime 是否变化(首次或 mtime > last_scan_mtime)
| `build_reminder()` | `Option` | 构建 Layer 1 XML `` 块,仅包含 `user_invocable=true && disable_model_invocation=false` 的 skill |
| `build_tool_description()` | `String` | 动态生成 load_skill 工具的 description(列出所有 `disable_model_invocation=false` 的 skill) |
| `get_skill(name)` | `Option<&Skill>` | O(n) 按名称查找完整 Skill |
| `list_skills()` | `Vec` | 获取所有 skill 的元信息列表 |
| `record_usage(name)` | `()` | 记录调用:`invoke_count += 1`,`last_used_at = now` |
| `usage_score(name)` | `f64` | **指数衰减评分**:`ln(1 + count) × 0.5^(age_hours / 168)`(7 天半衰期) |
| `start_watcher(arc)` | `JoinHandle<()>` | 启动文件监听线程(见 4.6.5) |
| `activate_conditional_for_paths(paths)` | `Vec` | 激活匹配指定文件路径的条件 skill(见 4.6.6) |
| `matching_skills_for_paths(paths)` | `Vec` | 查询匹配指定文件路径的所有 skill(只读,不改变状态) |
### usage_score 算法
```
usage_score(name) = ln(1 + invoke_count) × 0.5^(age_hours / 168)
其中:
invoke_count — 从 record_usage() 累积
age_hours — 自 last_used_at 起的小时数(无记录时为 0.1)
168 — 7 天(半衰期),即每过 7 天权重衰减 50%
```
这是一个**指数衰减 + 对数压缩**的评分:频率越高、越近使用,评分越高。`refresh()` 按此评分**降序**排列 skills,使热技能优先出现在 remind 列表中。
## LoadSkillTool (`tools/skill.rs`)
实现 `AgentTool` trait,tool name = `"load_skill"`,参数:
| 参数 | 类型 | 必填 | 说明 |
|---|---|---|---|
| `skill_name` | `string` | ✅ | 要加载的技能名称 |
| `max_steps` | `integer` | 否 | fork 模式下子代理最大步数,默认 5,上限 10 |
### 执行流程
```
execute(args, ctx)
│
├─ 1. 从 SkillRegistry 缓存读取 Skill(RwLock::read)
│ ├─ 命中 → 2
│ └─ 未命中 → 返回错误(含可用 skill 列表提示)
│
├─ 2. record_usage() 更新调用统计(RwLock::write)
│
├─ 3. substitute_variables(body, skill_dir, session_id)
│ 替换 ${SKILL_DIR} → skill 目录绝对路径
│ 替换 ${SESSION_ID} → 当前会话 ID(无则清空)
│
├─ 4. 判断 context 模式
│
│ ┌─ context = "fork" ──────────────────────────────────────
│ │ • 构建子代理 system_prompt(含 skill 正文 + base_dir)
│ │ • 调用 SubAgentRunner::run(system_prompt, task, max_steps)
│ │ • 返回格式:[子代理执行结果 - 技能: xxx]
│ │ • metadata: { context: "fork", execution_mode: "subagent", ... }
│ │
│ └─ context = "inline" (默认) ─────────────────────────────
│ • 格式化输出:# 技能:xxx (描述)\n\nBase directory: ...\n\nbody
│ • 附加 allowed_tools 白名单提示
│ • metadata: { context: "inline", execution_mode: "inline", ... }
│
└─ 5. 返回 ToolOutput
```
### 变量替换 (`substitute_variables`)
| 变量 | 替换目标 | 无值行为 |
|---|---|---|
| `${SKILL_DIR}` | skill 所在目录的绝对路径(如 `/app/skills/methodology`) | 保持原样(`to_str()` 返回 None 时) |
| `${SESSION_ID}` | 当前 Agent 会话 ID | 清空为空字符串 |
> **已知问题**:当前 session_id 获取逻辑通过检查 `config.database_url.contains("session")` 来决定是否为 "current",这是一个脆弱的 hack,应改为从 `ToolContext` 直接读取 `ctx.session_id`。
## 热重载 (Hot Reload)
`SkillRegistry::start_watcher()` 使用 **`notify` crate** 实现事件驱动的文件监听:
```
┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ notify 文件监听线程 │
│ │
│ watcher.watch(skills_dir, RecursiveMode::Recursive) │
│ │ │
│ ▼ │
│ 仅过滤 SKILL.md 文件变更事件 │
│ │ │
│ ▼ 发送 () 到 mpsc channel │
│ ┌─────────────────┐ │
│ │ 300ms debounce │ ← rx.recv_timeout(300ms) │
│ │ 合并连续变更 │ 第一个事件后等待 300ms │
│ └────────┬────────┘ 期间有新事件则重置计时器 │
│ │ │
│ ▼ │
│ registry.write().refresh() 完整重载 │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘
```
| 属性 | 说明 |
|---|---|
| 实现方式 | `notify::recommended_watcher` 事件驱动(非定时轮询) |
| 监听范围 | `RecursiveMode::Recursive`(递归监听子目录) |
| 过滤条件 | 仅处理文件名 == `SKILL.md` 的事件 |
| 防抖窗口 | 300ms — 快速连续的变更合并为一次刷新 |
| 刷新策略 | **完整重载**(始终重新扫描整个目录),非增量 |
| 测试模式 | `#[cfg(test)]` 下为空实现(不启动线程) |
## 条件 Skill 激活 (Paths-based Activation)
部分 skill 通过 `paths` frontmatter 声明 glob 模式,初始状态 `disable_model_invocation = true`,仅在 Agent 访问匹配文件时激活。
**激活流程(`activate_conditional_for_paths`):**
```
当 Agent 通过 Read/Grep/Glob 访问文件时:
for each skill where paths is not empty AND disable_model_invocation == true:
if any(file_path matches any(pattern in skill.paths)):
skill.disable_model_invocation = false // 激活
log: "条件 skill '{name}' 已激活"
return newly_activated_skill_names
```
**匹配查询(`matching_skills_for_paths`):** 只读方法,返回匹配的 skill 列表而不改变激活状态,可用于向 LLM 提示当前上下文相关的 skill。
**Glob 匹配(`glob_match_simple`):**
| 通配符 | 匹配 | 示例 |
|---|---|---|
| `*` | 任意非 `/` 字符序列 | `"*.rs"` → `main.rs` |
| `**` | 任意字符(含 `/`) | `"**/test/*"` → `src/test/foo` |
| `?` | 单个非 `/` 字符 | `"file_?.rs"` → `file_a.rs` |
使用 `glob::Pattern` crate,降级方案为简单字符串包含匹配。
## 系统集成
### 启动初始化 (`main.rs:151-163`)
```rust
// 1. 创建注册表
let skill_registry = Arc::new(RwLock::new(SkillRegistry::new(config.skills_dir.clone())));
// 2. 初始刷新
if let Ok(mut reg) = skill_registry.write() {
reg.refresh();
}
// 3. 启动文件监听(热更新)
let _watcher_handle = SkillRegistry::start_watcher(skill_registry.clone());
// 4. 注入 AppState
let app_state = Arc::new(AppState {
skill_registry, // Arc>
// ... 其他字段
});
```
### System Prompt 注入 (`runtime/mod.rs:1178-1187`)
每轮 LLM 请求构建 system prompt 时,从 SkillRegistry 读取 reminder 并注入为 "skills" section:
```rust
if let Some(skills) = self.app_state.skill_registry
.read().ok()
.and_then(|r| r.build_reminder())
{
sp.add_section("skills", skills);
}
```
### System Prompt 静态指引 (`system_prompt.rs:64`)
```
7. 对于复杂任务(如文献综述),调用 load_skill 获取方法论指引,再用 todo_write 制定计划。
```
### 工具注册 (`tools/mod.rs:254`)
LoadSkillTool 在所有工具注册表中作为第 18 个工具注册(紧跟 CompressTool 之后):
```rust
Box::new(LoadSkillTool::new(skill_registry)),
```
### 共享范围
所有 Agent 组件共享同一个 `Arc>` 实例:
- 主 Agent(`AgentRuntime`)
- 子代理(`SubAgentRunner`)
- 团队成员(`teammate.rs`)
- 后台任务 Agent(`background.rs`)
## Self-improving Skills — 自我进化管道
参考 Hermes-Agent 的 Self-improving Skills 模式,AstroResearch 实现了从**模式检测 → 自动创建 → 生命周期管理**的完整自我进化管道。
### 架构总览
```mermaid
graph TB
subgraph Pipeline["SelfImprovePipeline::run()"]
direction TB
PD["PatternDetector::scan()
扫描 agent_messages 表"]
SC["SkillCreator::create_from_patterns()
生成 SKILL.md 文件"]
CR["Curator::analyze()
质量评分 + 生命周期评估"]
end
subgraph Background["后台定期维护"]
direction LR
Runner["CuratorRunner::spawn()
空闲触发 + 间隔检查"]
Archive["archive_stale_skills()
30d stale / 90d deprecated"]
end
PD -->|"Vec<DetectedPattern>"| SC
SC -->|"Vec<Skill>"| CR
CR -->|"CuratorReport"| Runner
```
### PatternDetector — 模式检测器
从 `agent_messages` 表中自动发现跨 session 重复的工具调用序列:
```
检测算法:
1. 查询每个 session 的 tool 消息(按时间排序)
2. 滑动窗口 (2-8 长度) 提取所有子序列
3. 跨 session 频率计数(≥3 次为候选)
4. Jaccard 相似度去重 + 超序列包含检测
5. 计算 confidence = frequency_score × similarity_penalty
```
**数据结构**:
```rust
pub struct DetectedPattern {
pub tool_sequence: Vec, // 如 ["search_papers", "download_paper", "rag_search"]
pub session_ids: Vec, // 出现的 session
pub frequency: usize, // 跨 session 出现次数
pub confidence: f64, // 0.0-1.0 置信度
pub fingerprint: String, // 去重指纹
}
```
**置信度计算**:
```
confidence = ln(frequency) / ln(3) × (1 - max_jaccard_similarity_with_other_patterns)
```
即:频率越高越好,与已有模式越不相似越好。
### SkillCreator — 自动 Skill 生成
将 `DetectedPattern` 转换为完整的 `SKILL.md` 文件:
```rust
pub struct SkillCreator {
skills_dir: PathBuf,
}
impl SkillCreator {
/// 检测到的模式 → 写入 skills/{kebab-case-name}/SKILL.md
pub fn create_from_patterns(
&self,
patterns: &[DetectedPattern],
dry_run: bool, // dry_run=true 时只预览不移交
) -> Result, Error>;
/// 工具序列名 → kebab-case skill 名称
fn pattern_to_skill_name(tools: &[String]) -> String;
// 例: ["search_papers", "download_paper", "rag_search"] → "search-download-rag"
/// 生成 SKILL.md 正文(含 YAML frontmatter + step-by-step 指引)
fn generate_skill_md(pattern: &DetectedPattern) -> String;
}
```
生成的 SKILL.md 自动包含:
- `pinned: false`(初始不固定)
- `when_to_use` 自动从工具名推断
- 每个工具调用作为 `` 写入正文
- `version: "0.1.0"`(自动生成版本)
### Curator — Skill 生命周期管理
基于 Hermes-Agent `curator.py` 的设计,实现确定性的时间戳驱动生命周期:
```mermaid
stateDiagram-v2
[*] --> Active: 创建 / 使用
Active --> Active: seed_record (0d) / 有调用记录
Active --> Inactive: 7d 无使用
Inactive --> Active: 再次使用
Inactive --> Stale: 30d 无使用
Stale --> Deprecated: 90d 无使用
Deprecated --> [*]: 手动删除
state Active {
[*] --> Pinned: pinned=true
Pinned --> Pinned: 强制保持 (min_score=0.8)
}
```
**生命周期状态**:
| 状态 | 条件 | 行为 |
|------|------|------|
| `Active` | 最近使用 ≤ 7 天 | 正常在 remind 列表中出现 |
| `Inactive` | 7-30 天未使用 | 不出现在 remind 列表,可被重新激活 |
| `Stale` | 30-90 天未使用 | 标记为 stale,出现在清理候选列表 |
| `Deprecated` | > 90 天未使用 | 建议归档或删除 |
**质量评分**:
```
quality_score = ln(1 + invoke_count) × 0.5^(days_since_last_use / 7)
```
**Pinned 保护**:`pinned=true` 的 skill 强制 `Active` 状态,最低评分 0.8,不会出现在清理候选列表中。
### Seed Record — 新 Skill 锚定时钟
新创建或自动生成的 skill 可能没有使用统计,`seed_record` 机制防止它们被立即标记为 stale:
```rust
fn evaluate_quality(&self, skill: &Skill, stats: Option<&SkillUsageStat>) -> SkillQuality {
let (invoke_count, days_since_last_use) = match stats {
Some(s) => (s.invoke_count, s.days_since_last_use()),
None => (
0,
// seed_record: 无统计 → days_since_last_use = 0(视为刚创建)
Some(0),
),
};
// 如果 days_since_last_use <= 7 (NEW_SKILL_GRACE_PERIOD_DAYS) → Active
// ...
}
```
关键常量:
- `NEW_SKILL_GRACE_PERIOD_DAYS = 7`:新 skill 在 7 天内即使零调用也保持 Active
- `STALE_THRESHOLD_DAYS = 30`:30 天未用标记为 stale
- `DEPRECATED_THRESHOLD_DAYS = 90`:90 天未用标记为 deprecated
### CuratorRunner — 后台空闲触发审查
参考 Hermes-Agent 的 inactivity-triggered curator:
```mermaid
sequenceDiagram
participant User as 用户交互
participant App as AgentRuntime
participant CR as CuratorRunner
participant Curator as Curator
Note over CR: 后台 tokio task
loop 每 check_interval
CR->>CR: should_run_now()
alt 未暂停 AND 空闲 > min_idle AND 距上次 > interval
CR->>Curator: run_once()
Curator->>Curator: evaluate_quality() / archive_stale_skills()
Curator-->>CR: CuratorReport
else 不满足条件
CR->>CR: skip
end
end
User->>App: 发送查询
App->>CR: record_activity() 更新心跳
```
**CuratorRunner API**:
```rust
pub struct CuratorRunner {
curator: Curator,
db: SqlitePool,
interval: Duration, // 最小审查间隔(默认 7 天)
min_idle: Duration, // 最小空闲时间(默认 2 小时)
check_interval: Duration, // 检查间隔(默认 1 小时)
paused: AtomicBool,
last_activity: RwLock,
last_run: RwLock