# CNO 网格完整计算流程 > 本文档说明完整理论光谱网格的计算流程：每个网格点的计算阶段、每阶段的配置、 > 配置原理、CPU/并行机制、以及如何统计每个阶段的信息（时间、收敛等）。 > 当前实现为 **Rust 分布式 C/S + MQ 架构**（非早期 Python 单机脚本），调度与阶段配置 > 详见 `architecture.md` / `task_engine_decoupling_design.md`。 --- ## 1. 总体架构 ``` workflows/.yaml (网格点 + 阶段独立配置 + 策略链) │ ▼ server GridScheduler (schedule_pending_tasks) │ 原子选点(claim_pending_grid_points) → 生成 TaskSpec ▼ MQ task_queue (SQLite，pending/claimed 状态机) │ Worker 轮询 claim 抢占（pull 模型） ▼ node executor（每任务独立沙盒 task_/） │ 按 tlusty_strategies[0] 执行收敛链 ├── ColdRun : lte → nc → nl → synspec ├── SeedStep : seed_nc → nl → synspec（凭 seed_point_name 下载种子 .7 热启动） ▼ 结果上报（report）→ 白名单归档 result_dir// → 清理沙盒 │ 收敛且干净 → .7 入种子库 seeds（供他点热启动） ``` 策略链回退：当前策略失败 → 服务端弹出链首 → 下一顺位（如 `seed_step`）注入种子重试， 详见 `design.md §2` 与 `task_engine_decoupling_design.md §4.2`。 --- ## 2. 每个网格点的计算阶段 每个网格点（一组 Teff/logg/logHe/logC/logN/logO 参数）经过 **TLUSTY 大气求解 + SYNSPEC 光谱合成**。TLUSTY 阶段按执行策略选用不同收敛链（`common::runner` 的 `default_cold_chain` / `default_seed_chain`）。 **冷启动链**（适用 20-40K 及大部分易收敛点）： | 阶段 | 程序 | 做什么 | NITER | 典型耗时 | |------|------|--------|-------|---------| | 1. LTE 灰大气 | tlusty | `lte=T, ltgray=T` 模式，解析求灰色 T(τ) 结构 | 0 | 1-3 秒 | | 2. nc（NLTE 连续谱）| tlusty | `lte=F, ltgray=F` + `ilvlin=0`，收敛电离平衡（无线跃迁）| **10** | 1-5 分钟 | | 3. nl（NLTE 含线）| tlusty | `lte=F, ltgray=F` + `ilvlin=100`，加全部谱线跃迁（要求收敛）| 100 | 5-20 分钟 | | 4. synspec | synspec | 用 nl 大气合成可观测光谱 | — | 3-10 秒 | **阶段间依赖**：1→2→3→4 严格顺序。每阶段用上一阶段的 `.7` 大气作种子（fort.8）。 > 冷启动链在高温/He-poor/富金属区会发散，此时按策略链回退走 **种子步进链** > （seed_nc→nl，跳过 LTE grey 直接热启动）。 ### 为什么是这 4 个阶段（原理） Tlusty 的 NLTE 求解用**迭代线性化**（complete linearization）。线性化的收敛半径 有限——当初猜离真解太远时迭代发散。四个阶段逐步缩小初猜与真解的差距： - **阶段1（LTE 灰大气）**：LTE + 灰色不透明度假设下解析求温度结构。提供物理 合理的起点，不需要种子（从零开始）。 - **阶段2（nc 连续谱）**：切换到 NLTE，但 `ilvlin=0` 不含束缚-束缚线跃迁。 线跃迁是统计平衡方程中最敏感的非线性项；先不加线，只收敛电离平衡（光致电离 +复合），得到稳定的 NLTE 布居数结构。**跳过此步直接 grey→含线 NLTE 必发散。** - **阶段3（nl 含线）**：加入全部线跃迁（ilvlin=100）。从已收敛的 nc 种子起步， 线扰动小，快速收敛（典型 ~15 次迭代）。 - **阶段4（synspec）**：用 nl 阶段收敛的大气模型，计算指定波长范围的合成光谱。 ### 2.1 种子步进链（seed_step）—— 高温区破局 当冷启动链发散时（典型：60000-80000K + He-poor + 富金属），策略链回退切换到 **种子步进链**（`default_seed_chain`），跳过 LTE grey 冷启动，直接用邻居已收敛的 `.7` 热启动： | 阶段 | 做什么 | 关键标志 | NITER | |------|--------|---------|-------| | seed_nc | 从种子热启动 NLTE 连续谱 | `ltgray=F`(读 fort.8) + `ichang=0` | 20 | | nl | 含谱线完整 NLTE（要求收敛）| `ilvlin=100` | 100 | **触发流程**（服务端策略链机制，非节点端自行判断）： 1. 初始派发链首策略（如 `cold_run`）；失败上报（`failed_stage="tlusty"`）后， 服务端 `trigger_strategy_fallback` 弹出链首，重置点 pending，再派发下一顺位。 2. 若下一顺位为 `seed_step`：服务端在全局种子库按**有向 CNO 距离**找最近邻收敛种子， 注入 `seed_point_name` 后派发；无种子则暂存顺位待种子出现。 3. 节点凭 `seed_point_name` 下载种子 `.7`（`GET /api/seed/`），作 fort.8 热启动跑 `seed_nc → nl`。 **原理**（`tlusty208.f` 源码确认，详见 EXPERIENCE.md）： - `LTGREY=T` → `CALL LTEGR` 生成灰大气（**忽略 fort.8**，冷启动）； - `LTGREY=F` → `CALL INPMOD` 读 fort.8 作初猜（**热启动**）。 - `ICHANG=0`：种子与目标模型原子完全一致（同为 H/He/CNO 设置），只改 Teff/logg/丰度，不需要重映射布居数。 > **物理极限（如实标注）**：80000K + He-poor + logCNO=-1 即使种子步进也发散 > （CNO 高价离子主导不透明度，金属 ×10 跳跃线性化无法阻尼）。网格如实标 > `converged=false`，不强制成功——这些极端参数组合观测上本就罕见。 > > **ICRSW 是死代码**：源码中 `SUBROUTINE SWITCH` 定义但从未被 CALL， > 默认 CRSW≡1.0 无阻尼效果。不要依赖 ICRSW 稳定化（见 §7.8）。 --- ## 3. 每阶段的配置信息与原理 ### 3.1 `.5` 文件（每阶段一份，三阶段相同 NATOMS/ions，只改 3 处） ``` 第1行: TEFF GRAV （三阶段相同：目标参数） 第2行: LTE LTGRAY （阶段1=T T，阶段2/3=F F；种子步进链全 F） 第3行: nst 文件名 （固定写 'nst'，内容每阶段由 nst_writer 生成） 第4行: NFREAD （=2000 → 展开约 75443 个频率点；不要用 50） 第5行: NATOMS （=8: H,He,空×3,C,N,O） 第6+行: atoms (mode abn modpf) （C/N/O 的 mode=2 显式NLTE, abn=10^logX） ions段: iat iz nlevs ilast ilvlin nonstd typion filei （阶段1/2/seed_nc: ilvlin=0; 阶段3/nl: ilvlin=100 ← 关键区别） ``` **为什么 NATOMS/ions 三阶段必须相同**：每阶段的 `.7` 大气记录了每个能级的 布居数。种子与目标的能级结构必须一一对应，否则读取时索引错位 → NaN。 ### 3.2 nst 文件（非标准参数，每阶段统一结构，NITER 不同） `nst_writer::generate_nst_content` 对**所有阶段（含 lte）统一生成 4+ 行**：前 2 行与旧实现字节级一致（阶段参数 + `IELCOR=-1`），从第 3 行起显式写出 `global.nst` 的 NLTE 高频关键字（值等于 TLUSTY 内置默认，物理等价）： ``` ND=50,NLAMBD=3,VTB=2.,ISPODF=1,DDNU=50.,CNU1=6.,[CHMAX=..][,ITEK=..],NITER=<阶段> [ORELAX=..][,IDLTE=..][,IACC=..][,ICHANG=..],IELCOR=-1 NMU=3,ISPLIN=0,CNU2=3.,NFTAIL=21,DFTAIL=0.25 HMIX0=-1.,MLTYPE=1,IPTURB=1,IBFINT=1,IHECOR=0,IRTE=0,IBC=3,IFRYB=0,IOPTAB=0,IFMOL=0,IFALI=5,IFPOPR=4,JALI=1,TRAD=0.,WDIL=0.,TFLOOR=8000.,TDISK=0.,TMOLIM=9000. ``` - lte: `NITER=0`（灰大气不迭代，只做一次形式解） - nc: `NITER=10`, nl: `NITER=100`, seed_nc: `NITER=20` - **不设 CHMAX**（用默认 0.001，强迫 nc 真正收敛） - **不设 ITEK**（用默认 4） - 尾部统一 `IELCOR=-1`（电子密度修正关闭） - 频率截断 `FRCMAX/MIN/FRLMAX/MIN` 仅当显式配非零值才写出（0=TLUSTY 内置默认，不覆盖） - 参数分行写（每行 ≤64c），避免 tlusty nst 解析器 ~72 字符行宽截断 每个参数的作用与原理： | 参数 | 作用 | 为什么这样设 | |------|------|-------------| | `ND` | 大气深度点数 | 50（sdB 标准配置） | | `NLAMBD` | lambda 迭代频率点数 | 3（频率网格细化，用户验证配方） | | `VTB` | 微湍流速度 km/s | 2.（sdB 典型值） | | `ISPODF` | 频率网格开关 | 1（启用细化频率网格） | | `DDNU` | 频率间隔因子 | 50.（频率网格细化参数） | | `CNU1` | 频率网格起点 | 6.（频率网格细化参数） | | `NITER` | 最大迭代数 | nc=10（实测最优），nl=100，seed_nc=20 | | `IELCOR` | 电子密度修正 | -1（关闭） | > **关键：不设 CHMAX（用默认 0.001）、不设 ITEK（用默认 4）、不设 IDLTE/ORELAX。** > 之前版本设了 CHMAX=0.1 导致 nc 没真正收敛，是大部分失败的根本原因。 > 详见 EXPERIENCE.md §4 的错误记录。 > > **nc 的 NITER=10 是实测最优**（GUIDE.md NITER 扫描结论）： > - nc（纯连续谱）缺少谱线约束，外层温度永不真正收敛，只在外层漂移； > - NITER=10 vs NITER=50 的最终光谱差异仅 6e-6（完全等价）； > - nl（含谱线）会自修正到正确解，无论 nc 给什么初值； > - NITER=10 总耗时 ~12 分钟（35000K CNO），NITER=50 浪费 2.2× 时间。 ### 3.3 synspec 配置（fort.55 + 谱线表） ``` fort.55 控制卡: 波长窗/展宽/截断（由 workflow YAML 的 `synspec_input:` 块或代码默认配置） 谱线表 fort.19: data 下 gf 谱线数据（含 C/N/O 线） ``` - 代码默认波长窗为 **1400–1410 Å**（`SynspecInput` 默认），实际使用通常配置到 目标波段（如 3000-7000Å 光学波段，覆盖 C II 4267、C III 4647 等）。 - 大气来自 nl 阶段的 `.7`（复制为 fort.8）。 --- ## 4. CPU 与并行机制 ### 4.1 每个网格点只用一个 CPU 核 **是的。** tlusty.exe 和 synspec.exe 是 Fortran 编译的单线程程序，每个实例只用 1 个 CPU 核。网格点的并行不是靠程序内部的多线程，而是靠**同时启动多个程序实例** （分布在多台计算节点上）。 ### 4.2 如何做到并行（分布式 Pull 模型） 并行由 **多计算节点 + 每节点多槽位** 构成： - **节点**：每个物理设备跑一个 `node` 进程，`DCTS_MAX_SLOTS` 控制该节点并发槽位数 （管理员可经心跳配额动态下调）。 - **队列**：服务端把 pending 点推入 MQ，Worker 只要 `active_slots < effective_max_slots` 就持续 `claim` 抢占（pull 模型，天然负载均衡）。 - **沙盒隔离**：每任务独立工作目录 `data/work/task_/`，fort.* 文件互不冲突， 这是并行安全的基础。 - 早期 Python 单机 `multiprocessing.Pool` 架构已废弃。 ### 4.3 吞吐量估算（参考） | 模型类型 | 单点耗时 | 参考吞吐（若干节点） | 收敛性 | |---------|---------|-------------|--------| | 20000-40000K（标准 sdB 区）| ~12-25 分钟 | 随节点槽位总数线性扩展 | 冷启动全区间可靠 | | 60000K + He-rich/低金属 | ~10-15 分钟 | 同上 | 冷启动或一步种子步进 | | 80000K + He-rich/低金属 | ~3-5 分钟（种子步进）| 同上 | 冷启动失败→种子步进成功 | | 80000K + He-poor + logCNO=-1 | — | — | **真实物理极限，发散**（如实标注） | --- ## 5. 如何统计每阶段信息 ### 5.1 当前已记录的信息（conv.json） 每个网格点完成后，`result_dir/<模型名>/conv.json`（节点归档）与 `seeds_dir/<模型名>/conv.json`（服务端）记录： ```json { "name": "t40000_g6.0_he0_c-1_n-1_o-1", "params": {"teff":40000, "logg":6.0, "loghe":0, "logc":-1, "logn":-1, "logo":-1}, "converged": true, "final_max_relc": 0.0069, "atmosphere_has_nan": false, "synspec_rc": 0, "elapsed_sec": 715.0, ← 总耗时（所有阶段+synspec之和） "seed": null, ← 冷启动为 null；走种子步进时为邻居 .7 路径 "stages": [ { "label": "lte", "converged": true, "max_relc": 0.0, "note": "NITER=0 grey start", "elapsed_sec": 2.1 }, { "label": "nc", "converged": false, ← nc 不要求收敛，作种子即可（NITER=10） "max_relc": 0.957, "worst_depth": 1, "last_iter": 10, "n_depths": 50, "elapsed_sec": 62.4 }, { "label": "nl", "converged": true, "max_relc": 0.0069, "worst_depth": 1, "last_iter": 17, "n_depths": 50, "elapsed_sec": 7.8 } ] } ``` > **走种子步进链时**：`seed` 指向邻居 `.7`，`stages` 里没有 `lte`，而是 > `seed_nc`（`ltgray=F` 热启动，NITER=20）→ `nl`。 > 注意：`conv.json` 不含 `seed_step_used` / `coldfail_backup` 布尔字段（旧版字段已移除）； > 收敛手段归因由服务端 `tasks` 表的 `tlusty_strategies[0]`（cold_run / seed_step）聚合统计 > （Phase 6 起 `task_type` 列已删除，策略链首项即当前执行策略的权威快照）。 每阶段记录：`converged`（是否收敛）、`max_relc`（最大相对变化）、 `worst_depth`（最差深度点）、`last_iter`（迭代次数）、`n_depths`（深度点数）、 `elapsed_sec`（本阶段耗时）。 ### 5.2 每阶段时间记录（已实现） runner 在每个阶段的循环开始/结束处计时，conv.json 里每个 stage 有 `elapsed_sec`，synspec 也有单独的 `synspec_sec`。另归档保留各阶段快照： `.