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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。

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1. 总体架构

workflows/<wf>.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_<id>/）
       │  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/<name>/ → 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。

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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/<name>），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）。

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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）统一生成两行：

ND=50,NLAMBD=3,VTB=2.,ISPODF=1,DDNU=50.,CNU1=6.,[CHMAX=..][,ITEK=..],NITER=<阶段>
[ORELAX=..][,IDLTE=..][,IACC=..][,ICHANG=..],IELCOR=-1

• 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）
• 参数分行写（line1 ≤64c, line2 余下），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）。

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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_<id>/，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）

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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：

{
  "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： <name>.<label>.5/.6/.err/.nst/.7 与收敛诊断 <name>.<label>_chmax*.9（见 tlusty_result_artifacts.md）。

5.3 统计整个网格的信息

早期 grid_status.json 文件已废弃；当前状态统计由服务端 API 实时查询 DB 提供：

• GET /api/workflows：各工作流内联进度（total/completed/failed/running…，completed 由 7c 改名自 converged）
• GET /api/workflows/:name/stats：单工作流统计（含 cold_run_converged / seed_step_converged）
• GET /api/workflows/:name/points：逐点列表（可过滤 status/method/wave/q，分页）
• GET /api/workflows/:name/progress：进度-时间序列曲线
• 种子步进命中数 = tasks 表 json_extract(tlusty_strategies,'$[0]')='seed_step' 且 status='completed' 的聚合

前端 Dashboard 直接消费以上端点渲染（首页卡片、详情页概览/点表/平行集合分析图）。

5.4 单个网格点的详细收敛诊断

• 从节点 result_dir/<模型>/ 读取 <模型>.<label>_chmax*.9（每阶段收敛诊断， 含最大相对变化随迭代下降过程）。
• 阶段日志 <模型>.<label>.6/.err 查看 tlusty 输出与报错。
• 光谱 *.spec / 连续谱 *.cont / b 因子 *.bfac / 出射谱 *.emflux 供物理分析。

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6. 完整操作步骤

第1步：配置工作流（workflows/.yaml 的 grid 段）

grid:
  teff:  [20000, 30000, 40000, 60000]   # 各维采样点列表
  logg:  [5.0, 6.0]
  loghe: [-2, 0]
  logc:  [-4, -2, -1]                    # 亚太阳范围（已修正；旧版 -1..1 会发散）
  logn:  [-4, -2, -1]
  logo:  [-4, -2, -1]
  # 共 4*2*2*3*3*3 = 432 个点
tlusty_stage:                            # TLUSTY 阶段独立配置（enabled/policy/strategies）
  enabled: true
  policy: skip_converged
  strategies: ["cold_run", "seed_step"]  # 策略链：冷启动失败回退种子步进
synspec_stage:                           # SYNSPEC 阶段独立配置（enabled/policy/strategies）
  enabled: true
  policy: skip_converged
  strategies: ["standard"]
synspec_input:                           # SYNSPEC 数值参数（fort.55 波长范围等）
  wstart: 3000.0
  wend: 7000.0

第2步：创建并启动工作流（HTTP API / Dashboard）

# 创建/保存工作流（config_yaml 上传）
curl -X POST localhost:8090/api/workflows -H "Authorization: Bearer $ADMIN_TOKEN" \
     -F name=sdB_cno -F config_yaml=@workflows/sdB_cno.yaml

# 启动（进入 initializing → running，后台异步建网格并派发）
curl -X POST localhost:8090/api/workflows/sdB_cno/start \
     -H "Authorization: Bearer $ADMIN_TOKEN"

也可直接在 Dashboard「工作流 → 启动配置 → 启动」操作。启动后调度器按 wave（难度） 顺序把点推入 MQ，各节点 pull 抢占计算。

第3步：监控

• Dashboard：工作流卡片进度条、详情页概览（统计/进度曲线/ETA）、逐点表、平行集合分析图。
• API：GET /api/workflows/:name/stats / :name/points / :name/progress。
• 服务端日志：RUST_LOG=info ./server。

第4步：断点续算 / 增量

• 工作流默认 policy: skip_converged：启动时跳过已收敛点、重试已失败点。
• 加密网格：往 grid 各维列表加更多点后保存并重启工作流（自动跳过已完成，只算新点）。
• 高温区加密建议先冷启动算 He-rich/低金属的"桥头堡"模型，建立种子库再扩散到 难收敛点（见 §7.1）。

单点调试

# 把单个点置回 pending 重跑（或在 Dashboard 详情页查看该点尝试历史/阶段诊断）
curl -X POST localhost:8090/api/workflows/sdB_cno/points \
     -H "Authorization: Bearer $ADMIN_TOKEN" -F point_name=t40000_... 

早期 Python 的 run_grid.py / run_one.py / seed_step.py 脚本与 src/ 目录已废弃。

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7. 注意事项

1. 种子步进回退（核心机制）：tlusty_strategies 链含 seed_step 时（默认推荐 ["cold_run", "seed_step"]），冷启动失败的点会自动回退到种子步进链：服务端在全局 种子库找近邻已收敛 .7，ltgray=F + ichang=0 热启动重跑。这是高温/He-poor/富金属区的 决定性破局手段（详见 §2.1）。 种子匹配：两级匹配——exact_family（同 Teff/logg/logHe 族，CNO 用有向距离：富方向 重罚 4×、贫方向 1×）与 global 加权距离（d_teff/5000 + d_logg×2 + d_loghe×0.5 + d_cno×0.1 ≤ 3.0），不再是早期简单的绝对跨度阈值（见 seed_finder.rs / design.md §3）。 跨度过大（如 cno-4 直接跳 cno-1，1000× 金属跳跃）即便种子步进也发散 → 这是真实物理 极限，网格如实标注。 种子库建立策略：高温区建议先冷启动算 He-rich 或低金属的"桥头堡"模型，建立种子库 再扩散到难收敛点（如 cno-4 → cno-2 → cno-1 多步跳板）。

2. 断点续算判定：conv.json 里 converged=true 的点会被跳过。假收敛 （atmosphere_has_nan=true）的点会被重算。

3. 失败处理：单点失败（发散/崩溃）不中断整个网格；当前策略失败触发策略链回退， 链耗尽则标记 failed。高温难点的失败大多是真实物理极限（见 §2.1），不强制成功。

4. 磁盘空间：节点端归档 result_dir 永久保留（无 LRU 淘汰），每个模型约 2-10MB 白名单产物（.spec/.cont/.iden/.7/.bfac/.emflux/各阶段快照/日志）。沙盒 task_* 工作目录结算后清理，节点重启时清理残留。

5. 并行安全：每任务独立沙盒（data/work/task_<id>/），fort.* 文件不冲突。可安全并行。

6. nst 文件行长限制（已修复）：tlusty 的 nst 解析器有 ~72 字符的行宽限制。 如果参数太多写在一行（如加了 IDLTE/IACC 后 >72 字符），行尾的参数会被 静默截断。nst_writer 把参数分两行写（line1≤64c, line2 余下参数）。 这是个隐蔽 bug——截断后 tlusty 不报错而是用默认值，导致"看似成功实则参数 没生效"。

7. fort.84 残留（已修复）：tlusty 运行时会在工作目录写 fort.84（nst 参数的 内部表示）。如果下一次 tlusty 运行（不同 NATOMS）读到旧的 fort.84，会报 "Bad integer for item 48" 崩溃。runner 每次运行前删除 fort.84。

8. 收敛可靠性（如实）：用正确配方（无 CHMAX/ITEK, NFREAD=2000, nc NITER=10） 后，20000-40000K 全区间冷启动可靠收敛；60000-80000K + He-rich/低金属用 种子步进可解决；80000K + He-poor + logCNO=-1 是真实物理极限 （CNO 高价离子主导不透明度，金属 ×10 跳跃线性化无法阻尼），网格如实标记 未收敛。之前版本的"8/8 边界全部成功"不准确（基于错误的 CHMAX=0.1）。 ICRSW（Hummer & Voels 切换）在 tlusty208 原版中是死代码 （SUBROUTINE SWITCH 从未被 CALL，CRSW≡1.0），不要依赖它稳定化； 即便源码修复启用后实测对难点也无帮助。详见 EXPERIENCE.md。