feat(starry-mm): file-backed mmap readahead (batched page-fault fill)

[Lfan-ke]

背景

file-backed mmap 的按需缺页此前每个 4 KiB 页一次 read_at,每次都是一整条 axfs-ng→virtio-blk 路径。加载一个大 .so(例如 186 MB 的 libLLVM ≈ 46K 页)因此要发 ~46K 次独立读,慢到分钟级。

改动

Linux 风格 readahead:

• aspace::handle_page_fault 从缺页起向前填一个 32 页窗口(clamp 到该 area;仅基础 4K 页),而非单页。
• CowBackend::populate 把连续未映射的 file-backed 页成段(run)合并为一次 read_at(N*page_size)(新增 alloc_file_run):零初始化缓冲 → 越过 EOF 的部分末页保持 demand-zero;非页对齐的映射头回退逐页路径;匿名页与 COW 缺页保持原逐页路径不变。

回归测例

test-suit/starryos/qemu-smp1/system/syscall-test-mmap-readahead:mmap 一个大于 32 页窗口且带部分末页的文件,验证 ① 每个文件内字节等于"绝对偏移哈希"模式(任一页拿错 run 偏移即失配)② 末页越过 EOF 的字节为 demand-zero(readahead 的 EOF clamp)③ 先在映射中部缺页(窗口从中部起)各字节仍正确。

验证

单核 qemu10:x86_64 / aarch64 / riscv64 的 system 组均 STARRY_GROUPED_TESTS_PASSED,test-mmap-readahead 9/9 且全组无回归;loongarch64 内核可编译且 test-mmap-readahead 9/9(单独隔离运行——当前 loongarch system 组卡在一个与本改动无关的、既有的 F_SETLKW 阻塞锁测试上,非本 PR 引入)。readahead 代码在通用 mm/aspace(无架构相关路径)。conflict-free(当前 dev 的 mm/aspace 无 readahead,无其它 open PR 触及)。

备注(据实)

这不单独解开 pocl/opencl:其 dlopen 186 MB 的 libpocl→libLLVM 闭包瓶颈在 libLLVM 的 C++ static-ctor 在 qemu-TCG 下的执行,而非本 PR 处理的逐页 I/O。但它对所有大 file-backed 加载(java/node 启动、大 .so 等)是通用且正确的改进。

[mai-team-app]

审查总结

本 PR 为 StarryOS 的 file-backed mmap 添加了 Linux 风格的 readahead（批量缺页填充），将原本每个 4 KiB 页一次 read_at 的逐页 I/O 改为在 handle_page_fault 中向前填充一个 32 页窗口，由 CowBackend::populate 将连续未映射的 file-backed 页合并为一次批量 read_at。改动范围集中在 mm/aspace 通用模块（无架构相关路径），并附带回归测例 syscall-test-mmap-readahead。

验证结果

检查项	结果
cargo fmt --check	失败 — cow.rs:192-193 的 unsafe 块换行格式不符合 rustfmt 要求
cargo clippy --manifest-path os/StarryOS/kernel/Cargo.toml --all-features -- -D warnings	通过
GitHub Actions CI — "Check formatting / run_host"	失败（与本地 cargo fmt 结果一致）
GitHub Actions CI — "Detect changed paths"	通过
GitHub Actions CI — 其余 StarryOS/QEMU 测试 job	全部 skipped（fork PR 未触发）

阻塞问题

1. cargo fmt --check 失败（os/StarryOS/kernel/src/mm/aspace/backend/cow.rs 第 192-193 行）：

   // 当前代码（不符合 rustfmt）：
   let dst =
       unsafe { slice::from_raw_parts_mut(phys_to_virt(frame).as_mut_ptr(), ps) };
   // rustfmt 期望：
   let dst = unsafe { slice::from_raw_parts_mut(phys_to_virt(frame).as_mut_ptr(), ps) };

   请运行 cargo fmt 修复后重新推送。CI 的 "Check formatting / run_host" job 同样报告了此问题。

非阻塞观察

• 测试用例 syscall-test-mmap-readahead 的设计很好：使用绝对偏移哈希模式验证逐字节正确性，覆盖了「大于一个窗口的映射」「末页越过 EOF 的 demand-zero」「中部缺页」三个关键场景。
• 新增的 test_framework.h 沿用了项目中多个测试用例各自拷贝一份的现有模式，不是新问题。
• alloc_file_run 中 alloc_new_frame(false) + 从零初始化 buf 拷贝的方式，正确地保证了末页越过 EOF 部分的 demand-zero 语义。
• file.read_at(&mut &mut buf[..max_read], ...) 的双重 &mut 与 alloc_new_at 中的现有写法一致，clippy 未报告问题。
• 未引入 [patch.crates-io] 覆盖。

重复/重叠分析

• 在 origin/dev 上搜索 readahead、alloc_file_run、READAHEAD，确认 dev 分支的 mm/aspace 中不存在 readahead 相关代码，本 PR 是全新功能。
• 未发现其他触及 mm/aspace/backend/cow.rs 或 mm/aspace/mod.rs 的开放 PR 与本 PR 冲突。
• 本 PR 的 readahead 与 #1007（page reclaim for file-backed memory pressure）不重叠：前者是缺页时的批量填充，后者是内存压力下的页面回收，属于互补功能。

审查决定

REQUEST_CHANGES：请修复 cargo fmt 问题后重新推送，其余代码质量良好。

Powered by deepseek-v4-pro

[Lfan-ke]

已采纳 cargo fmt 格式建议:cow.rs 的 let dst = unsafe { … } 已合并为单行(97 列,在 100 列内),cargo fmt --all -- --check 现已通过。同时已将分支 rebase 到最新 dev,行为不变(纯格式调整),四架构回归测试 test-mmap-readahead 不受影响。

[mai-team-app]

审查总结

本 PR 为 StarryOS 的 file-backed mmap 添加了 Linux 风格的 readahead（批量缺页填充），将原本每个 4 KiB 页一次 read_at 的逐页 I/O 改为在 handle_page_fault 中向前填充一个 32 页窗口，由 CowBackend::populate / alloc_file_run 将连续未映射的 file-backed 页合并为一次批量 read_at。改动范围集中在 mm/aspace 通用模块，并附带回归测例 syscall-test-mmap-readahead。

验证结果

检查项	结果
cargo fmt --check	通过（上一轮审查的格式问题已修复）
cargo clippy --manifest-path os/StarryOS/kernel/Cargo.toml --all-features -- -D warnings	通过
本地编译（starry-kernel）	通过
[patch.crates-io] 检查	未发现
GitHub Actions CI	全部 skipped（fork PR 标准行为，非本 PR 问题）

上一轮审查回顾

上一轮审查（mai-team-app[bot]）因 cargo fmt 格式问题请求修改。作者已修复（let dst = unsafe { ... } 合并为单行），cargo fmt --check 现通过。无其他未解决的审查线程。

代码质量评估

• alloc_file_run 正确处理了：非页对齐映射头（回退逐页路径）、EOF 越界（零填充缓冲区末尾）、空文件 / 零长度读取、run 最小长度为 1（不会对空切片 panic）。
• populate 的批量检测逻辑正确：对连续 NotMapped 的 file-backed 页聚合为一次 run 调用 alloc_file_run，匿名页和 COW 缺页保持原逐页路径。
• handle_page_fault 的窗口计算：仅对 4K 页使用 32 页 readahead 窗口，大页仅填充一页；窗口正确 clamp 到 area.end()。
• unsafe 代码块（slice::from_raw_parts_mut）与 alloc_new_at 中的现有写法一致，语义正确（新分配的物理帧已映射为有效虚拟地址）。
• 测试用例 test-mmap-readahead 设计良好：使用绝对偏移哈希模式验证逐字节正确性，覆盖了「大于一个窗口的映射」「末页越过 EOF 的 demand-zero」「中部缺页」三个关键场景。
• 错误传播路径匹配现有模式，无新引入的 panic 风险、死锁风险或资源泄漏。

重复/重叠分析

• origin/dev 的 mm/aspace 中不存在 readahead 相关代码，本 PR 是全新功能。
• 未发现其他触及 mm/aspace/backend/cow.rs 或 mm/aspace/mod.rs 的开放 PR（PR #1203 是网络栈重构，不重叠）。

审查决定

APPROVE — 上一轮的阻塞问题已解决，代码质量良好，测试覆盖充分，无安全或设计问题。

Powered by deepseek-v4-pro

[ZR233]

已复查当前 head 39f4c67b1e8a4aa4e312566e1c1ef97bce00f02e。

合并要求逐项检查：

• 变更范围集中在 Starry mm/aspace 的 file-backed mmap 缺页填充，以及对应 qemu-smp1/system/syscall-test-mmap-readahead 回归用例。
• CowBackend::populate 只在 file-backed 且连续 NotMapped 页时走批量填充；匿名页、已映射页上的 COW fault 仍走原路径。
• readahead 窗口只对 4K 页启用，并 clamp 到当前 area 结束；测试覆盖了大于窗口的映射、EOF 后 demand-zero、从映射中部先触发缺页等关键偏移场景。
• 已检查 open PR 重叠情况，未发现另一个同向 mmap readahead PR；搜索到的 #1173/#1017/#1062 虽触及 cow.rs 或 mm/aspace，但主题分别是 RSS 统计、apk-cmake 支持、ptrace 支持，不是重复实现。
• 旧的格式化 review thread 已过时，当前 cargo fmt --check 通过，已 resolve。

本地验证：

cargo fmt --check
cargo xtask clippy --package starry-kernel
cargo xtask starry test qemu --arch x86_64 -c qemu-smp1/system/syscall-test-mmap-readahead

其中 starry-kernel clippy 14/14 feature checks 全部通过；新增 QEMU 用例 9/9 pass，STARRY_GROUPED_TESTS_PASSED。

CI 中 Test axvisor self-hosted board roc-rk3568-pc-linux / run_host 的失败发生在 U-Boot 控制命令 setenv autoload yes 超时阶段，未进入本 PR 的 Starry mmap 代码路径，已单独跟踪为 #1227。其余被取消的任务是该失败后的级联取消。

结论：当前变更没有发现阻塞问题，可以合入。