对照 Linux 评估 StarryOS 子系统与浏览器启动

StarryOS 当前内核未解耦系统调用时期的默认系统调用实现是 GNU Linux 的系统调用，所以 Linux 本身就是最好的参照：同一个程序在两边跑，结果该一样，耗时该接近。做法是把两边放进同一个环境，把差距落到具体子系统，再对着 Linux 的源码改；浏览器启动这条长路径则拆成段，逐段比。

流程

flowchart LR
    A[选负载] --> B[两侧同环境运行] --> C[量出差距] --> D[定位到子系统] --> E[对照 Linux 源码修改] --> F[先红后绿] --> G[合入前检查] --> H[溯源]
%% 选负载 -> 两侧同环境运行 -> 量出差距 -> 定位到子系统
%%   -> 对照 Linux 源码修改 -> 先红后绿 -> 合入前检查 -> 溯源

步骤	做什么	产出
选负载	真实应用（Firefox、dnsmasq、CPython 套件）与专门的压力基准	能暴露问题的场景
同环境运行	两侧同一套 QEMU 参数、同一份根盘、同一个二进制，只换内核	可直接相除的数字
量出差距	语义看通过数是否一致，性能看比值与放大倍数	差距清单
定位	内核栈采样、分段计时、两侧同开应用日志	具体到函数的热点
修改	打开 Linux 对应源码（固定到同一提交），照它的语义与数据结构改	补丁，正文引到行
先红后绿	先只加用例，在旧实现上确认失败；再加修复确认通过	回归用例
合入前检查	`fmt`、`clippy`、宿主单测、内核单测、分组系统套件	可合入的提交
溯源	每个补丁一份文件，写明对应的 Linux 源码行与 man 原文	能逐条核对的记录

同环境

QEMU：两侧都是 q35,accel=kvm:tcg -cpu max -m 6G -smp 4，NVMe 根盘、virtio-gpu、virtio-net、SLIRP。
根盘：Linux 侧直接复制 StarryOS 应用构建出的镜像，只换 init。浏览器脚本、Firefox、基准程序因此必然是同一份，作业里用 cmp 校验。
内核：Linux 6.12（Alpine 的 virt 版）。
控制项：纯用户态循环 cpu 两侧比值是 1.00，memcpy 在 0.94 到 1.48。环境本身不偏向任何一边，其余比值可以直接读。
语义类用例另有一个更省事的参照：x86_64 上直接在宿主 Linux（WSL2 的内核）跑同一个用例，两边的通过数应当相同。

压力基准

perfbench 是一个静态链接的小程序，18 个环节，每个环节三档压力：

类别	环节
控制项	`cpu`、`memcpy`
系统调用与文件	`syscall`、`open`、`stat`、`tmpwrite`、`diskwrite`
内存	`fault`、`mmap`、`unmap`
事件与通信	`epoll`、`pipe`、`unixsock`、`tcp`
调度与进程	`yield`、`futex`、`thread`、`fork`、`signal`

判断标准是放大倍数：同一环节最高压力与最低压力的耗时比。接近 1 说明代价与规模无关，是固定开销；明显大于 1 说明内部有随规模增长的遍历或拷贝。只有 StarryOS 放大而 Linux 平坦，才是缺陷线索；两边都放大（比如 fork 随已写过的内存变慢）是正常代价。

09.16 的结果：

结论	环节（StarryOS ÷ Linux）
随压力放大	`epoll_wait` 13.8 至 891、`fork` 6.3 至 494、`mmap` 4.3 至 58、`munmap` 47 至 126、`open` 1.8 至 8.7
固定倍数	信号 30、缺页 15、线程创建 15、回环 TCP 12
已追平	空系统调用 0.58、`stat` 0.8、管道 0.44、unix socket 1.16、写文件 0.3 至 1.7

定位

内核栈采样：QEMU 的 gdb stub 每隔一段时间停一次虚拟机，对所有 CPU 取一次调用栈，汇总栈顶函数。要在负载真正在跑的时段采，页面稳定后一半以上的样本落在空闲上。
分段计时：浏览器脚本在每个阶段打一行标记，串口每行带宿主的单调时间戳，两侧按标记对照。
两侧同开应用日志：比如 Firefox 的 MOZ_LOG 网络日志，逐个事务对照，看差在发请求之前还是之后。

子系统与参考实现

Linux 源码固定在提交 8cd9520d35a6，PR 正文里每处改动都引到具体行。

子系统	对照得到的问题	Linux 的做法	修复	修复前 → 修复后（Linux）
epoll	每次等待都把所有描述符重新注册一遍	只看就绪链表，代价与注册数无关（`fs/eventpoll.c`）	#2302、#2433	1020 个描述符 499.9 → 37.0 µs（0.56 µs）
跨核唤醒	每发一次 IPI 都重建 APIC 句柄，读 CPUID 引发虚拟机退出	写 ICR 前只加一道串行化屏障（`arch/x86/kernel/apic/x2apic_phys.c`）	#2432	回环 TCP 往返 415.7 → 129.9 µs（34.3 µs）
地址空间	每次改映射都把整棵 VMA 树展开	只取与区间相交的 VMA，映射数随增删维护（`mm/mmap.c`、`mm/vma.c`）	#2302、#2578	1024 个映射 277.1 → 96.8 µs（4.4 µs）
fork	登记页归属时两两比较查重	游标只增不减，地址不重复由遍历方式保证（`mm/memory.c` 的 `copy_pte_range()`）	#2577	64 MiB 84.5 → 14.0 ms（0.17 ms）
文件锁	关闭描述符时扫全系统的 fd 表	打开文件描述的最后一个引用消失时释放（`fs/locks.c` 的 `locks_remove_file()`）	#2576	持 512 个 fd 时 `open` 加 `close` 19.8 → 3.2 µs（2.3 µs）
slab 分配	分配对象时遍历整条满 slab 链表	SLUB 默认不把满的 slab 挂在链表上	#2301	512 次分配遍历 2701 个节点 → 0 个
TCP	半关闭后状态不再更新，`poll` 不报事件	`tcp_poll()` 按两个方向的关闭状态报 `POLLHUP`、`POLLRDHUP`（`net/ipv4/tcp.c`）	#2575	`nc` 等回复 16 秒后失败 → 立即返回
netlink	回复没补到 4 的倍数，读的一方越界	写消息时补齐（`net/netlink/af_netlink.c` 的 `__nlmsg_put()`）	#2574	Firefox 冷启动 12 次段错误 5 次 → 0 次
unix stream	两端共用一个等待队列，发送方把自己也唤醒	每端一个等待队列（`net/unix/af_unix.c`）	#2194	用例 21 过 3 挂 → 24 项全部通过
tty	打开 tty 不设控制终端等五处	`tty_open()` 的会话与前台进程组规则（`drivers/tty/tty_io.c`）	#2426	远程桌面里 xterm 起不来 → 正常

浏览器启动实验

把启动拆成段

Firefox 从脚本开始到页面出完，中间有十几个环节。脚本在每个环节打一行标记，两侧按标记切段：

段	StarryOS（秒）	Linux（秒）	判断
进入脚本到清点图片加载器	3.8	2.4	文件系统与进程启动偏慢
Weston 启动到套接字就绪	1.1	1.0	持平
经代理探测中继	1.7	0.9	偏慢
`nc` 探测中继	16.0（失败）	0.6	功能缺陷
直连取 1 MB	0.1	0.0	持平，吞吐不是瓶颈
经中继取首页	1.6	0.6	偏慢
启动 Firefox 到导航完成	52.2 至 73.4	22.1 至 22.6	2.7 倍

16.0 秒正好是 SYN 重传 1+2+4+8 秒的退避之和，同一目标 wget 立刻成功，于是这一段从「慢」改判为「连接建立有缺陷」，后来查到是 TCP 半关闭（#2575）。

指标

指标	怎么取
启动到导航	标记行的时间差
导航尝试次数	脚本内重试计数，一次启动最多三次
已取资源数	Firefox 缓存条目数，每 15 秒一次
内核态占比	`/proc/<pid>/stat` 的 `utime` 与 `stime`（按实际在核时间拆分，不含阻塞）
画面	每 10 秒取一帧 QEMU 的显示输出，统计非背景像素占比与颜色数

结果

指标	09.16	09.28	Linux 6.12
启动到导航	59.2 秒	42.4 秒	22.5 秒
导航尝试次数	1.7	1	1
`nc` 发 CONNECT	16 秒后失败	0 秒	0 秒
Firefox 内核态 CPU 占比	92.3%	83.3%	39%

两侧同开网络日志后看到：主文档到手后，StarryOS 隔了 3.255 秒才发出第一个子资源请求，Linux 是 0.013 秒；请求的 URL 列表两边一致，没有一个失败。少取的资源是没来得及发，不是取失败。这与内核态占九成是同一件事：时间都花在了内核里。

对比的前提

两侧轮次相等：各预热一轮，再交替跑三轮取均值。曾经修复后跑一轮、修复前跑两轮取最小值，mmap 被量成「变慢 1.9 倍」，补齐轮次后回到 1.00。
同一个中继缓存：宿主上起一个带缓存的代理，两侧取的是同一份网页资源。
探测工具不能替被测对象下结论：busybox nc 在 SLIRP 上本身有问题，一度让人以为公网 4399 打不开，换 wget 后取到 108 个资源并完整渲染。
Linux 侧要把输入设备配好：这版 Weston 的 DRM 后端找不到输入设备会直接退出，需要 modprobe evdev 并补上 udev 记录。
计数方法要核对：StarryOS 的 /proc/stat 按存活任务求和，任务退出后总数会回落，不能拿差值。
画面以 QEMU 的显示输出为准，不读客户机里的 /dev/fb0。

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