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2025-12-11 07:24:36 +08:00

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2.3.6 两阶段配置热更新协议 (Two-Phase Configuration Hot-Reload Protocol)

遵循三阶段模型，我们深入探讨 2.3.6 两阶段配置热更新协议 (Two-Phase Configuration Hot-Reload Protocol)。

这是控制平面的“精细手术”机制。在雷达系统运行过程中，动态调整参数（如 CFAR 阈值、波束扫描范围）是一项高风险操作。如果配置变更导致某些模块崩溃，或者不同模块对同一参数的理解不一致，系统就会陷入“脑裂”或瘫痪。

因此，我们必须引入类似数据库事务的 两阶段提交 (2PC) 机制，确保配置更新要么全员成功，要么全员回滚。

一、约束输入与对齐 (Constraints & Alignment)

基于系统的高可靠性要求，我们需对齐以下硬性约束：

事务原子性 (Atomicity)：配置变更必须是一个原子操作。严禁出现“模块 A 用了新参数，模块 B 还在用旧参数”的混合状态。
非阻塞验证 (Non-blocking Validation)：验证阶段不能阻塞业务数据流。模块应在后台检查新配置的合法性（如内存是否足够、参数是否越界）。
无锁切换 (Lock-free Switch)：配置生效的瞬间（Commit）必须极其迅速，不能让读取配置的业务线程（如 SignalProcessor 的 Worker）发生锁竞争。

二、权衡分析与选项呈现 (Trade-off Matrix)

议题 1：更新协议模型 (Update Protocol)

选项	A. 单阶段通知 (Fire-and-Forget)	B. 两阶段提交 (2PC / Prepare-Commit) (推荐)
机制	`ConfigManager` 直接发布 `ConfigChangedEvent`。模块收到即生效。	Phase 1: `ValidateRequest` -> 收集投票。 Phase 2: 全员通过 -> `CommitCommand`；否则 -> `Abort`。
风险	高。如果新配置导致模块 A 崩溃，或者模块 B 拒绝接受（如参数越界），系统将处于部分更新的不一致状态，且无法自动回滚。	低。所有模块都有机会在生效前“一票否决”。确保了变更的安全性。
延迟	低。	高（两轮 RTT）。但在控制面（秒级交互）完全可接受。
适用性	日志级别调整等无关痛痒的配置。	核心业务参数调整的标准解。

议题 2：配置数据访问模型 (Access Model)

选项	A. 互斥锁保护 (Mutex Lock)	B. 双缓冲/原子指针 (Double Buffering / RCU) (推荐)
机制	业务线程每次读配置前加锁：`lock(); val = config.val; unlock();`	业务线程持有 `shared_ptr<Config>`。更新时，`ConfigManager` 原子替换全局指针指向新对象。
性能	差。高频读取（如每秒 10k 数据包）会导致严重的锁竞争，甚至阻塞更新线程。	极佳。读取无锁（仅增加引用计数或直接解引用），写入原子替换。
一致性	强一致。	最终一致。旧线程继续用旧配置跑完当前帧，新线程用新配置。天然隔离了事务。

三、基线确立与实施规范

为了保障运行时变更的绝对安全，我们确立 B. 两阶段提交 + B. 原子指针 (RCU 风格) 为基线。

1. 交互协议时序基线 (Sequence)

定义三个核心事件：

ValidateConfigEvent { ConfigID id; ConfigPatch patch; TraceID trace_id; }
ConfigValidationResultEvent { ConfigID id; string module; bool success; string reason; }
CommitConfigEvent { ConfigID id; }

时序流程：

发起 (Prepare)：ConfigManager 收到 API 网关的变更请求，发布 ValidateConfigEvent。
投票 (Vote)：
- 各模块（SignalProcessor, DataReceiver）在后台校验新参数（例如：检查新 threshold 是否 > 0，检查显存是否够用）。
- 模块发布 ConfigValidationResultEvent 反馈结果（Yes/No）。
决策 (Decide)：
- ConfigManager 收集回执。设定超时时间（如 1s）。
- 若全票通过：发布 CommitConfigEvent。
- 若有反对或超时：记录错误日志，向 API 网关返回失败，流程终止（不发布 Commit，系统保持原状）。
提交 (Commit)：
- 模块收到 CommitConfigEvent，执行原子指针替换 (std::atomic_store)，新配置即刻生效。

2. 模块侧实现规范 (C++14 RCU Pattern)

这是实现“无锁热更新”的关键代码范式。

配置持有：

// 模块内部
std::shared_ptr<const ModuleConfig> current_config_;
std::mutex config_mutex_; // 仅用于保护指针的替换操作，不保护读取

业务读取 (Hot Path)：

void processData() {
    // 1. 获取当前配置的快照 (引用计数+1)
    // 在这一帧处理期间，即使外部更新了，config_ptr 指向的内容也不会变，保证了单帧内的逻辑一致性
    std::shared_ptr<const ModuleConfig> config_ptr = std::atomic_load(&current_config_);

    // 2. 使用配置
    float threshold = config_ptr->cfar_threshold;
    // …
} // 3. config_ptr 析构，旧配置引用计数-1。如果归零，自动释放内存。

更新提交 (Cold Path)：

void onCommitConfig(const CommitConfigEvent& event) {
    // 1. 构建新配置对象
    auto new_config = std::make_shared<ModuleConfig>(*current_config_);
    new_config->applyPatch(event.patch);

    // 2. 原子替换
    std::atomic_store(&current_config_, new_config);

    // 3. 完成。旧配置对象会随着所有持有它的业务线程结束而被动释放。
}

3. 异常处理基线

超时机制：ConfigManager 在发起 Validate 后必须启动定时器。如果超时未收到所有模块的回执，视为验证失败。
版本对齐：事件中必须携带 ConfigID（版本号或哈希）。模块在 Commit 时必须校验 ID 是否匹配，防止乱序到达的旧指令覆盖新指令。

总结与下一步行动

我们确立了 2.3.6 两阶段配置热更新 的基线：

协议：投票 - 提交 (2PC)，拒绝部分更新。
实现：RCU (Read-Copy-Update) 模式，读侧无锁，写侧原子替换。
安全：超时自动回滚。

下一步建议：

至此，控制指令的通道全部打通。最后，我们需要关注“只读”的数据流 —— 2.3.7 性能指标遥测通道。

业务模块如何高频地（如每秒 100 次）上报性能指标（FPS、吞吐量），而完全不影响主业务线程的性能？

提问：您是否确认 “2PC + RCU 无锁替换” 的热更新基线？确认后我们将完成 2.3 节的最后一个议题 2.3.7。

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