Renderive/Renderive_实时渲染调度与三帧反馈设计.md

Renderive 实时渲染调度与三帧反馈设计

1. 文档目标

本文定义 Renderive 实时图表的生产、发布、消费、反馈和限流模型。

该设计面向以下场景：

• 核心数据持续更新；
• 后台线程生成完整图像帧；
• Qt 主线程通过 paintEvent() 消费帧；
• 系统采用三个可循环复用的帧槽位；
• 默认追求低延迟和最新状态；
• 不要求每个输入版本都被渲染；
• 不要求每个已生成帧都被显示；
• 需要根据输入、生产和消费能力自动调整生产频率；
• 反馈路径不得引入热路径锁竞争（反馈数据直接记录在帧槽位自身的元信息中，并随帧槽位所有权无锁返回）；

默认语义为：

Data_Driven                  数据驱动
Latest_Wins                   最新数据优先
Triple_Frame                  三帧机制
Bounded_In_Flight             有界在途帧
Max_Render_Rate               最大渲染频率限制
Lock_Free_Frame_Feedback      无锁帧反馈

2. 核心目标

系统需要满足以下目标：

1. 核心数据变化后尽快生成新帧；
2. 数据输入、后台生产和前端消费可以并行；
3. 输入过快时合并中间版本；
4. 生产者过慢时不积压渲染任务；
5. 消费者过慢时不积压历史帧；
6. 用户可以设置最大生产速率；
7. 生产速率根据消费反馈自动调节；
8. 生产能力不足时由完成事件自时钟运行；
9. 所有阶段的耗时和排队信息随帧流转；
10. 帧返回生产侧时完成统计采集；
11. 热路径不创建字符串、动态事件对象或无界队列；
12. 控制器避免瞬时样本导致频繁振荡。

3. 基本原则

3.1 Latest_Wins（最新数据优先）

系统只关心当前最新有效状态。

当后台正在渲染版本 100，而输入端连续产生：

101
102
103
104

下一帧直接选择版本 104。

未开始渲染的 101、102、103 被合并，不进入待执行渲染任务队列。

3.2 Bounded_In_Flight（有界在途帧）

系统只允许三个帧槽位参与流水线：

Triple_Frame                 三帧机制
├── Frame_Slot_0             第一帧槽位
├── Frame_Slot_1             第二帧槽位
└── Frame_Slot_2             第三帧槽位

三个帧槽位结构完全相同，通过 Frame_State 动态表示空闲、生产、就绪和消费状态，不绑定固定物理角色。

同一时刻最多存在：

一个 Producing 状态帧槽位     生产端正在写入
一个 Ready 状态帧槽位         等待消费者取得
一个 Consuming 状态帧槽位     消费者正在读取

不建立大容量历史帧 FIFO。

3.3 Event_Driven（事件驱动）

调度器不依赖持续轮询。

核心事件包括：

Input_Changed                 输入数据已更新
Render_Completed              渲染生产已完成
Frame_Consumed                帧已消费
Rate_Limit_Deadline_Reached   频率限制截止时间已到达
Control_Updated               控制参数已更新

3.4 State_Decides_Now，Statistics_Decide_Trend（状态决定当前，统计决定趋势）

即时行为由当前状态决定：

是否有未渲染的新数据
是否正在渲染
是否存在 Ready 状态帧槽位
消费者是否正在使用帧
是否达到最大生产速率允许时间
当前策略是否允许替代旧的 Ready 状态帧

长期调节由平滑统计决定：

输入间隔
生产耗时
消费间隔
GUI 排队时间
Ready 状态帧等待时间
帧年龄
覆盖率
断供率

4. 命名约定

所有状态、事件、策略和字段使用下划线命名。

4.2 瓶颈状态

Bottleneck_State        瓶颈状态
├── Unknown             未知
├── Input_Limited       输入受限
├── Producer_Limited    生产端受限
├── Consumer_Limited    消费端受限
├── Manual_Limited      手动上限受限
└── Balanced            均衡状态

4.3 调度事件

Scheduler_Event                 调度事件
├── Input_Changed                 输入数据已更新
├── Render_Completed              渲染生产已完成
├── Frame_Consumed                帧已消费
├── Rate_Limit_Deadline_Reached   频率限制截止时间已到达
└── Control_Updated               控制参数已更新

4.4 三帧槽位

三帧机制不是三个具有固定角色的缓冲区，而是三个结构完全相同、可循环复用的帧槽位：

Triple_Frame                 三帧机制
├── Frame_Slot_0             第一帧槽位
├── Frame_Slot_1             第二帧槽位
└── Frame_Slot_2             第三帧槽位

每个帧槽位都是一份完整帧记录：

Frame_Slot                   帧槽位
├── Frame_Data               帧数据
├── Frame_Metadata           帧元信息
└── Frame_State              帧生命周期状态

其中：

• Frame_Data：当前帧实际使用的数据，例如渲染结果、绘制命令、顶点数据、索引数据、实例数据或场景快照；
• Frame_Metadata：该帧自身携带的版本、时间、耗时、工作量和反馈信息；
• Frame_State：该帧槽位当前所处的生命周期状态，并表示当前所有权阶段。

帧槽位状态为：

Frame_State                  帧生命周期状态
├── Free                     空闲
├── Producing                生产中
├── Ready                    已就绪
└── Consuming                消费中

状态流转为：

Free                         空闲
  ↓
Producing                    生产中
  ↓
Ready                        已就绪
  ↓
Consuming                    消费中
  ↓
Free                         空闲

Returned_Frame 可以描述消费者刚完成并归还的帧：

Returned_Frame               已归还帧

Returned_Frame 只是所有权交接过程中的瞬时逻辑角色，不是第四个物理帧槽位，也不必成为持久的 Frame_State。

5. 系统角色

5.1 数据输入端

数据输入端负责接收所有会改变最终图像的状态：

核心数据
坐标范围
图表尺寸
样式属性
布局状态
交互状态
可见性状态
其他渲染依赖

每次有效变化更新：

latest_input_version

数据输入端只保存当前最新状态，不为每个版本创建独立渲染任务。

需要区分：

原始提交次数
有效核心数据变化次数

只有会改变最终图像的有效变化才参与输入速率统计。

5.2 生产端

生产端负责一张帧的完整生成过程：

收集一致快照
→ 准备绘制数据
→ 执行颜色缓冲绘制
→ 填写生产阶段元数据
→ 发布完整帧

同一时间只允许一个完整帧生产任务运行。

生产完成后发出：

Render_Completed              渲染生产已完成

生产端不直接决定是否继续生产下一帧。

5.3 消费端

消费端对应 Qt 主线程中的 paintEvent()。

消费端负责：

取得最新完整帧
记录实际消费版本
记录 paintEvent 开始时间
执行图像显示
记录 paintEvent 结束时间
释放当前 `Consuming` 状态帧槽位

消费端只上报事实，不直接控制后台生产线程。

paintEvent() 结束后不会无条件再次调用 update()。

5.4 Plot 调度器

Plot 调度器是唯一的全局决策者。

核心状态包括：

latest_input_version
rendering_input_version
published_input_version
consumed_input_version

render_busy
ready_valid
consumer_busy
update_pending

next_render_time
manual_min_render_interval
adaptive_min_render_interval

production_policy
bottleneck_state

调度器负责决定：

立即开始生产
等待最大速率期限
等待消费者释放
请求一次 QWidget::update()
保持等待并继续合并输入

6. 三帧生命周期

三个帧槽位结构完全相同，不预先绑定生产端、就绪区或消费端。

每个帧槽位都按照以下状态循环：

Frame_State                  帧生命周期状态
├── Free                     空闲，可由生产端取得
├── Producing                生产中，由生产端独占写入
├── Ready                    已就绪，等待消费者取得
└── Consuming                消费中，由消费者独占读取

正常状态流转为：

Free                         空闲
→ Producing                  生产中
→ Ready                      已就绪
→ Consuming                  消费中
→ Free                       空闲

任意时刻，三个帧槽位可以分别处于不同状态，例如：

Frame_Slot_0    Consuming    正在显示 Frame_N
Frame_Slot_1    Ready        保存 Frame_N_Plus_1
Frame_Slot_2    Producing    正在生成 Frame_N_Plus_2

下一时刻，各槽位可以继续交换状态：

Frame_Slot_0    Free         已完成消费并归还
Frame_Slot_1    Consuming    消费者正在显示
Frame_Slot_2    Ready        新帧已经发布

三帧机制不保存长历史帧序列。

处于 Ready 状态的帧槽位表示当前最新可消费帧，不表示 FIFO 中下一张必须显示的历史帧。

生产、就绪和消费是帧槽位的动态生命周期状态，不是三个物理帧槽位的固定身份。

7. Frame_Metadata（帧元信息）

每个帧槽位携带固定大小的 Frame_Metadata。

Frame_Metadata                 帧元信息
├── frame_id                       帧唯一标识
├── input_version                  核心输入数据版本
├── snapshot_version               完整状态快照版本
├── frame_slot_generation          帧槽位复用代次
├── core_data_time                 核心数据时间
├── source_data_time_begin         最早有效源数据时间
├── source_data_time_end           最新有效源数据时间
├── snapshot_capture_begin_time    快照采集开始时间
├── snapshot_capture_end_time      快照采集结束时间
├── render_request_time            调度器批准生产时间
├── render_queue_enter_time        渲染任务进入后台队列时间
├── render_begin_time              后台线程开始执行时间
├── prepare_begin_time             绘制数据准备开始时间
├── prepare_end_time               绘制数据准备结束时间
├── draw_begin_time                最终绘制开始时间
├── draw_end_time                  最终绘制结束时间
├── render_end_time                完整帧生产结束时间
├── publish_time                   帧发布为 Ready 状态的时间
├── update_request_id              GUI 更新请求标识
├── update_request_time            GUI 更新请求入队时间
├── paint_begin_time               paintEvent 开始时间
├── paint_end_time                 paintEvent 结束时间
├── consumer_release_time          消费者释放帧槽位时间
├── superseded_time                帧被更新帧替代的时间
├── frame_outcome                  帧最终结果
├── raw_input_count                原始输入数量
├── visible_input_count            可见输入数量
├── prepared_output_count          准备后的输出数量
├── draw_point_count               绘制点数量
├── draw_segment_count             绘制线段数量
├── pixel_width                    帧像素宽度
├── pixel_height                   帧像素高度
└── renderable_count               可渲染对象数量

Frame_Metadata 与帧数据一起经历：

生产
→ 发布
→ 消费
→ 返回
→ 聚合统计
→ 清理
→ 下一代复用

热路径中不通过独立动态事件对象传递帧级统计。

反馈属于具体帧，并随帧槽位所有权一起返回生产侧。

8. 帧身份信息

每个帧携带：

frame_id                 帧唯一标识
input_version            核心输入数据版本
snapshot_version         完整状态快照版本
frame_slot_generation    帧槽位复用代次

frame_id（帧唯一标识）

标识一次实际完成的帧生产。

input_version（输入版本）

标识该帧使用的核心输入数据版本。

snapshot_version（快照版本）

标识该帧使用的完整状态快照版本。

frame_slot_generation（帧槽位复用代次）

标识同一个物理帧槽位的复用代次，避免旧反馈与新帧混淆。

9. 数据时间信息

每个帧携带：

core_data_time
source_data_time_begin
source_data_time_end
snapshot_capture_begin_time
snapshot_capture_end_time

含义：

core_data_time
触发该帧生产的核心数据时间

source_data_time_begin
该帧使用的最早有效数据时间

source_data_time_end
该帧使用的最新有效数据时间

snapshot_capture_begin_time
开始收集一致状态快照的时间

snapshot_capture_end_time
完成一致状态快照收集的时间

可派生：

snapshot_capture_duration
data_age_at_snapshot

10. 生产阶段时间信息

每个帧携带：

render_request_time
render_queue_enter_time
render_begin_time
prepare_begin_time
prepare_end_time
draw_begin_time
draw_end_time
render_end_time
publish_time

含义：

render_request_time
调度器批准生产该帧的时间

render_queue_enter_time
任务进入后台任务队列的时间

render_begin_time
后台工作线程实际开始执行的时间

prepare_begin_time
开始准备绘制数据的时间

prepare_end_time
完成绘制数据准备的时间

draw_begin_time
开始执行最终颜色缓冲绘制的时间

draw_end_time
完成最终颜色缓冲绘制的时间

render_end_time
完整帧生产任务结束的时间

publish_time
帧槽位从 `Producing` 状态发布为 `Ready` 状态的时间

可派生：

render_queue_wait
= render_begin_time - render_queue_enter_time

snapshot_to_render_wait
= render_begin_time - snapshot_capture_end_time

prepare_duration
= prepare_end_time - prepare_begin_time

draw_duration
= draw_end_time - draw_begin_time

render_duration
= render_end_time - render_begin_time

production_lifecycle_duration
= publish_time - render_request_time

11. 发布和 GUI 排队时间信息

每个帧携带：

update_request_id
update_request_time
paint_begin_time

含义：

update_request_id
标识实际对应当前 paintEvent 的待处理 update 请求

update_request_time
该 update 请求进入 GUI 事件队列的时间

paint_begin_time
消费者实际开始执行 paintEvent 的时间

可派生：

publish_to_paint_wait
= paint_begin_time - publish_time

update_queue_wait
= paint_begin_time - update_request_time

ready_frame_wait
= paint_begin_time - publish_time

当多个帧在同一个待处理 update() 期间发生替换时，最终被消费帧关联到实际触发本次 paintEvent() 的 update_request_id 和 update_request_time。

12. 消费阶段时间信息

消费者填写：

paint_begin_time
paint_end_time
consumer_release_time

含义：

paint_begin_time
开始读取和绘制该帧的时间

paint_end_time
完成该帧显示的时间

consumer_release_time
消费者完成全部访问并释放当前 `Consuming` 状态帧槽位的时间

可派生：

paint_duration
= paint_end_time - paint_begin_time

consumer_hold_duration
= consumer_release_time - paint_begin_time

data_to_paint_begin
= paint_begin_time - core_data_time

data_to_paint_end
= paint_end_time - core_data_time

frame_total_lifecycle
= consumer_release_time - render_request_time

13. 帧结果信息

每个帧最终记录：

Frame_Outcome       帧结果
├── Produced        已生产
├── Consumed        已消费
├── Superseded      已被更新帧替代
├── Cancelled       已取消
└── Repeated        重复显示上一帧

Produced（已生产）

帧已经生产完成并发布。

Consumed（已消费）

帧被消费者实际取得并完成显示。

Superseded（已被更新帧替代）

帧已经生产完成，但在被消费者取得之前被更新帧替代。

Cancelled（已取消）

帧在完成前因 Plot 销毁、尺寸失效或明确终止条件被取消。

Repeated（重复显示上一帧）

消费者没有取得新帧，继续显示上一张已经消费的图像。

实时模式重点统计：

Consumed                     已消费
Superseded                   已被更新帧替代
Repeated                     重复显示上一帧

14. 帧工作量信息

每个帧携带：

raw_input_count
visible_input_count
prepared_output_count
draw_point_count
draw_segment_count
pixel_width
pixel_height
renderable_count

用于关联性能变化与实际工作量：

输入规模变化
抽点结果变化
可见范围变化
图表尺寸变化
Renderable 数量变化

15. 无锁元数据写入规则

帧元信息采用阶段所有权写入。

15.1 Producing（生产阶段）

处于 Producing 状态的帧槽位由生产端独占。

生产端填写：

帧身份信息
数据时间信息
快照时间信息
后台排队信息
prepare 时间信息
draw 时间信息
publish 时间信息
工作量信息

其他线程不修改这些字段。

15.2 Ready（发布阶段）

生产端完成全部写入后，将帧槽位状态从：

Producing                    生产中

发布为：

Ready                        已就绪

状态发布建立完整内存可见性边界。

15.3 Consuming（消费阶段）

消费者取得处于 Ready 状态的帧槽位后，将状态变为：

Consuming                    消费中

消费者独占填写：

update_request_id            GUI 更新请求标识
update_request_time          GUI 更新请求入队时间
paint_begin_time             paintEvent 开始时间
paint_end_time               paintEvent 结束时间
consumer_release_time        消费者释放时间
Frame_Outcome::Consumed      已消费

生产端在消费者释放该帧槽位前不再访问该帧。

15.4 Returned_Frame（返回阶段）

消费者完成访问后，将帧槽位及完整反馈返回生产侧。

返回路径：

消费者填写消费信息
→ 发布消费完成反馈
→ 帧槽位所有权返回生产侧
→ 调度侧读取完整 Frame_Metadata
→ 聚合统计
→ 清理上一代元数据
→ 递增 frame_slot_generation
→ 将帧槽位重新置为 Free
→ 下一代生产时切换为 Producing

不需要为每个时间字段单独使用原子变量。

无锁同步边界只放在：

Frame_State 发布             帧状态发布
frame_slot_generation 发布   帧槽位复用代次发布
帧版本发布

16. Superseded（已被更新帧替代）帧反馈

Latency_Eager（低延迟优先）模式下，旧的 Ready 状态帧可能被更新帧替代。

被替代帧在复用前标记：

Frame_Outcome::Superseded      已被更新帧替代

需要采集：

frame_id
input_version
publish_time
superseded_time
ready_frame_wait
render_duration
production_lifecycle_duration

可派生：

superseded_ready_count
superseded_ready_ratio
superseded_frame_age
wasted_render_time

其中：

wasted_render_time

表示已经完成渲染但最终没有显示的生产时间。

17. 重复显示反馈

当 paintEvent() 没有取得新帧，只能继续显示上一帧时，记录：

consumer_underrun_count
repeated_frame_count
repeat_time
last_consumed_frame_id
last_consumed_input_version

可派生：

consumer_underrun_ratio
repeated_frame_ratio
displayed_frame_age

重复绘制上一帧不创建新的完整 Frame_Metadata。

18. 调度事件

18.1 Input_Changed（输入数据已更新）

处理路径：

更新 latest_input_version
更新有效输入间隔统计
尝试启动生产

18.2 Render_Completed（渲染生产已完成）

处理路径：

完成生产阶段元数据
将帧槽位发布为 `Ready` 状态
请求一次 update()
更新生产能力统计
执行负反馈计算
尝试启动下一帧

18.3 Frame_Consumed（帧已消费）

处理路径：

完成消费阶段元数据
释放当前 `Consuming` 状态帧槽位
采集返回帧的 Frame_Metadata
更新消费能力统计
执行负反馈计算
检查是否存在更新的 Ready 状态帧
尝试启动下一帧

18.4 Rate_Limit_Deadline_Reached（频率限制截止时间已到达）

处理路径：

检查最新数据版本
检查生产状态
检查三帧槽位状态
检查生产策略
满足条件则启动生产

18.5 Control_Updated（控制参数已更新）

低频执行：

更新平滑间隔
更新抖动估计
识别瓶颈
应用滞回
调整 adaptive_min_render_interval

19. 两个完成事件回路

19.1 生产完成自时钟

生产者受限时：

Frame_N 生产完成
→ 发布 Frame_N
→ 检查是否存在更新数据
→ 检查人工速率限制
→ 检查三帧槽位状态
→ 启动 Frame_N_Plus_1

生产循环由：

Render_Completed              渲染生产已完成

驱动。

19.2 消费完成反馈

消费者完成后：

Frame_N 消费完成
→ 填写消费阶段元数据
→ 释放当前 `Consuming` 状态帧槽位
→ 返回 Frame_Metadata
→ 更新消费能力
→ 调度器重新决策

只有存在更新的 Ready 状态帧时才再次请求：

update()

20. 速率模型

调度器维护：

D：有效数据更新速率
P：后台生产能力
C：前端消费能力
M：人工最大生产速率

定义：

D    有效数据更新速率，由有效输入间隔估计
P    后台生产能力，由完整帧生产耗时估计
C    前端消费能力，由不同帧被实际消费的间隔估计
M    人工最大生产速率，由用户配置

长期有效显示速率近似为：

display_rate = min(D, P, C, M)

该公式描述稳定结果，不直接替代每次调度判断。

21. 能力测量有效条件

21.1 生产能力有效条件

生产耗时可解释为生产能力时，需要满足：

持续存在未渲染的新数据
生产完成后立即具备下一次生产资格
没有消费者背压
没有人工最大速率等待

21.2 消费能力有效条件

消费间隔可解释为消费者能力时，需要满足：

Ready 状态帧持续可用
消费者一直有新帧可取
生产端没有断供

21.3 输入速率有效条件

输入速率只统计会改变最终图像的有效核心版本。

22. 平滑平均和抖动

不直接平滑 FPS。

分别平滑：

input_interval
render_queue_wait
render_duration
ready_frame_wait
update_queue_wait
paint_duration
consume_interval
data_to_paint_end

每个指标维护：

srtt
jitter

控制侧使用：

safe_interval = srtt + K × jitter

控制方向：

发现过度生产
→ 快速增加生产间隔

发现消费者断供
→ 缓慢缩短生产间隔

23. 快反馈

每次调度事件立即检查：

latest_input_version > rendered_input_version
render_busy
ready_valid
consumer_busy
update_pending
current_time >= next_render_time
production_policy

直接决定：

立即生产
等待生产完成
等待消费者
等待最大速率期限
请求 update()
保持空闲

24. 慢反馈

从返回的 Frame_Metadata 聚合：

input_interval_srtt
input_interval_jitter

render_queue_wait_srtt
render_queue_wait_jitter

render_duration_srtt
render_duration_jitter

ready_frame_wait_srtt
ready_frame_wait_jitter

update_queue_wait_srtt
update_queue_wait_jitter

paint_duration_srtt
paint_duration_jitter

consume_interval_srtt
consume_interval_jitter

frame_age_srtt
frame_age_jitter

同时维护：

producer_busy_ratio
ready_frame_occupancy_ratio
consumer_busy_ratio

superseded_ready_ratio
consumer_underrun_ratio
unique_consumed_ratio
display_efficiency

其中：

display_efficiency
= consumed_frame_count / produced_frame_count

25. 瓶颈状态

25.1 Input_Limited（输入受限）

特征：

有效输入间隔最长
生产者经常空闲
不存在 Ready 状态帧的时间较多
消费者经常空闲

行为：

有新核心数据立即生产
没有新核心数据完全停止
不重复生成相同版本

25.2 Producer_Limited（生产端受限）

特征：

render_duration 最大
处于 `Producing` 状态的帧槽位长期繁忙
不存在 Ready 状态帧的时间较多
consumer_underrun_ratio 上升

行为：

不增加额外自适应等待
生产完成后立即检查最新数据
存在更新则直接启动下一帧
渲染期间的中间输入版本全部合并
消费者没有新帧时继续显示上一帧

人工最大速率仍然有效。

25.3 Consumer_Limited（消费端受限）

特征：

ready_frame_wait 增加
update_queue_wait 增加
Ready 状态帧槽位长期占用
superseded_ready_ratio 上升
display_efficiency 下降

Cost_Balanced（成本均衡）

已有 Ready 状态帧时停止继续生产
输入端继续更新 latest_input_version
消费者释放帧槽位后再生产当前最新版本

Latency_Eager（低延迟优先）

允许有限更新 Ready 状态帧
允许新的 Ready 状态帧替代旧的 Ready 状态帧
持续统计 superseded_ready_ratio
持续统计 wasted_render_time
覆盖率或浪费时间过高时增加生产间隔

25.4 Manual_Limited（手动上限受限）

特征：

manual_min_render_interval
大于输入、生产和消费安全周期

行为：

只有达到 next_render_time 后才能启动生产
限速期间的输入变化全部合并
每次生产使用当时最新状态

用户配置的是：

max_render_rate

不是必须达到的目标帧率。

25.5 Balanced（均衡状态）

特征：

生产能力和消费能力差异处于抖动安全带内
Ready 状态帧槽位占用稳定
superseded_ready_ratio 较低
consumer_underrun_ratio 较低

行为：

保持当前生产间隔
保持当前策略
允许生产端有限领先一个 Ready 状态帧
不根据单次样本切换瓶颈

26. 滞回控制

新的瓶颈状态必须同时满足：

平滑差异超过抖动安全带
持续多个控制周期
帧槽位占用状态与候选瓶颈一致
帧级反馈指标与候选瓶颈一致

进入 Consumer_Limited 时需要同时观察：

ready_frame_wait 上升
superseded_ready_ratio 上升
update_queue_wait 上升
display_efficiency 下降

进入 Producer_Limited 时需要同时观察：

render_duration 较高
producer_busy_ratio 接近满载
ready_frame_occupancy_ratio 较低
consumer_underrun_ratio 上升

处于安全带内时保持原状态。

27. 负反馈调节

27.1 过度生产反馈

触发特征：

superseded_ready_ratio 持续升高
wasted_render_time 持续升高
ready_frame_wait 持续增加
display_efficiency 持续下降
frame_age 没有因为增加生产而改善

调节动作：

快速增加 adaptive_min_render_interval
减少 Ready 状态帧替换频率
必要时退化到 `Cost_Balanced`（成本均衡）行为

27.2 消费断供反馈

触发特征：

consumer_underrun_ratio 持续升高
不存在 Ready 状态帧的时间较多
消费者经常重复显示上一帧
存在持续未渲染的新输入
生产端未满载

调节动作：

缓慢缩短 adaptive_min_render_interval
直到人工最大速率或生产能力边界

27.3 生产满载反馈

触发特征：

producer_busy_ratio 接近满载
render_queue_wait 上升
render_duration 达到稳定上限

调节动作：

停止继续提速
不堆积渲染任务
生产完成后按最新数据自时钟运行

28. 最大生产速率

最大生产速率属于生产端准入条件。

定义：

相邻两次完整帧生产开始之间允许的最小时间

生产必须同时满足：

存在未渲染的新数据
当前没有生产任务
三帧槽位状态允许生产
当前策略允许生产
最大速率等待时间已经结束

配置：

无限制
30 FPS
60 FPS
120 FPS
其他用户指定值

无限制表示不增加人工等待，不表示绕过数据、消费者和三帧槽位约束。

29. Production_Policy（生产策略）

29.1 Cost_Balanced（成本均衡）

目标：

减少无意义计算
提高已生成帧的实际显示比例

行为：

已有 Ready 状态帧时停止生产
消费者消费后再生产最新状态
长期生产速率接近有效消费速率

29.2 Latency_Eager（低延迟优先）

目标：

降低最新数据到显示完成的年龄

行为：

消费者显示当前帧时允许生产下一帧
允许新的 Ready 状态帧替代旧的 Ready 状态帧
仍受最大生产速率约束
连续覆盖过多时触发负反馈降速

30. update () 调度

完整帧发布后：

ready_valid
且 update_pending 为 false
→ 请求一次 QWidget::update()

连续发布多个帧时，只保持一个待处理的 update()。

paintEvent() 开始时取得当前最新完整帧。

paintEvent() 完成后：

存在更新的 Ready 状态帧
→ 再请求一次 update()

不存在更新的 Ready 状态帧
→ 不请求 update()

系统自身触发的窗口暴露、resize 或重复重绘不计为新帧消费。

31. 数据和帧丢弃规则

31.1 输入版本

未开始渲染的旧输入版本直接合并。

正在渲染 100
收到 101、102、103
下一帧直接使用 103

31.2 正在生产的帧

默认完成，不因新输入到达而中途取消。

31.3 已完成未消费帧

Cost_Balanced（成本均衡）：

已有 Ready 状态帧时暂停继续生产

Latency_Eager（低延迟优先）：

允许新的 Ready 状态帧替代旧的 Ready 状态帧
旧帧标记为 `Superseded`（已被更新帧替代）

31.4 正在消费的帧

处于 Consuming 状态的帧槽位在释放前不会被覆盖或修改。

32. 完整运行路径

核心数据变化
→ 更新 latest_input_version
→ 触发 Input_Changed
→ 调度器检查生产资格
→ 收集一致快照
→ 填写数据和快照时间
→ 进入后台任务队列
→ 记录 render_queue_wait
→ 执行 prepare
→ 执行 draw
→ 填写生产时间
→ 将帧槽位发布为 `Ready` 状态
→ 请求 update()
→ 记录 update_request_time
→ paintEvent 开始
→ 取得最新 Ready 状态帧
→ 填写 paint_begin_time
→ 执行绘制
→ 填写 paint_end_time
→ 释放当前 `Consuming` 状态帧槽位
→ 帧槽位所有权返回
→ 调度侧读取完整 Frame_Metadata
→ 更新 srtt、jitter 和比例统计
→ 更新 Bottleneck_State（瓶颈状态）
→ 更新 adaptive_min_render_interval
→ 重新判断是否生产下一帧

33. 最终设计结论

默认实时图表采用：

Data_Driven                         数据驱动
Latest_Wins                         最新数据优先
Triple_Frame                        三帧机制
Max_Render_Rate                     最大渲染频率限制
Render_Completed_Self_Clock         渲染完成事件自时钟
Frame_Consumed_Feedback             帧消费完成反馈
Frame_Metadata_Lock_Free_Return     帧元信息无锁返回
SRTT_And_Jitter                     平滑时间与抖动估计
Bottleneck_Detection                瓶颈识别
Hysteresis_Control                  滞回控制
Fast_Backoff                        快速退避
Slow_Recovery                       缓慢恢复

最终控制原则：

使用三帧槽位状态和版本状态决定当前动作，使用帧自身携带的完整生命周期信息形成无锁反馈，使用平滑平均和抖动识别长期瓶颈，使用已消费率、帧覆盖率、排队时间、渲染时间、 paintEvent() 时间和帧年龄控制生产频率。