fix(x86_64): reduce Starry userspace switch overhead

[ZR233]

问题

starry qemu-smp1/system 在 x86_64 CI 上明显慢于其他架构。对 CI 日志和本地运行结果做对比后，主要慢点不在单个用户程序本身，也不是测试脚本应当被规避的问题，而是大量短用户态程序之间的 fork/exec/wait/date 路径把 x86_64 内核态切换成本放大了。

对比其他架构后，x86_64 的热路径额外包含两类高成本操作：

1. 用户态进入/返回时通过 MSR 读写 FS_BASE 和 inactive GS_BASE。在 QEMU TCG 下 MSR 访问非常贵，Linux 也会在 CPU 支持时启用 CR4.FSGSBASE 并用 RDFSBASE/WRFSBASE/RDGSBASE/WRGSBASE 避开这条慢路径。
2. x86_64 写 CR3 本身已经 flush 当前 CPU TLB，但任务切换页表后又额外做了一次全 TLB flush，短进程密集场景下会反复付出重复成本。

这不是通过修改 test-suit 绕过的问题；测试只是暴露了内核 x86_64 用户态切换路径比其他架构更贵。

修改

• 在 someboot x86_64 per-CPU 初始化中，当 CPUID 报告 FSGSBASE 时启用 CR4.FSGSBASE。
• 在 ax-cpu x86_64 中优先用 FSGSBASE 指令读写 FS_BASE 和 inactive GS_BASE，保留 MSR fallback 以兼容旧 CPU。
• 在 ax-task 页表切换路径中区分 write_user_page_table() 是否已经 flush TLB：x86_64 写 CR3 后不再重复全 TLB flush，其他架构保持显式 flush。
• 给 Starry x86_64 QEMU 的 GitHub Actions 容器传入 --device /dev/kvm，并在日志中打印 /dev/kvm 状态，用于确认 GitHub-hosted container 是否能启用 KVM 加速。
• 更新 arch platform porting 说明，记录 x86_64 FSGSBASE per-CPU 初始化要求。

验证

• cargo fmt
• cargo xtask clippy --package ax-cpu：28 checks passed
• cargo xtask clippy --package ax-task：18 checks passed
• cargo xtask clippy --package someboot：7 checks passed
• git diff --check
• cargo xtask starry test qemu --arch x86_64 -c qemu-smp1/syscall-test-uid-gid-re-setters：PASS，qemu run: 74.81s
• workflow 变更本地验证：git diff --check -- .github/workflows/ci.yml .github/workflows/reusable-command.yml

补充观察：本地 TCG 对比中，同一重 syscall 单用例在启用/关闭 FSGSBASE 时 wall time 约为 16s vs 18s，说明 MSR 路径确实是 x86_64 特有开销来源之一；剩余差距还可能包含 x86_64 UEFI 启动、FPU save/restore、以及 CI 容器是否能使用 KVM 等成本，需要完整 CI 继续量化。

[mai-team-app]

PR #1252 Review：fix(x86_64): reduce Starry userspace switch overhead

修改概述

本 PR 优化 x86_64 用户态切换路径的两个开销来源：

1. FSGSBASE 指令替代 MSR 读写：在 someboot per-CPU 初始化时启用 CR4.FSGSBASE，ax-cpu 中优先使用 RDFSBASE/WRFSBASE/RDGSBASE/WRGSBASE 读写 FS_BASE 和 inactive GS_BASE，保留 MSR fallback。
2. 避免冗余 TLB flush：x86_64 写 CR3 已隐式 flush 非全局 TLB 条目，新增 write_user_page_table_flushes_tlb() 让 ax-task 跳过重复 flush；其他架构保持显式 flush。

实现逻辑分析

• FSGSBASE 检测：detect_fsgsbase_enabled() 同时检查 CPUID 硬件支持和 CR4 已启用标志，两者满足才走快速路径，逻辑正确。
• read_inactive_gs_base / write_inactive_gs_base：使用 swapgs + rdgsbase/wrgsbase + swapgs 模式临时切换 GS 基址读写。内联汇编的 nostack、preserves_flags 选项正确（swapgs 和 FSGSBASE 指令均不影响 RFLAGS）。调用方 UserContext::run() 中已有 disable_irqs()，满足 safety 要求。
• write_user_page_table_flushes_tlb()：x86_64 返回 true 符合 Intel SDM Vol 3 §4.10.4（CR3 写入 flush 非全局 TLB）；aarch64/loongarch64/riscv 返回 false，保持原有显式 flush 行为。
• someboot enable_fsgsbase()：per-CPU 初始化中调用，先检查 CPUID 再设置 CR4，顺序正确。
• FSGSBASE_STATE 全局 static + Ordering::Relaxed：启动顺序保证所有 CPU 在用户态调度前完成 init_local()，单 CPU 上首次检测结果缓存后后续 CPU 直接命中，实际安全。x86 的 Relaxed load/store 本身就是普通内存操作，缓存一致性由硬件保证。

CI 状态

• CI workflow 结论：success（run #6201, #6200）
• 各检查项因 path filter 被 skip（如 aarch64/riscv64 QEMU 测试、board 测试等），属于预期行为，因为 PR 仅修改 x86_64 特定代码。
• clippy/run_container 等也因 path filter 跳过，但本地已验证。

本地验证

• cargo fmt --check：✅ 通过
• cargo clippy --package ax-cpu：✅ 28 checks passed
• cargo clippy --package ax-task：✅ 18 checks passed
• cargo clippy --package someboot：✅ 通过
• git diff --check：✅ 无问题
• PR 作者已验证 cargo xtask starry test qemu --arch x86_64 -c qemu-smp1/syscall-test-uid-gid-re-setters：PASS（74.81s）

重复/重叠分析

• 基线：dev 分支无等效 FSGSBASE 优化。
• PR #1254（同作者 ZR233）：互补 PR，从 KVM CI 加速和 copy_from_kernel() 冗余 TLB flush 角度优化 x86_64 性能。两个 PR 改动区域无重叠（#1252 改 axcpu/someboot/axtask，#1254 改 CI workflow/page_table_multiarch/starry loader），可独立合并。

建议（非阻塞）

FSGSBASE_STATE 作为全局 static 在 SMP 场景下如果未来出现 CPU 特性差异（如大小核），可考虑改为 per-CPU 存储。当前启动顺序下无实际风险。

结论

实现正确，优化逻辑清晰，fallback 保底，CI 通过，无阻塞问题。APPROVE。

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PR #1252 Review：fix(x86_64): reduce Starry userspace switch overhead

修改概述

本 PR 优化 x86_64 用户态切换路径的两个开销来源：

1. FSGSBASE 指令替代 MSR 读写：在 someboot per-CPU 初始化时启用 CR4.FSGSBASE，ax-cpu 中优先使用 RDFSBASE/WRFSBASE/RDGSBASE/WRGSBASE 读写 FS_BASE 和 inactive GS_BASE，保留 MSR fallback。
2. 避免冗余 TLB flush：x86_64 写 CR3 已隐式 flush 非全局 TLB 条目，新增 write_user_page_table_flushes_tlb() 让 ax-task 跳过重复 flush；其他架构保持显式 flush。

实现逻辑分析

• FSGSBASE 检测：detect_fsgsbase_enabled() 同时检查 CPUID 硬件支持和 CR4 已启用标志，两者满足才走快速路径，逻辑正确。
• read_inactive_gs_base / write_inactive_gs_base：使用 swapgs + rdgsbase/wrgsbase + swapgs 模式临时切换 GS 基址读写。内联汇编的 nostack、preserves_flags 选项正确（swapgs 和 FSGSBASE 指令均不影响 RFLAGS）。调用方 UserContext::run() 中已有 disable_irqs()，满足 safety 要求。
• write_user_page_table_flushes_tlb()：x86_64 返回 true 符合 Intel SDM Vol 3 §4.10.4（CR3 写入 flush 非全局 TLB）；aarch64/loongarch64/riscv 返回 false，保持原有显式 flush 行为。
• someboot enable_fsgsbase()：per-CPU 初始化中调用，先检查 CPUID 再设置 CR4，顺序正确。
• FSGSBASE_STATE 全局 static + Ordering::Relaxed：启动顺序保证所有 CPU 在用户态调度前完成 init_local()，单 CPU 上首次检测结果缓存后后续 CPU 直接命中，实际安全。

CI 状态

• 大部分检查因 path filter 被 skip（如 aarch64/riscv64 QEMU 测试、board 测试等），属于预期行为，因为 PR 仅修改 x86_64 特定代码。
• 部分检查（formatting/sync-lint）仍在进行中。

本地验证

• cargo fmt --check：✅ 通过
• cargo clippy --package ax-cpu：✅ 通过
• cargo clippy --package ax-task：✅ 通过
• cargo clippy --package someboot：✅ 通过
• git diff --check：✅ 无问题

建议（非阻塞）

FSGSBASE_STATE 作为全局 static 在 SMP 场景下如果未来出现 CPU 特性差异（如大小核），可考虑改为 per-CPU 存储。当前启动顺序下无实际风险。

结论

实现正确，优化逻辑清晰，fallback 保底，本地验证通过，无阻塞问题。APPROVE。

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