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# mini Claude Code v4：Skills 让模型成为领域专家

v3 版本引入了子代理机制——用 Task 工具将复杂任务分解给专门的"员工"处理。但有一个问题始终存在：**模型怎么知道"如何"处理特定领域的任务？**

让模型处理 PDF？它需要知道用 `pdftotext` 还是 `PyMuPDF`。让模型构建 MCP 服务器？它需要知道协议规范和最佳实践。让模型做代码审查？它需要一套系统的检查清单。

这些"领域知识"不是工具，而是**专业技能**。Claude Code 的解法是 **Skills 机制**——一套开放标准，让模型按需加载领域专家的"说明书"。

v4 用约 100 行新增代码实现了这个机制的核心：**渐进式披露 + SKILL.md 标准 + 上下文注入**。

本次完整教学代码地址：https://github.com/shareAI-lab/mini_claude_code

## 0. 知识外化：改变一切的范式转变

在深入 Skills 机制之前，我想先讲一个更大的故事：**知识外化 (Knowledge Externalization)**。

### 传统 AI 的困境

传统 AI 系统的知识都藏在模型参数里，你没法访问、没法修改、没法复用。

```sh
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     知识存储层级                                      │
│                                                                      │
│  Model Parameters → Context Window → File System → Skill Library     │
│       (内化)            (运行时)        (持久化)      (结构化)         │
│                                                                      │
│  ←───────── 训练修改 ──────────→  ←────── 自然语言修改 ─────────→     │
│     需要集群、数据、专业知识              任何人都可以编辑              │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

想让模型学会新技能？传统做法：收集数据 → 设置集群 → 参数微调（LoRA/全量）→ 部署新版本。

知识被100%完全锁在神经网络的权重矩阵中。

### 代码执行范式改变了这一切

**关键突破**：
- **过去**：修改模型行为 = 修改参数 = 需要训练 = 需要 GPU 集群 + 训练数据 + 专业知识
- **现在**：修改模型行为 = 修改 SKILL.md = 编辑文本文件 = 任何人都可以做

这就像给 base model 外挂了一个可热插拔的 LoRA 权重，但你不需要对模型本身进行任何参数训练。

### 知识层级对比

| 层级 | 修改方式 | 生效时间 | 持久性 | 成本 |
|------|----------|----------|--------|------|
| Model Parameters | 训练/微调 | 数小时-数天 | 永久 | $10K-$1M+ |
| Context Window | API 调用 | 即时 | 会话内 | ~$0.01/次 |
| File System | 编辑文件 | 下次加载 | 永久 | 免费 |
| **Skill Library** | **编辑 SKILL.md** | **下次触发** | **永久** | **免费** |

Skills 是最甜蜜的平衡点：持久化存储 + 按需加载 + 人类可编辑。

### 这意味着什么

1. **民主化**：不再需要 ML 专业知识来定制模型行为
2. **透明性**：知识以人类可读的 Markdown 存储，可审计、可理解
3. **在线学习**：模型在更大的上下文窗口中"学习"，无需离线训练
4. **即时生效**：修改 SKILL.md 后，下次触发立即生效

传统的微调是**离线学习**：收集数据→训练→部署→使用。
Skills 是**在线学习**：运行时按需加载知识，立即生效。

**这就是知识外化的力量：把需要训练才能编码的知识，变成任何人都能编辑的文档。**

理解了这个背景，Skills 机制的设计就显得顺理成章了。

## 1. Skills 的本质：知识包，不是工具

这是最关键的洞察：

| 概念 | 是什么 | 例子 |
|------|--------|------|
| **Tool** | 模型能**做**什么 | bash, read_file, write_file |
| **Skill** | 模型**知道怎么做** | PDF 处理、MCP 构建、代码审查 |

工具是能力，技能是知识。工具执行动作，技能指导决策。

**为什么不直接把所有知识写进系统提示词？**

因为上下文是稀缺资源。一个 Skill 可能有 2000 词的详细指南，如果你有 20 个 Skills，启动时就要注入 40000 词——模型的注意力会被稀释到几乎无效。

## 2. 渐进式披露：三层加载

这是 Skills 的精髓设计：

```sh
Layer 1: 元数据 (始终加载)     ~100 tokens/skill
         └─ name + description
         └─ "当用户要处理 PDF 时用这个"

Layer 2: SKILL.md 主体 (触发时加载)   ~2000 tokens
         └─ 详细指南、代码示例、决策树

Layer 3: 资源文件 (按需加载)     无限制
         └─ scripts/, references/, assets/
```

**启动时**：只加载 20 个 Skills 的 name + description = ~2000 tokens
**触发时**：加载相关 Skill 的完整内容 = ~2000 tokens
**执行时**：按需读取脚本和参考文档

这让模型在保持轻量的同时，能够调用任意深度的领域知识。

## 3. SKILL.md 标准

每个 Skill 就是一个文件夹：

```sh
skills/
├── pdf/
│   └── SKILL.md          # 必需：元数据 + 指南
├── mcp-builder/
│   ├── SKILL.md
│   └── references/       # 可选：参考文档
│       └── protocol.md
└── code-review/
    ├── SKILL.md
    └── scripts/          # 可选：辅助脚本
        └── security_scan.sh
```

**SKILL.md 格式**：YAML 前置 + Markdown 正文

```markdown
---
name: pdf
description: 处理 PDF 文件。当用户需要读取、创建、合并 PDF 时使用。
---

# PDF 处理技能

## 读取 PDF

推荐使用 pdftotext:
\`\`\`bash
pdftotext input.pdf -
\`\`\`

如果需要更精细控制，使用 PyMuPDF...
```

**关键设计**：
- `name`：唯一标识符，小写+连字符
- `description`：触发条件——模型根据这个决定是否加载

## 4. 核心实现

### 4.1 SkillLoader

```python
class SkillLoader:
    def __init__(self, skills_dir: Path):
        self.skills = {}
        self.load_skills()  # 扫描所有 SKILL.md

    def parse_skill_md(self, path: Path) -> dict:
        """解析 YAML 前置 + Markdown 正文"""
        content = path.read_text()
        match = re.match(r'^---\s*\n(.*?)\n---\s*\n(.*)$', content, re.DOTALL)
        # 返回 {name, description, body, path, dir}

    def get_descriptions(self) -> str:
        """生成元数据列表（注入系统提示词）"""
        return "\n".join(f"- {name}: {skill['description']}"
                        for name, skill in self.skills.items())

    def get_skill_content(self, name: str) -> str:
        """获取完整内容（Skill 工具调用时）"""
        skill = self.skills[name]
        content = f"# Skill: {name}\n\n{skill['body']}"
        # 附加可用资源列表
        return content
```

### 4.2 Skill 工具

```python
SKILL_TOOL = {
    "name": "Skill",
    "description": """加载技能获取专业知识。

可用技能：
- pdf: 处理 PDF 文件
- mcp-builder: 构建 MCP 服务器
- code-review: 代码审查

当任务匹配技能描述时，立即调用此工具。""",
    "input_schema": {
        "properties": {"skill": {"type": "string"}},
        "required": ["skill"]
    }
}
```

### 4.3 消息注入（保持缓存）

这是最精妙的部分——Skill 内容作为 **tool_result 注入对话历史**，而不是修改 system prompt：

```python
def run_skill(skill_name: str) -> str:
    content = SKILLS.get_skill_content(skill_name)
    # 完整内容作为 tool_result 返回
    # 它会成为对话历史的一部分（user message）
    return f"""<skill-loaded name="{skill_name}">
{content}
</skill-loaded>

Follow the instructions in the skill above."""

def agent_loop(messages: list) -> list:
    while True:
        response = client.messages.create(
            model=MODEL,
            system=SYSTEM,  # 永不改变 - 缓存保持有效！
            messages=messages,
            tools=ALL_TOOLS,
        )
        # ... Skill 内容作为 tool_result 进入 messages ...
```

**关键洞察**：
- Skill 内容作为新消息**追加到末尾**
- 之前的所有内容（system prompt + 历史消息）都被缓存复用
- 只有新追加的 skill 内容需要计算，**整个前缀都命中缓存**

## 5. 与 Claude Code 的对比

| 机制 | Claude Code / Kode CLI | mini Claude Code v4 |
|------|------------------------|---------------------|
| Skill 格式 | SKILL.md (YAML + MD) | SKILL.md (YAML + MD) |
| 加载机制 | Container API + Skills 数组 | SkillLoader 类 |
| 触发方式 | 自动（description 匹配）+ Skill 工具 | Skill 工具 |
| 内容注入 | newMessages (user message) | tool_result (user message) |
| 缓存机制 | 追加到末尾，前缀全部缓存 | 追加到末尾，前缀全部缓存 |
| 资源访问 | scripts/, references/, assets/ | 相同目录结构 |
| 版本控制 | Skill Versions API | 省略 |
| 权限控制 | allowed-tools 字段 | 省略 |

**关键共同点**：两者都不修改 system prompt，而是将 skill 内容注入到对话历史中，从而保持 prompt cache 有效。

## 6. 缓存友好设计：Agent 开发中最容易被忽视的成本问题

Skill 内容作为 tool_result 注入对话历史，而不是修改 system prompt。这不是随意的设计选择，而是与大模型 API 缓存机制对齐的关键决策。

### 为什么这个问题如此重要？

许多开发者在使用 LangGraph、LangChain 等框架时，习惯性地：
- 在 system prompt 中注入动态状态
- 编辑和压缩历史消息
- 使用滑动窗口截断对话

**这些操作会导致缓存完全失效，成本爆炸 7-50 倍。**

一个 50 轮的典型 SWE 任务：
- **破坏缓存**: $14.06 (每轮修改 system prompt)
- **缓存优化**: $1.85 (只追加，不修改)
- **节省**: 86.9%

对于每天处理 100 个任务的应用，这意味着每年节省 **$45,000+**。

### 核心原理

大模型 API 提供商普遍实现了 **Prompt Cache**：当请求的前缀与之前完全相同时，可以复用已计算的 KV 向量，大幅降低成本。

```sh
请求 1: [System, User1, Asst1, User2]
        ←────── 全部计算 ──────→

请求 2: [System, User1, Asst1, User2, Asst2, User3]
        ←────── 缓存命中 ──────→ ←─ 新计算 ─→
                 (0.1x 价格)       (正常价格)
```

**关键条件**：缓存命中要求**前缀完全相同**。修改 system prompt 或历史消息会使整个前缀缓存失效。

### 为什么 Skill 内容追加到末尾

```python
def run_skill(skill_name: str) -> str:
    content = SKILLS.get_skill_content(skill_name)
    # 作为 tool_result 返回，追加到对话末尾
    return f"<skill-loaded>{content}</skill-loaded>"

def agent_loop(messages: list):
    response = client.messages.create(
        system=SYSTEM,  # 永不改变 - 缓存保持有效
        messages=messages,  # 只追加，不修改
    )
```

- Skill 内容追加到 messages 末尾
- System prompt 和历史消息保持不变
- 整个前缀命中缓存，只计算新增的 skill 内容

### 提供商差异

| 提供商 | 自动缓存 | 折扣 | 配置 |
|--------|---------|------|------|
| Claude | ✗ | 90% | 需 `cache_control` |
| GPT-5.2 | ✓ | 90% | 无需配置 |
| Kimi K2 | ✓ | 90% | 无需配置 |
| GLM-4.7 | ✓ | 82% | 无需配置 |
| MiniMax M2.1 | ✗ | 90% | 需 `cache_control` |
| Gemini 3 | ✓ (隐式) | 90% | 无需配置 |

**重要**: Claude 和 MiniMax 需要显式配置 `cache_control`，否则即使前缀相同也不会有缓存。

### 深入了解

上下文缓存是 Agent 开发中最容易被忽视的成本杀手。完整的专题文章深入探讨：

1. **思维转变**: 上下文不是"可编辑的变量"，而是"只追加的日志"
2. **常见陷阱**: 动态system prompt、消息编辑、滑动窗口等5大反模式
3. **成本对比**: 同样任务，破坏缓存vs优化缓存可相差7-50倍成本

请参阅：
- [上下文缓存经济学：别让你的Agent"烧钱"](./上下文缓存经济学.md)
- [LLM Agent开发者缓存意识自查清单](./开发者缓存意识自查清单.md)

## 7. 示例技能展示

**pdf**：PDF 处理专家
```sh
读取 → pdftotext / PyMuPDF
创建 → pandoc / reportlab
合并 → PyMuPDF
```

**mcp-builder**：MCP 服务器构建专家
```sh
Python → mcp SDK + @server.tool 装饰器
TypeScript → @modelcontextprotocol/sdk
测试 → MCP Inspector
```

**code-review**：代码审查专家
```sh
安全 → 注入、认证、授权、加密
正确性 → 逻辑错误、资源泄漏
性能 → N+1、内存、阻塞
可维护性 → 命名、复杂度、重复
```

## 8. 背后的思想：知识外化的实践

> **知识作为一等公民**

回到我们开头讨论的知识外化范式。传统观点把 AI Agent 看作"工具调用器"——模型决定用什么工具，代码执行工具。但这忽略了一个关键维度：**模型怎么知道应该怎么做？**

Skills 机制是知识外化的完整实践：

**过去（知识内化）**：
- 知识锁在模型参数里
- 修改需要训练
- 用户无法访问或理解
- 成本高昂，周期漫长

**现在（知识外化）**：
- 知识存在 SKILL.md 文件中
- 修改就是编辑文本
- 人类可读、可审计
- 免费，即时生效

Skills 机制承认：**领域知识本身就是一种资源**，需要被显式管理。

1. **分离元数据与内容**

   description 是索引，body 是内容。就像搜索引擎：先用关键词定位，再加载完整页面。

2. **按需加载而非预加载**

   上下文窗口是宝贵的认知资源。Skills 用渐进式披露确保每个 token 都在需要时才被使用。

3. **标准化格式促进复用**

   SKILL.md 是开放标准。一个 Skill 写一次，可以在 Claude Code、Cursor、Kode CLI 等任何兼容的 Agent 上使用。这就是知识外化带来的复用性。

4. **追加而非编辑**

   Skill 内容追加到对话末尾，而非修改 system prompt。这保持了前缀缓存有效，是与自回归模型正确交互的方式。

5. **在线学习 vs 离线学习**

   传统微调需要离线收集数据、训练、部署。Skills 实现了真正的"在线学习"——在更大的上下文窗口中，模型通过读取 SKILL.md 即时获得新能力，无需任何参数修改。

知识外化的本质是**把隐式知识变成显式文档**。这不仅改变了技术实现，更改变了人与 AI 协作的方式：
- 开发者可以用自然语言"教"模型新技能
- 团队可以用 Git 管理和共享知识
- 知识可以被版本控制、审计、回滚

**这是一个从"训练 AI"到"教育 AI"的范式转变。**

## 9. 五部曲回顾

| 版本 | 核心主题 | 行数 | 关键洞察 |
|------|----------|------|----------|
| v0 | Bash is All | ~50 行 | 一个工具 + 递归 = 完整 Agent |
| v1 | Model as Agent | ~200 行 | 模型是 80%，代码是工具循环 |
| v2 | 结构化规划 | ~300 行 | Todo 工具让计划可见 |
| v3 | 分而治之 | ~450 行 | 子代理隔离上下文 |
| **v4** | **领域专家** | **~550 行** | **Skills 注入专业知识** |

五个版本，约 1100 行 Python，覆盖了 Claude Code 的核心设计：

1. **工具循环**：模型持续调用工具直到完成
2. **结构化约束**：Todo 引导规划行为
3. **层级委派**：Task 实现任务分解
4. **知识注入**：Skill 提供领域专业
5. **缓存友好**：只追加不编辑，与自回归模型正确交互

---

**工具让模型能做事，技能让模型知道怎么做。**

这就是 Skills 机制的全部奥秘——把专家知识打包成可加载的模块，让通用模型在需要时变成领域专家。

完整代码见仓库 `v4_skills_agent.py` 和 `skills/` 目录。

如果你想要生产级实现，欢迎使用 [Kode](https://github.com/anthropics/kode)。