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# AGENTS: 箱理論（Box Theory）設計ガイドライン

本リポジトリでは、変更・最適化・デバッグを一貫して「箱理論（Box Theory）」で進めます。すべてを“箱”で分け、境界で接続し、いつでも戻せるように積み上げることで、複雑性を抑えつつ失敗コストを最小化します。

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## 何が効くのか（実績）

- ❌ Rust/inkwell: 複雑なライフタイム管理
  ↓
- ✅ 箱理論適用: 650行 → 100行（SSA構築）

なぜ効果があるか:
- PHI/Block/Value を「箱」として扱い、境界（変換点）を1箇所に集約
- 複雑な依存関係を箱の境界で切ることで単体検証が容易
- シンプルな Python/llvmlite で 2000行で完結（道具に依存せず“箱”で分割して繋ぐ）

補足（C 実装時の利点）
- C の場合は `static inline` により箱間のオーバーヘッドをゼロに近づけられる（インライン展開）

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## 🎯 AI協働での合言葉（5原則）

1. 「箱にする」: 設定・状態・橋渡しは Box 化
   - 例: TLS 状態、SuperSlab adopt、remote queue などは役割ごとに箱を分離
2. 「境界を作る」: 変換は境界1箇所で
   - 例: adopt → bind、remote → freelist 統合、owner 移譲などの変換点を関数1箇所に集約
3. 「戻せる」: フラグ・feature で切替可能に
   - `#ifdef FEATURE_X` / 環境変数 で新旧経路を A/B 可能に（回帰や切り戻しを即時化）
4. 「見える化」: ダンプ/JSON/DOT で可視化
   - 1回だけのワンショットログ、統計カウンタで“芯”を掴む（常時ログは避ける）
5. 「Fail-Fast」: エラー隠さず即座に失敗
   - ENOMEM/整合性違反は早期に露呈させる（安易なフォールバックで隠さない）

要するに: 「すべてを箱で分けて、いつでも戻せるように積み上げる」設計哲学にゃ😺🎁

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## 適用ガイド（このリポジトリ）

- 小さく積む（Box 化）
  - Remote Free Queue, Partial SS Adopt, TLS Bind/Unbind を独立した“箱”として定義
  - 箱の API は最小・明確（init/publish/adopt/drain/bind など）

- 境界は1箇所
  - Superslab 再利用の境界は `superslab_refill()` に集約（publish/adopt の接点）
  - Free の境界は “same-thread / cross-thread” の判定1回

- 切替可能（戻せる）
  - 新経路は `#ifdef` / 環境変数でオンオフ（A/B と回帰容易化）
  - 例: `HAKMEM_TINY_PHASE6_ULTRA_SIMPLE`、`HAKMEM_DEBUG_VERBOSE`、`HAKMEM_TINY_*` env

- 見える化（最小限）
  - 1回だけのデバッグ出力（ワンショット）と統計カウンタで芯を掴む
  - 例: [SS OOM]、[SS REFILL] のワンショットログ、alloc/freed/bytes の瞬間値

- Fail-Fast
  - ENOMEM・整合性違反はマスクせず露出。フォールバックは“停止しないための最後の手段”に限定

- 運用ルール（Pool flatten）
  - Pool v1 flatten / Zero Mode は LEGACY mid/smallmid ベンチ専用の箱。C7_SAFE プロファイルでは flatten を触らない（安定性優先のため常時 OFF）。

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## 実装規約（C向けの具体）

- `static inline` を多用し箱間の呼び出しをゼロコスト化
- 共有状態は `_Atomic` で明示、CAS ループは局所化（MPSC push/pop はユーティリティ化）
- 競合制御は「箱の内側」に閉じ込め、外側はシンプルに保つ
- 1つの箱に 1つの責務（publish/adopt、drain、bind、owner 移譲 など）

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## チェックリスト（PR/レビュー時）

- 箱の境界は明確か（変換点が1箇所に集約されているか）
- フラグで戻せるか（A/B が即時に可能か）
- 可視化のフックは最小か（ワンショット or カウンタ）
- Fail-Fast になっているか（誤魔化しのフォールバックを入れていないか）
- C では `static inline` でオーバーヘッドを消しているか

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この AGENTS.md は、箱理論の適用・コーディング・デバッグ・A/B 評価の“共通言語”です。新しい最適化や経路を足す前に、まず箱と境界を設計してから手を動かしましょう。

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## Learning Layer（ACE / ELO / Learner）の箱化ポリシー

ACE/ELO/CAP Learner などの「学習する機能」も、Tiny や Superslab と同様に Box として扱います。
ホットパスを汚さず、いつでも FROZEN/OFF に戻せるようにすることが原則です。

- 学習は上層の箱に閉じ込める
  - L0 Tiny / L1 Superslab / TLS SLL / Remote Queue は **学習ロジックを持たない**。
  - ELO / ACE Controller / CAP Learner は「ポリシー箱」として、ノブやしきい値だけを更新する。
  - ホットパス側は「現在のポリシー値」を読むだけにし、学習の有無を意識しない。

- FROZEN / LEARN / OBSERVE を明確に分ける
  - FROZEN: 学習 OFF。固定ポリシーのみ使用（デフォルト運用）。
  - LEARN: バックグラウンドでポリシー更新を行う（ベンチ / 研究用）。
  - OBSERVE: Tiny などの下層の箱を「観測だけ」するモード（動作は変えない）。
  - モード切り替えは `HAKMEM_MODE` / `HAKMEM_ACE_ENABLED` / `HAKMEM_LEARN` 等の ENV から行い、いつでも戻せるようにする。

- ドキュメントと設計の窓口
  - 学習レイヤ全体の構造と責務は `docs/analysis/LEARNING_LAYER_OVERVIEW.md` にまとめる。
  - 各学習 Box（ELO / ACE Controller / CAP Learner）の詳細仕様や A/B 結果は、docs/analysis / docs/benchmarks / docs/paper 配下に箱ごとに整理する。
  - AGENTS.md では「学習は必ず別箱」「ホットパスを汚さない」「ENV で切り戻せる」というルールだけを守る。


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## Tiny 向け「積み方 v2」(層を下から固める)

下層の箱が壊れている状態で上層を積むと必ず崩れます。まず下から順に箱を“堅牢化”してから上を載せる、を徹底します。

層と責務
- Box 1: Atomic Ops (最下層)
  - 役割: `stdatomic.h` による CAS/Exchange の秩序付け（Acquire/Release）。
  - ルール: メモリ順序を箱内で完結させる（外側に弱い順序を漏らさない）。

- Box 2: Remote Queue (下層)
  - 役割: cross-thread free の MPSC スタック（push/exchange）とカウント管理。
  - API: `ss_remote_push(ss, slab_idx, ptr) -> transitioned(0/1)`、`ss_remote_drain_to_freelist(ss, slab_idx)`、`ss_remote_drain_light(ss)`
  - 不変条件 (Invariants):
    - push はノードの next を書き換える以外に副作用を持たない（freelist/owner へは触れない）。
    - head は SuperSlab 範囲内（Fail-Fast 範囲検証）。
    - `remote_counts[s]` は push/drain で単調に整合する（drain 後は 0）。
  - 境界: freelist への統合は必ず drain 関数内（1 箇所）。publish/adopt からの直接 drain は禁止。

- Box 3: Ownership (中層)
  - 役割: slab の所有者遷移（`owner_tid`）。
  - API: `ss_owner_try_acquire(meta, tid) -> bool`（`owner_tid==0` の時のみ CAS で取得）、`ss_owner_release(meta, tid)`、`ss_owner_is_mine(meta, tid)`
  - 不変条件:
    - Remote Queue は owner に触らない（Box 2→3 への侵入禁止）。
    - Acquire 成功後のみ “同一スレッド” の高速経路を使用する。
  - 境界: bind 時にのみ acquire/release を行う（採用境界 1 箇所）。

- Box 4: Publish / Adopt (上層)
  - 役割: 供給の提示（publish）と消費（adopt）。
  - API: `tiny_publish_notify(class, ss, slab)` → `tiny_mailbox_publish()`、`tiny_mailbox_fetch()`、`ss_partial_publish()`、`ss_partial_adopt()`
  - 不変条件:
    - publish は “通知とヒント” のみ（freelist/remote/owner に触れない）。
    - `ss_partial_publish()` は unsafe drain をしない。必要なら drain は採用側境界で実施。
    - publish 時に `owner_tid=0` を設定してもよいが、実際の acquire は採用境界でのみ行う。
  - 境界: adopt 成功直後にだけ `drain → bind → owner_acquire` を行う（順序は必ずこの 1 箇所）。

実装ガイド（境界の 1 か所化）
- Refill 経路（`superslab_refill()` / `tiny_refill_try_fast()`）でのみ:
  1) sticky/hot/bench/mailbox/reg を “peek して” 候補を得る
  2) 候補が見つかったら当該 slab で `ss_remote_drain_to_freelist()` を 1 回だけ実行（必要時）
  3) freelist が非空であれば `tiny_tls_bind_slab()` → `ss_owner_try_acquire()` の順で確定
  4) 確定後にのみ publish/overflow は扱う（不要な再 publish/drain はしない）

Do / Don’t（壊れやすいパターンの禁止）
- Don’t: Remote Queue から publish を直接呼ばない条件分岐を増やす（通知の濫用）。
- Don’t: publish 側で drain / owner をいじる。
- Do: Remote Queue は push と count 更新のみ。publish は通知のみ。採用境界で drain/bind/owner を一度に行う。

デバッグ・トリアージ順序（Fail‑Fast）
1) Box 2（Remote）単体: push→drain→freelist の整合をアサート（範囲検証 ON, `remote_counts` 符合）。
2) Box 3（Ownership）単体: `owner_tid==0` からの acquire/release を並行で連続試験。
3) Box 4（Publish/Adopt）単体: publish→mailbox_register/fetch の通電（fetch ヒット時のみ adopt を許可）。
4) 全体: adopt 境界でのみ `drain→bind→owner_acquire` を踏んでいるかリングで確認。

可視化と安全化（最小構成）
- Tiny Ring: `TINY_RING_EVENT_REMOTE_PUSH/REMOTE_DRAIN/MAILBOX_PUBLISH/MAILBOX_FETCH/BIND` を採用境界前後に記録。
- Env（A/B・切戻し）:
  - `HAKMEM_TINY_SS_ADOPT=1/0`（publish/adopt 全体の ON/OFF）
  - `HAKMEM_TINY_RF_FORCE_NOTIFY=1`（初回通知の見逃し検出）
  - `HAKMEM_TINY_MAILBOX_SLOWDISC(_PERIOD)`（遅延登録の発見）
  - `HAKMEM_TINY_MUST_ADOPT=1`（mmap 直前の採用ゲート）

最小テスト（箱単位の smoke）
- Remote Queue: 同一 slab へ N 回 `ss_remote_push()` → `ss_remote_drain_to_freelist()` → `remote_counts==0` と freelist 長の一致。
- Ownership: 複数スレッドで `ss_owner_try_acquire()` の成功が 1 本だけになること、`release` 後に再取得可能。
- Publish/Mailbox: `tiny_mailbox_publish()`→`tiny_mailbox_fetch()` のヒットを 1 回保証。`fetch_null` のとき `used` 拡張が有効。

運用の心得
- 下層（Remote/Ownership）に疑義がある間は、上層（Publish/Adopt）を “無理に” 積み増さない。
- 変更は常に A/B ガード付きで導入し、SIGUSR2/リングとワンショットログで芯を掴んでから上に進む。

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## 健康診断ランと注意事項（Superslab / madvise / Pool 用）

このリポジトリは Superslab / madvise / Pool v1 flatten など OS 依存の経路を多用します。  
「いつの間にか壊れていた」を防ぐために、次の“健康診断ラン”と注意事項を守ってください。

※ 開発マシンと OS 環境は、基本的にセッションを通じて同一構成（同一ハードウェア・同一カーネル設定）を維持して運用しています。性能の変化は「コード差分」か「明示的に変更した ENV」の影響として扱い、マシン側の揺らぎで説明しない方針です。

- DSO 領域には触らない（Superslab OS Box のフェンス）
  - `core/box/ss_os_acquire_box.h` の `ss_os_madvise_guarded()` は **libc/libm/ld.so など DSO 領域を dladdr で検出したら即スキップ** します。
  - DSO に対する madvise 試行は **バグ扱い**。`g_ss_madvise_disabled` / DSO-skip ログを必ず 1 回だけ出し、以降は触らない前提です。
  - 開発/CI では（必要なら）`HAKMEM_SS_MADVISE_DSO_FAILFAST=1` を使って、「DSO に一度でも触ろうとしたら即 abort」するチェックランを追加してください。

- madvise / vm.max_map_count 用 健康診断ラン
  - 目的: Superslab OS Box が ENOMEM(vm.max_map_count) に達しても安全に退避できているか、DSO 領域を誤って触っていないかを確認する。
  - 推奨コマンド（C7_SAFE + mid/smallmid, Superslab/madvise 経路の smoke 用）:
    ```sh
    HAKMEM_BENCH_MIN_SIZE=257 \
    HAKMEM_BENCH_MAX_SIZE=768 \
    HAKMEM_TINY_HEAP_PROFILE=C7_SAFE \
    HAKMEM_TINY_C7_HOT=1 \
    HAKMEM_TINY_HOTHEAP_V2=0 \
    HAKMEM_SMALL_HEAP_V3_ENABLED=1 \
    HAKMEM_SMALL_HEAP_V3_CLASSES=0x80 \
    HAKMEM_POOL_V2_ENABLED=0 \
    HAKMEM_POOL_V1_FLATTEN_ENABLED=0 \
    HAKMEM_SS_OS_STATS=1 \
    ./bench_mid_large_mt_hakmem 5000 256 1
    ```
  - チェックポイント:
    - 終了時に `[SS_OS_STATS] ... madvise_enomem=0 madvise_disabled=0` が理想（環境次第で ENOMEM は許容、ただし disabled=1 になっていれば以降の madvise は止まっている）。
    - DSO-skip や DSO Fail-Fast ログが出ていないこと（出た場合は ptr 分類/経路を優先的にトリアージ）。

- Pool v1 flatten のプロファイル注意
  - LEGACY プロファイル専用の最適化です。`HAKMEM_TINY_HEAP_PROFILE=C7_SAFE` / `C7_ULTRA_BENCH` のときは **コード側で強制OFF** されます。
  - flatten を触るときの健康診断ラン（LEGACY想定）:
    ```sh
    HAKMEM_BENCH_MIN_SIZE=257 \
    HAKMEM_BENCH_MAX_SIZE=768 \
    HAKMEM_TINY_HEAP_PROFILE=LEGACY \
    HAKMEM_POOL_V2_ENABLED=0 \
    HAKMEM_POOL_V1_FLATTEN_ENABLED=1 \
    HAKMEM_POOL_V1_FLATTEN_STATS=1 \
    ./bench_mid_large_mt_hakmem 1 1000000 400 1
    ```
  - チェックポイント:
    - `[POOL_V1_FLAT] alloc_tls_hit` / `free_tls_hit` が増えていること（flatten 経路が効いている）。
    - `free_fb_*`（page_null / not_mine / other）は**少数**に収まっていること。増えてきたら owner 判定/lookup 側を優先トリアージする。

- 一般ルール（壊れたらまず健康診断ラン）
  - Tiny / Superslab / Pool に手を入れたあと、まず上記の健康診断ランを 1 回だけ回してから長尺ベンチ・本番 A/B に進んでください。
  - 健康診断ランが落ちる場合は **新しい最適化を積む前に** Box 境界（ptr 分類 / Superslab OS Box / Pool v1 flatten Box）を優先的に直します。
  - ベンチや評価を始めるときは、`docs/analysis/ENV_PROFILE_PRESETS.md` のプリセット（MIXED_TINYV3_C7_SAFE / C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1 / DEBUG_TINY_FRONT_PERF）から必ずスタートし、追加した ENV はメモを残してください。単発の ENV を散らすと再現が難しくなります。
  - 健康診断ラン（簡易チェック）は次の 2 本を必ず通す:  
    - Tiny/Mixed: `HAKMEM_PROFILE=MIXED_TINYV3_C7_SAFE ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1` （35〜38M ops/s / segv/assert なしで OK）  
    - mid/smallmid C6: `HAKMEM_PROFILE=C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1 ./bench_mid_large_mt_hakmem 1 1000000 400 1` （約29M ops/s / segv/assert なしで OK）
  - まとめて実行する場合は `scripts/verify_health_profiles.sh` を 1 回叩けば OK（スループットは目安表示のみ、exit code だけで判定）。