Phase 4 D3: alloc gate shape (env-gated)

CURRENT_TASK.md

@@ -1,6 +1,11 @@
 # 本線タスク（現在）
 
-## 更新メモ（2025-12-13 Phase 3 D2 Complete - NO-GO）
+## 更新メモ（2025-12-13 Phase 4 D3 Complete - NEUTRAL）
+
+### Phase 4 D3: Alloc Gate Shape（HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE）
+- ✅ 実装完了（ENV gate + alloc gate 分岐形）
+- Mixed A/B（10-run, iter=20M, ws=400）: Mean **+0.56%**（Median -0.5%）→ **NEUTRAL**
+- 判定: research box として freeze（default OFF、プリセット昇格しない）
 
 ### Phase 1 Quick Wins: FREE 昇格 + 観測税ゼロ化
 - ✅ **A1（FREE 昇格）**: `MIXED_TINYV3_C7_SAFE` で `HAKMEM_FREE_TINY_FAST_HOTCOLD=1` をデフォルト化

core/box/tiny_alloc_gate_box.h

@@ -31,6 +31,7 @@
 #include "../tiny_region_id.h"       // Header 読み出し
 #include "../front/malloc_tiny_fast.h" // 既存 Tiny Fast Path
 #include "tiny_route_box.h"            // Tiny Front Routing Policy
+#include "tiny_alloc_gate_shape_env_box.h" // Phase 4 D3: alloc gate shape (ENV)
 
 // 将来の拡張用コンテキスト:
 //  - size      : 要求サイズ
@@ -144,6 +145,44 @@ static inline void* tiny_alloc_gate_fast(size_t size)
         return NULL;
     }
 
+    // Phase 4 D3: Alloc Gate Shape（MIXED 向けの分岐形）
+    // - tiny_route_get()（release の logging branch）を避ける
+    // - ROUTE_POOL_ONLY は必ず尊重（HAKMEM_TINY_PROFILE=hot/off を壊さない）
+    if (__builtin_expect(alloc_gate_shape_enabled(), 0)) {
+        if (__builtin_expect(g_tiny_route[class_idx & 7] == ROUTE_POOL_ONLY, 0)) {
+            return NULL;
+        }
+        void* user_ptr = malloc_tiny_fast_for_class(size, class_idx);
+#if !HAKMEM_BUILD_RELEASE
+        // Layer 3a（alloc 側）: 明らかに異常なポインタは debug ビルドで早期検出
+        if (user_ptr) {
+            uintptr_t addr = (uintptr_t)user_ptr;
+            if (__builtin_expect(addr < 4096, 0)) {
+                fprintf(stderr,
+                        "[TINY_ALLOC_GATE_RANGE_INVALID] size=%zu user=%p\n",
+                        size, user_ptr);
+                fflush(stderr);
+                abort();
+            }
+        }
+
+        if (__builtin_expect(tiny_alloc_gate_diag_enabled(), 0) && user_ptr) {
+            TinyAllocGateContext ctx;
+            ctx.size = size;
+            ctx.user = HAK_USER_FROM_RAW(user_ptr);
+            ctx.class_idx = class_idx;
+            ctx.base = HAK_BASE_FROM_RAW(NULL);
+            ctx.bridge.ss = NULL;
+            ctx.bridge.meta = NULL;
+            ctx.bridge.slab_idx = -1;
+            ctx.bridge.meta_cls = 0xffu;
+
+            (void)tiny_alloc_gate_validate(&ctx);
+        }
+#endif
+        return user_ptr;
+    }
+
     TinyRoutePolicy route = tiny_route_get(class_idx);
 
     // Pool-only: Tiny front は完全スキップ（Gate から見ると「Tiny では取れなかった」扱い）

core/box/tiny_alloc_gate_shape_env_box.h

@@ -0,0 +1,22 @@
+// tiny_alloc_gate_shape_env_box.h - Phase 4 D3: Alloc Gate Shape（ENV gate）
+//
+// 役割:
+//   - alloc gate の分岐形最適化を ENV で戻せるようにする（default OFF）
+//
+// ENV:
+//   - HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=0/1
+//
+#pragma once
+
+#include <stdlib.h>
+
+// -1: uninitialized, 0/1: cached
+static int g_alloc_gate_shape_enabled = -1;
+
+static inline int alloc_gate_shape_enabled(void) {
+    if (__builtin_expect(g_alloc_gate_shape_enabled >= 0, 1)) return g_alloc_gate_shape_enabled;
+
+    const char* e = getenv("HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE");
+    g_alloc_gate_shape_enabled = (e && *e && *e != '0') ? 1 : 0;
+    return g_alloc_gate_shape_enabled;
+}

docs/analysis/ENV_PROFILE_PRESETS.md

@@ -95,6 +95,12 @@ HAKMEM_WRAP_ENV_CACHE=1
 ```
   - **Status**: ❌ FROZEN（Mixed **-1.44%** regression）→ default OFF, do not pursue
   - **Reason**: TLS overhead > benefit in Mixed workload
+- **Phase 4 D3（Alloc Gate Shape）** 🔬 NEUTRAL (research only):
+```sh
+HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=1
+```
+  - **Status**: NEUTRAL（Mixed 10-run: Mean **+0.56%** / Median **-0.5%**）→ default OFF
+  - **Effect**: `tiny_alloc_gate_fast()` の分岐形を簡素化（`tiny_route_get()` と release logging branch を回避）
 - v2 系は触らない（C7_SAFE では Pool v2 / Tiny v2 は常時 OFF）。
 - FREE_POLICY/THP を触る実験例（現在の HEAD では必須ではなく、組み合わせによっては微マイナスになる場合もある）:
 ```sh

docs/analysis/PHASE4_ALLOC_GATE_SPECIALIZATION_NEXT_INSTRUCTIONS.md

@@ -13,6 +13,12 @@ Phase 3 は **D1 昇格 / D2 凍結**で完全閉鎖。次の “芯” は allo
 - Frozen / ignore:
   - `HAKMEM_WRAP_ENV_CACHE=1`（D2, NO-GO）
 
+## Status（2025-12-13）
+
+- D3 実装: ✅ 完了（`core/box/tiny_alloc_gate_shape_env_box.h`, `core/box/tiny_alloc_gate_box.h`）
+- Mixed A/B（10-run, iter=20M, ws=400）: Mean **+0.56%**（Median -0.5%）→ **NEUTRAL**
+- 判定: **default OFF の research box として freeze**（本線プリセットへ昇格しない）
+
 ## Step 0: perf で “GO 条件” を満たしているか確認
 
 判定基準: `tiny_alloc_gate_fast` が **self% ≥ 5%**。
@@ -71,3 +77,8 @@ HAKMEM_PROFILE=MIXED_TINYV3_C7_SAFE HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=1 \
 - NO-GO/NEUTRAL の場合:
   - D3 は research box として freeze（default OFF）
   - 本線は汚さない（プリセット昇格はしない）
+
+## Next（次の指示）
+
+- `perf report --no-children` で self% ≥ 5% を 1 つ選び、同じ “分岐形（shape）” 最適化を当てる
+  - 現状の候補: `malloc` / `free` / `tiny_alloc_gate_fast`（ただし D3 は NEUTRAL なので “意味のある形” 以外は追わない）

docs/analysis/PHASE4_D3_ALLOC_GATE_SPECIALIZATION_1_DESIGN.md

@@ -216,6 +216,13 @@ HAKMEM_PROFILE=MIXED_TINYV3_C7_SAFE HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=1 \
   ./bench_random_mixed_hakmem 20000000 400 1
 ```
 
+### Results（2025-12-13, Release, 10-run）
+
+- Baseline（`HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=0`）: Mean **47.55M** ops/s, Median **48.08M**
+- Optimized（`HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=1`）: Mean **47.82M** ops/s, Median **47.84M**
+- Δ（Mean）: **+0.56%**（Median -0.5%）→ **NEUTRAL**
+- 動作確認: `HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=1` で `tiny_route_get()` 経由の `[REL_C7_ROUTE]` ログが消える（bypass を確認）
+
 ### Success Criteria
 
 **GO**: Mean gain >= +1.0%, Median >= +0.0%
@@ -231,6 +238,8 @@ HAKMEM_PROFILE=MIXED_TINYV3_C7_SAFE HAKMEM_ALLOC_GATE_SHAPE=1 \
 - **Freeze and archive** (default OFF, do not pursue)
 - Document regression cause, learn for future optimizations
 
+**Decision（この変更）**: **NEUTRAL**（default OFF の research box として保持）
+
 ## 期待値
 
 ### Performance Gain Estimation

hakmem.d

@@ -153,6 +153,7 @@ hakmem.o: core/hakmem.c core/hakmem.h core/hakmem_build_flags.h \
  core/box/../front/../box/tiny_metadata_cache_hot_box.h \
  core/box/../front/../box/tiny_free_route_cache_env_box.h \
  core/box/tiny_alloc_gate_box.h core/box/tiny_route_box.h \
+ core/box/tiny_alloc_gate_shape_env_box.h \
  core/box/tiny_front_config_box.h core/box/wrapper_env_box.h \
  core/box/wrapper_env_cache_box.h core/box/wrapper_env_cache_env_box.h \
  core/box/../hakmem_internal.h
@@ -387,6 +388,7 @@ core/box/../front/../box/tiny_metadata_cache_hot_box.h:
 core/box/../front/../box/tiny_free_route_cache_env_box.h:
 core/box/tiny_alloc_gate_box.h:
 core/box/tiny_route_box.h:
+core/box/tiny_alloc_gate_shape_env_box.h:
 core/box/tiny_front_config_box.h:
 core/box/wrapper_env_box.h:
 core/box/wrapper_env_cache_box.h: