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Docs: Phase FREE-LEGACY-OPT-4-4 completion summary + design notes

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Phase 4-4 で C6 ULTRA free+alloc 統合（寄生型 TLS キャッシュ）が完了。
- Mixed 16-1024B: 40.2M → 42.3M ops/s (+5.2%)
- C6 legacy 完全排除: 137,319 → 0 (-100%)
- Legacy 半減: 266,942 → 129,623 (-51.4%)
- 次ターゲット: C5 (残存 Legacy の 53.1%)

設計メモを FREE_LEGACY_PATH_ANALYSIS.md に追記:
- Free-only TLS が失敗する理由
- Free+alloc 統合で成功する理由
- 寄生型 TLS キャッシュの設計原理
- C5/C4 への一般化可能性

次フェーズ候補を CURRENT_TASK.md に追記:
- 選択肢 1: C5 ULTRA への展開
- 選択肢 2: Tiny Alloc Hotpath 最適化
- 判断ポイント: stats 確認後に決定

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306
CURRENT_TASK.md
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@ -196,16 +196,96 @@
- `docs/analysis/SMALLOBJECT_CORE_V6_DESIGN.md` を追加し、SmallHeapCtxV6 / SmallClassHeapV6 / SmallPageMetaV6 / SmallSegmentV6 と ptr→page→class O(1) ルール、HotBox が絶対にやらない責務（header 書き・lookup・Stats など）を明文化。 - `docs/analysis/SMALLOBJECT_CORE_V6_DESIGN.md` を追加し、SmallHeapCtxV6 / SmallClassHeapV6 / SmallPageMetaV6 / SmallSegmentV6 と ptr→page→class O(1) ルール、HotBox が絶対にやらない責務（header 書き・lookup・Stats など）を明文化。
- v6 は現時点ではコードは一切触らず、設計レベルの仕様と型イメージだけをまとめた段階。v5 は C6 研究箱として残しつつ、将来 small-object を作り直す際の「芯」として v6 の層構造を採用する。 - v6 は現時点ではコードは一切触らず、設計レベルの仕様と型イメージだけをまとめた段階。v5 は C6 研究箱として残しつつ、将来 small-object を作り直す際の「芯」として v6 の層構造を採用する。
11. **Phase v6-1/v6-2/v6-3（SmallObject Core v6 C6-only 実装）** ✅ 完了（研究箱） 11. **Phase v6-1〜v6-4（SmallObject Core v6 C6-only 実装＋薄型化＋Mixed 安定化）** ✅ 完了（研究箱）
- **v6-1**: route stub 接続（挙動は v1/pool fallback）。 - **v6-1**: route stub 接続（挙動は v1/pool fallback のまま）。
- **v6-2**: Segment v6 + ColdIface v6 + Core v6 HotPath の最低限実装。C6-heavy で SEGV なく完走確認。 - **v6-2**: Segment v6 + ColdIface v6 + Core v6 HotPath の最低限実装。C6-heavy で v6 経路が SEGV なく完走するところまで確認（初期は約 -44%）。
- **v6-3**: 薄型化（TLS ownership check + batch header write + TLS batch refill）。 - **v6-3**: 薄型化（TLS ownership check + batch header write + TLS batch refill）により、C6-heavy で v6 OFF ≈27.1M / v6-3 ON ≈27.1M（±0%, baseline 同等）まで改善。
- **C6-heavy A/B（1M/400）**: - **v6-4**: Mixed での v6 安定化。`small_page_meta_v6_of` が TLS メタではなく mmap 領域を見ていたバグを修正し、Mixed v6 ON でも完走（C6-only v6 のため Mixed は v6 ON ≈35.8M, v6 OFF ≈44M）。
- v6 OFF: **27.1M ops/s**（baseline） - **現状**:
- v6-2 ON: **15.3M ops/s**（−44%） - C6-heavy: v6 OFF ≈27.1M / v6 ON ≈27.4M（C6 Core v6 は baseline 同等・安定）。
- **v6-3 ON: 27.1M ops/s（±0%, baseline 同等）** ✅ - Mixed: C6-only v6 のため全体ではまだ約 -19% 回帰。C6-heavy 用の実験箱として v6 を維持しつつ、本線 Mixed は引き続き v6 OFF を基準に見る。
- **Mixed**: v6 ON で hang 発生（v6-4 で対応予定）。
- **方針**: C6-heavy は v6-3 で baseline 同等まで改善。Mixed 安定化は Phase v6-4 のスコープ。 12. **Phase v6-5（SmallObject Core v6 C5 拡張, 研究箱）** ✅ 完了
- **目的**: Core v6 を C5 サイズ帯（129–256B）にも拡張し、free hotpath で v6 がカバーするクラスを増やす足場を作る。
- **実装**:
- `SmallHeapCtxV6` に C5 用 TLS freelist（`tls_freelist_c5` / `tls_count_c5`）を追加し、C5 でも `small_alloc_fast_v6` / `small_free_fast_v6` が TLS→refill/slow のパターンで動くようにした。
- ColdIface v6 の refill/retire を class_idx（C5/C6）に応じて block_size/容量を変えられるよう一般化。
- **実測（1M/400, v6 ON C5-only, C6 v6 OFF）**:
- C5-heavy (129–256B): v6 OFF ≈53.6M → v6 ON(C5) ≈41.0M（約 -23%）
- Mixed 16–1024B: v6 OFF ≈44.0M → v6 ON(C5) ≈36.2M（約 -18%）
- **方針**: C5 Core v6 は安定して動くものの、Tiny front v3 + v1/pool より大きく遅いため、本線には乗せず C5 v6 は研究箱扱いとする。C5-heavy/Mixed の free hotpath をさらに削るなら、v6 側のさらなる薄型化か、別の箱（front/gate や pool）の再設計を検討する。
13. **Phase v6-6（SmallObject Core v6 C4 拡張, 研究箱）** ✅ 完了
- **目的**: Core v6 を C4 サイズ帯（65–128B）に拡張して、free hotpath カバー範囲を広げ、`ss_fast_lookup`/`slab_index_for` 依存を削減。
- **実装内容**:
- `SmallHeapCtxV6` に C4 用 TLS freelist（`tls_freelist_c4` / `tls_count_c4`）を追加。
- `small_alloc_fast_v6` に C4 fast/cold refill path を追加（`small_alloc_c4_hot_v6` / `small_alloc_cold_v6` で C4 支援）。
- `small_free_fast_v6` に C4 TLS push path を追加（`small_free_c4_hot_v6`）。
- `malloc_tiny_fast.h` alloc/free dispatcher に C4 case を追加。
- ColdIface v6 refill を C4（128B block）に対応。
- **バグ修正**: `small_alloc_cold_v6` に C4 refill logic が欠落していたのを修正（cold path で C4 refill が実装されていなかったため、全て pool fallback になっていた）。
- **実測値**（100k iter, v6 ON, mixed size workload）:
- **C4-only (80B, class 4)**: v6 OFF ≈47.4M → v6 ON ≈39.4M（**−17% 回帰**）
- **C5+C6 (mixed 200/400B)**: v6 OFF ≈43.5M → v6 ON ≈26.8M（**−38% 回帰**）
- **Mixed (500B)**: v6 OFF ≈40.8M → v6 ON ≈27.5M（**−33% 回帰**）
- **評価**:
- 目標: v6-6 は ±0–数% within acceptable range（user 指定）を狙っていたが、C4 実装によっても大きな回帰が消えず（C4-only: −17%）。
- 根本原因: v6 実装そのもの（TLS ownership check + page refill + cold path）の overhead が v5 以来続いており、C4 拡張では構造的な改善に至らず。
- **安全確認の閾値超過**: Mixed で −33% は user 指定の「−10% 以上落ちたら研究箱に留める」基準を大きく超過。
- **方針**: **Phase v6-6 は研究箱に留め、本線に乗せない**。v6-6 （C4 extend ）は ENV opt-in のみ。混在リスク防止のため、v6-5（C5）と v6-6（C4）は同時 ON は非推奨（Mixed で −33%）。
- **今後の方向性**:
- v6 系は「C6 baseline 同等」では達成できたが（v6-3：C6-only で ±0%），C5/C4 への拡張では overhead が大きい。
- 次のアプローチは v6 architecture の root cause 調査（TLS ownership check の cost / page refill overhead / cold path cost 等）か、別設計（pool v2 再設計, front gate 薄型化, ULTRA segment 拡張）を検討すべき。
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### 6. free path 最適化の方針（Phase FREE-LEGACY-BREAKDOWN 系列）
**現状認識**:
- Mixed 16–1024B の perf 内訳: free ≈ 24%, tiny_alloc_gate_fast ≈ 22%
- v6（C5/C4 拡張）で −33% 回帰、free-front v3 で −4% 回帰
- 新世代追加ではなく、既存 free path の「どの箱が何％食っているか」を可視化してピンポイント削減する方針に転換
**本線の前提（固定）**:
- Mixed 16–1024B: Tiny front v3 + C7 ULTRA + pool v1（約 44–45M ops/s）
- v4/v5/v6（C5/C4）/ free-front v3 は 研究箱・デフォルト OFF
- v6 は C6-only の mid 向けコア（C6-heavy プロファイル専用で ON、±0% 達成）
- `HAKMEM_SMALL_HEAP_V6_ENABLED=0` / `HAKMEM_TINY_FREE_FRONT_V3_ENABLED=0` が基準
**Phase FREE-LEGACY-BREAKDOWN-1** ✅ 完了
- 目的: free ホットパスを箱単位でカウントし、内訳を可視化
- 実装:
- ENV: `HAKMEM_FREE_PATH_STATS=1` で free path の箱ごとカウンタを有効化（default 0）
- FreePathStats 構造体で c7_ultra / v3 / v6 / pool v1 / super_lookup / remote_free などを計測
- デストラクタで `[FREE_PATH_STATS]` 出力
- 測定結果: `docs/analysis/FREE_LEGACY_PATH_ANALYSIS.md` に記録
- 次フェーズ: 測定結果を見て FREE-LEGACY-OPT-1/2/3 のどれを実装するか決定
**Phase FREE-LEGACY-BREAKDOWN-1 測定結果** ✅ 完了
- Mixed 16–1024B の free 経路内訳:
- **C7 ULTRA fast**: 50.7% (275,089 / 542,031 calls)
- **Legacy fallback**: 49.2% (266,942 / 542,031 calls)
- pool_v1_fast: 1.5% (8,081 / 542,031 calls)
- その他（v3/v6/tiny_v1/super_lookup/remote）: 0.0%
- C6-heavy の free 経路内訳:
- **pool_v1_fast**: 100% (500,099 / 500,108 calls)
- その他: 0.0%
- 主要発見:
- Mixed は **完全な二極化構造**（C7 ULTRA 50.7% vs Legacy 49.2%）
- C6-heavy は pool_v1 経路のみを使用（最適化ターゲット明確）
- 詳細: `docs/analysis/FREE_LEGACY_PATH_ANALYSIS.md` 参照
**Phase FREE-LEGACY-OPT-4 シリーズ: Legacy fallback 削減（計画中）**
- 目的: Mixed の Legacy fallback 49.2% を削減し、C7 ULTRA パターンを他クラスに展開
- アプローチ:
- **4-0**: ドキュメント整理 ✅
- **4-1**: Legacy の per-class 分析（どのクラスが Legacy を最も使用しているか特定）
- **4-2**: 1クラス限定 ULTRA-Free lane の設計・実装
- 対象: 4-1 で特定された最大シェアクラス（仮に C5）
- 実装: TLS free キャッシュのみ追加（alloc 側は既存のまま）
- ENV: `HAKMEM_TINY_C5_ULTRA_FREE_ENABLED=0` (研究箱)
- **4-3**: A/B テスト（Mixed で効果測定、結果次第で本線化 or 研究箱維持）
- 期待効果: Legacy 49% → 35-40% に削減、free 全体で 5-10% 改善、Mixed で +2-4M ops/s
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@ -227,3 +307,209 @@
まとめて叩きたいときは `scripts/verify_health_profiles.sh`（存在する場合）を利用し、 まとめて叩きたいときは `scripts/verify_health_profiles.sh`（存在する場合）を利用し、
詳細な perf/フェーズログは `CURRENT_TASK_ARCHIVE_20251210.md` と各 `docs/analysis/*` を参照してください。 詳細な perf/フェーズログは `CURRENT_TASK_ARCHIVE_20251210.md` と各 `docs/analysis/*` を参照してください。
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## Phase FREE-LEGACY-OPT-4-4: C6 ULTRA free+alloc 統合（寄生型 TLS キャッシュ）✅ 完了
### 目的
Phase 4-3 で free-only TLS キャッシュが effective でないことが判明したため、
alloc 側に TLS pop を追加して統合し、完全な alloc/free サイクルを実現。
### 実装内容
- malloc_tiny_fast.h: C6 ULTRA alloc pop（L191-202）
- FreePathStats: c6_ultra_alloc_hit カウンタ追加
- ENV: HAKMEM_TINY_C6_ULTRA_FREE_ENABLED (default: OFF)
### 計測結果
**Mixed 16–1024B (1M iter, ws=400)**:
- OFF (baseline): 40.2M ops/s
- ON (統合後): 42.2M ops/s
- **改善: +4.9%** ✅ 期待値達成
**C6-heavy (257-768B, 1M iter, ws=400)**:
- OFF: 40.7M ops/s
- ON: 43.8M ops/s
- **改善: +7.6%** ✅ Mixed より効果大
### 効果の分析
**Legacy の劇的削減**:
- Legacy fallback: 266,942 → 129,623 (**-51.4%**)
- Legacy by class[6]: 137,319 → 0 (**100% 排除**)
**TLS サイクルの成功**:
- C6 allocs: 137,241 が TLS pop で direct serve
- C6 frees: 137,319 が TLS push で登録
- キャッシュは過充填しない（alloc が drain）
### 設計パターン
**寄生型 TLS キャッシュ**:
- Core v6 のような専用 segment 管理なし
- 既存 allocator に「寄生」（overhead minimal）
- free + alloc 両方制御で完全なサイクル実現
### 判定結果
✅ **期待値達成**: +3-5% → **+4.9%** を実現
✅ **C6 legacy 100% 排除**: 設計の妥当性確認
✅ **本命候補に昇格**: ENV デフォルト OFF は維持
---
## Phase REFACTOR-1/2/3: Code Quality Improvement ✅ 完了
### 実施内容
1. **REFACTOR-1: Magic Number → Named Constants**
- 新ファイル: tiny_ultra_classes_box.h
- TINY_CLASS_C6/C7、tiny_class_is_c6/c7() マクロ定義
- malloc_tiny_fast.h: == 6, == 7 → semantic macros
2. **REFACTOR-2: Legacy Fallback Logic 統一化**
- 新ファイル: tiny_legacy_fallback_box.h
- tiny_legacy_fallback_free_base() 統一関数
- 重複削除: 60行（malloc_tiny_fast.h と tiny_c6_ultra_free_box.c）
3. **REFACTOR-3: Inline Pointer Macro 中央化**
- 新ファイル: tiny_ptr_convert_box.h
- tiny_base_to_user_inline(), tiny_user_to_base_inline()
- offset 1 byte を centralized に
### 効果
- ✅ **DRY 原則**: Code duplication 削減（60行）
- ✅ **可読性**: Magic number → semantic macro
- ✅ **保守性**: offset, logic を1箇所で定義
- ✅ **Performance**: Zero regression（inline preserved）
### 累積改善（Phase 4-0 → Refactor-3）
| Phase | 改善 | 累積 | 特徴 |
|-------|------|------|------|
| 4-1 | - | - | Legacy per-class 分析 |
| 4-2 | +0% | 0% | Free-only TLS（効果なし） |
| 4-3 | +1-3% | 1-3% | Segment 学習（限定的） |
| **4-4** | **+4.9%** | **+4.9%** | **Free+alloc 統合（本命）** |
| REFACTOR | +0% | +4.9% | Code quality（overhead なし） |
---
## Phase FREE-FRONT-V3-1 実装完了 (2025-12-11)
**目的**: free 前段に「v3 snapshot 箱」を差し込み、route 判定と ENV 判定を 1 箇所に集約する足場を作る。挙動は変えない。
**実装内容**:
1. **新規ファイル作成**: `core/box/free_front_v3_env_box.h`
- free_route_kind_t enum (FREE_ROUTE_LEGACY, FREE_ROUTE_TINY_V3, FREE_ROUTE_CORE_V6_C6, FREE_ROUTE_POOL_V1)
- FreeRouteSnapshotV3 struct (route_kind[NUM_SMALL_CLASSES])
- API 3個: free_front_v3_enabled(), free_front_v3_snapshot_get(), free_front_v3_snapshot_init()
- ENV: HAKMEM_TINY_FREE_FRONT_V3_ENABLED (default 0 = OFF)
2. **実装ファイル**: `core/box/free_front_v3_env_box.c`
- free_front_v3_enabled() - ENV lazy init (default OFF)
- free_front_v3_snapshot_get() - TLS snapshot アクセス
- free_front_v3_snapshot_init() - route_kind テーブル初期化
- 現行 tiny_route_for_class() を使って既存挙動を維持
3. **ファイル修正**: `core/box/hak_free_api.inc.h`
- FG_DOMAIN_TINY 内に v3 snapshot routing logic を追加
- v3 OFF (default) では従来パスを維持（挙動変更なし）
- v3 ON では snapshot 経由で route 決定 (v6 c6, v3, pool v1)
4. **Makefile 更新**
- OBJS_BASE, BENCH_HAKMEM_OBJS_BASE, SHARED_OBJS に free_front_v3_env_box.o 追加
**ビルド結果**:
- ✅ コンパイル成功 (free_front_v3_env_box.o 生成)
- ✅ リンク成功 (free_front_v3_enabled, free_front_v3_snapshot_get シンボル解決)
- 既存の v3/v4/v5/v6 関連のリンクエラーは pre-existing issue
**次フェーズ (FREE-FRONT-V3-2)**:
- route_for_class 呼び出し削減
- ENV check 削除（snapshot 内に統合済み）
- snapshot 初期化の最適化
---
## Phase FREE-FRONT-V3-2 実装完了 (2025-12-11)
**目的**: free path から `tiny_route_for_class()` 呼び出しと redundant な ENV check を削減し、free 処理を最適化する。
**実装内容**:
1. **smallobject_hotbox_v3_env_box.h に small_heap_v3_class_mask() 追加**
- v3 対象クラスのビットマスクを返す関数を追加（v6 と同様の API）
- small_heap_v3_class_enabled() をマスク経由に書き換え
2. **free_front_v3_snapshot_init() の最適化** (core/box/free_front_v3_env_box.c)
- tiny_route_for_class() 呼び出しを完全削除
- ENV マスクを直接読んで判定（v6_mask, v3_mask）
- 優先度順に route 決定: v6 > v3 > pool/legacy
3. **hak_free_at() v3 path の最適化** (core/box/hak_free_api.inc.h)
- v6 hot path を inline で呼び出す（small_free_c6_hot_v6, c5, c4）
- ENV check なし、snapshot だけで完結
- v3 path (C7) は so_free() に委譲（ss_fast_lookup は v3 内部で処理）
**ベンチマーク結果**:
**Mixed 16-1024B (bench_random_mixed_hakmem 100000 400 1)**:
- v3 OFF (baseline): 42.6M, 41.6M, 45.2M ops/s → 平均 **43.1M ops/s**
- v3 ON (optimized): 41.1M, 39.9M, 43.0M ops/s → 平均 **41.3M ops/s**
- 結果: **−4.2%** (微回帰)
**C6-heavy mid/smallmid (bench_mid_large_mt_hakmem 1 100000 400 1)**:
- v3 OFF (baseline): 13.8M, 15.2M, 14.5M ops/s → 平均 **14.5M ops/s**
- v3 ON (optimized): 15.5M, 15.2M, 14.0M ops/s → 平均 **14.9M ops/s**
- 結果: **+2.8%** (誤差〜微改善)
**安定性**:
- ✅ コンパイル成功、リンク成功
- ✅ SEGV/assert なし
- ✅ v3 OFF 時は従来パスを維持（完全に変更なし）
**結論**:
- Mixed で微回帰 (−4%) が見られるため、v3 は引き続き研究箱（default OFF）として維持
- C6-heavy では微改善 (+3%) が確認されたが、誤差範囲内
- snapshot infrastructure は正常に動作しており、今後の最適化の足場として有用
- Phase v3-3 では、v6 hot path の inline 化や route dispatch の最適化を検討
---
## 次フェーズ候補（未決定、検討中）
### 選択肢 1: C5 ULTRA への展開
**根拠**: Phase 4-4 後の stats で C5 が新しい最大 legacy share（仮定: ~68K）
**リスク**:
- C5 ブロックサイズ小さい → TLS cache で L1 eviction リスク
- v6 経験: alloc/free 統合型でも -12% だったため、単純な拡張では効果限定か
**提案**:
- C5 ULTRA の TLS capacity を小さく設定（64 blocks vs C6 の 128）
- ENV で opt-in（HAKMEM_TINY_C5_ULTRA_FREE_ENABLED=0）
- Mixed で +2-3% 期待値設定（C6 の +4.9% より低く見積もる）
### 選択肢 2: Tiny Alloc Hotpath 最適化
**根拠**: 残存 legacy (129,623) に C0-C4 が含まれている
**提案**:
- tiny_alloc_gate_fast / malloc_tiny_fast の branch 削減
- header validation パスの最適化
- tiny route classification の ENV overhead 削減
**期待値**: +2-3% （indirect path 最適化のため限定的）
### 次の判断ポイント
1. Stats 実行後に C5 legacy が確定したら → 選択肢 1 or 2 を決定
2. V6 との統合（alloc 連携で v6 も改善する？）の検討
3. Pool v1 の free hotpath 最適化（Phase 4 の「残存」だった pool_v1_fast の高速化）

181
docs/analysis/FREE_LEGACY_PATH_ANALYSIS.md
View File

@ -622,3 +622,184 @@ Throughput = 42.2M ops/s
- C6 ULTRA free+alloc は **本命候補に昇格**（ただし ENV デフォルト OFF は維持） - C6 ULTRA free+alloc は **本命候補に昇格**（ただし ENV デフォルト OFF は維持）
- 他クラス (C5, C4) への展開を検討（per-class TLS freelist） - 他クラス (C5, C4) への展開を検討（per-class TLS freelist）
- Core v6 との比較（v6 は -12% だったが、alloc 連携で改善の可能性） - Core v6 との比較（v6 は -12% だったが、alloc 連携で改善の可能性）
---
## 設計メモ：Free-only vs Free+Alloc 統合
### Free-only TLS キャッシュが失敗する理由
Phase 4-3 実績:
- Fast path ヒット: 128 / 137,319 (0.09%)
- Throughput: baseline 比 0% improvement
**根本原因**:
1. キャッシュが満杯 (128 blocks) になる
2. 以降の free はすべて legacy へ overflow
3. Alloc が TLS を消費しないため、キャッシュは積もる一方
### Free+Alloc 統合で成功する理由
Phase 4-4 実績:
- Fast path ヒット (free): 137,319
- Fast path ヒット (alloc): 137,241
- Legacy by class[6]: 137,319 → **0**
- Throughput: **+4.9%**
**メカニズム**:
```
Iteration N:
free() → TLS push (+1 count)
Iteration N+1:
alloc() → TLS pop (-1 count) ← キャッシュ drain!
Result:
- count は常に [0, CAP) 範囲を保つ
- overflow 発生しない
- Legacy fallback 発生しない
```
### 設計原理
**寄生型 TLS キャッシュ（Parasitic TLS Cache）**:
```
Core v6 (独立型):
├─ 専用 segment 管理
├─ Page 管理
└─ Cold refill/retire
→ オーバーヘッド大（-12% の原因）
C6 ULTRA (寄生型):
├─ 既存 allocator に TLS cache を「寄生」させる
├─ Segment check: free 側のみ（ss_fast_lookup で初回学習）
└─ Alloc 側: TLS pop のみ（15行）
→ Overhead minimal（+4.9% gain）
```
### 一般化可能性
この「寄生型」パターンは C5, C4 にも拡張可能:
```c
// C5 ULTRA TLS （proposed）
typedef struct {
void* freelist[64]; // C5 ブロック用（小ぶり）
uint8_t count;
uintptr_t seg_base/end;
} TinyC5UltraFreeTLS;
// Alloc pop ロジック（C6 と同じ）
if (tiny_class_is_c5(class_idx) && tiny_c5_ultra_free_enabled()) {
TinyC5UltraFreeTLS* ctx = tiny_c5_ultra_free_tls();
if (ctx->count > 0) {
void* base = ctx->freelist[--ctx->count];
return tiny_base_to_user_inline(base);
}
}
```
**注意**: L1 cache 圧迫を避けるため、TLS capacity を class size に応じて調整（C6: 128, C5: 64 など）。
---
## Phase 4-4 後の Free Path Distribution
### C6 ULTRA ON 後の新しい Legacy 分布
**測定条件**: Mixed 16-1024B, 1M iterations, ws=400, HAKMEM_TINY_C6_ULTRA_FREE_ENABLED=1
**実行結果**:
```
[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 c6_ultra_free=137319 c6_ultra_alloc=137241 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=129623
[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c0=0 c1=0 c2=8746 c3=17279 c4=34727 c5=68871 c6=0 c7=0
Throughput = 42266311 ops/s (42.3M ops/s)
```
### 分析結果
**劇的な改善**:
| 項目 | Phase 4-3 (OFF) | Phase 4-4 (ON) | 変化 |
|------|----------------|---------------|------|
| C7 ULTRA fast | 275,089 (50.7%) | 275,089 (50.7%) | 変化なし |
| C6 ULTRA free | 0 (0%) | **137,319 (25.3%)** | **新規追加** |
| C6 ULTRA alloc | 0 (0%) | **137,241 (25.3%)** | **新規追加** |
| Legacy fallback | 266,942 (49.2%) | **129,623 (23.9%)** | **-51.4%** |
| Pool v1 fast | 8,081 (1.5%) | 8,081 (1.5%) | 変化なし |
| Throughput | 40.2M ops/s | **42.3M ops/s** | **+5.2%** |
**Legacy by class の変化**:
| Class | サイズ範囲 | Phase 4-3 (OFF) | Phase 4-4 (ON) | 削減率 |
|-------|-----------|----------------|---------------|--------|
| C0 | 1-16B | 0 | 0 | - |
| C1 | 17-32B | 0 | 0 | - |
| C2 | 33-64B | 8,746 | 8,746 | 0% |
| C3 | 65-128B | 17,279 | 17,279 | 0% |
| C4 | 129-256B | 34,727 | 34,727 | 0% |
| C5 | 257-512B | 68,871 | 68,871 | 0% |
| **C6** | **513-1024B** | **137,319** | **0** | **-100%** |
| C7 | 1025+B | 0 | 0 | - |
| **合計** | - | **266,942** | **129,623** | **-51.4%** |
**キーポイント**:
1. **C6 legacy の完全排除**: 137,319 → 0 (**-100%**)
- すべての C6 free が C6 ULTRA fast path に吸収された
- C6 alloc も同数 (137,241) が TLS pop で直接サーブ
- TLS キャッシュが過充填せず、完璧な alloc/free サイクルを実現
2. **Legacy の半減**: 266,942 → 129,623 (**-51.4%**)
- Legacy が 13.7 万回削減された
- 残存 Legacy は C2-C5 のみ（C0/C1/C6/C7 は 0）
3. **新しい最大ターゲット**: **C5 (68,871)**
- 残存 Legacy の 53.1% を占める
- 次の最適化ターゲットの最有力候補
4. **Throughput 改善**: 40.2M → 42.3M ops/s (**+5.2%**)
- Phase 4-4 の期待値 (+4.9%) を上回る
- C6 処理の完全な高速化が達成された
### 残存 Legacy の内訳（Phase 4-4 後）
| Class | 呼び出し回数 | Legacy 内比率 | 全体比率 | 視覚化 |
|-------|------------|-------------|---------|--------|
| C2 | 8,746 | 6.7% | 1.6% | ███ |
| C3 | 17,279 | 13.3% | 3.2% | ███████ |
| C4 | 34,727 | 26.8% | 6.4% | ██████████████ |
| **C5** | **68,871** | **53.1%** | **12.7%** | ██████████████████████████ |
| **合計** | **129,623** | **100.0%** | **23.9%** | |
### 次フェーズの方針
**優先度 1: C5 ULTRA への展開**
- 残存 Legacy の 53.1% (68,871) を占める
- C6 と同じ寄生型 TLS キャッシュパターンを適用
- TLS capacity を 64 blocks に設定（C6 の 128 より小さく）
- 期待値: Legacy を追加で 50% 削減 (129K → 60-65K)、+2-3% 改善
**優先度 2: C4 ULTRA への展開**
- 残存 Legacy の 26.8% (34,727) を占める
- C5 後の次のターゲット
- 期待値: +1-2% 改善
**優先度 3: Tiny Alloc Hotpath 最適化**
- 残存 Legacy (C2-C5) の間接パス最適化
- branch 削減、ENV overhead 削減
- 期待値: +1-2% 改善
### 技術的結論
**寄生型 TLS キャッシュの成功**:
1. ✅ Free-only は失敗 (0.09% ヒット率)
2. ✅ Free+alloc 統合で成功 (100% ヒット率)
3. ✅ Overhead minimal (+5.2% gain)
4. ✅ C6 legacy を完全排除
**次の展開**:
- C5 → C4 → C3/C2 の順で段階的に展開
- L1 cache 圧迫に注意（TLS capacity 調整）
- 各クラスで A/B テストを実施し、効果を検証