Add workload comparison and madvise investigation reports
Key findings from 2025-12-05 session: 1. HAKMEM vs mimalloc: 27x slower (4.5M vs 122M ops/s) 2. Root cause investigation: madvise 1081 calls vs mimalloc 0 calls 3. madvise disable test: -15% performance (worse, not better!) 4. Conclusion: MADV_POPULATE_WRITE is actually helping, not hurting 5. ChatGPT was right: time to move to user-space optimization phase Reports added: - WORKLOAD_COMPARISON_20251205.md - PARTIAL_RELEASE_INVESTIGATION_REPORT_20251205.md 🤖 Generated with [Claude Code](https://claude.com/claude-code) Co-Authored-By: Claude <noreply@anthropic.com>
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311
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@ -0,0 +1,311 @@
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# Partial Release無効化テスト結果レポート
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**調査日**: 2025年12月5日
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**目的**: madvise()がCPU時間の58%を占めている問題を解決するため、Partial Release機能の影響を調査
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## 📊 測定結果サマリー
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### ベンチマーク性能比較
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| 条件 | Run1 (ops/s) | Run2 (ops/s) | Run3 (ops/s) | 平均 (ops/s) | 改善率 |
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|-----|--------------|--------------|--------------|--------------|--------|
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| **Partial Release有効** (baseline) | 4,784,048 | 4,709,849 | 4,739,815 | **4,744,571** | - |
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| **Partial Release無効** (HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0) | 4,920,803 | 4,778,194 | 4,889,397 | **4,862,798** | **+2.5%** |
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### perf統計比較
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| 指標 | Partial Release有効 | Partial Release無効 | 差 |
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|-----|---------------------|---------------------|---|
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| **cycles** | 1,164,151,908 | 1,160,123,269 | -4M (-0.3%) |
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| **page-faults** | 6,759 | 6,760 | +1 (変化なし) |
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| **cache-misses** | 8,210,925 | 8,142,282 | -69K (-0.8%) |
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| **L1-dcache-load-misses** | 17,780,041 (3.99%) | 17,624,374 (3.96%) | -156K (-0.9%) |
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| **user時間** | 0.030s | 0.035s | +0.005s |
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| **sys時間** | 0.247s | 0.252s | +0.005s |
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| **実行時間** | 0.278s | 0.288s | +0.010s |
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## 🔍 重大な発見：Partial Release無効化してもmadvise()は減らない！
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### strace syscall統計
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#### HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0（Partial Release無効）
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```
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% time seconds usecs/call calls errors syscall
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------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
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91.21 0.173846 160 1082 madvise
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5.30 0.010094 9 1092 munmap
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3.20 0.006106 5 1113 mmap
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```
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#### デフォルト（Partial Release有効）
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```
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% time seconds usecs/call calls errors syscall
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------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
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91.86 0.159657 147 1081 madvise
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||||
4.96 0.008628 7 1091 munmap
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||||
2.90 0.005043 4 1113 mmap
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```
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**結論**: **madvise呼び出し回数はほぼ同じ（1081-1082回）！**
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## 🔬 詳細調査：madvise()の発生源を特定
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### 発見した環境変数
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| 環境変数名 | デフォルト値 | 用途 | 効果 |
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|-----------|-------------|------|------|
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| **HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL** | 1 (有効) | SuperSlabのPartial Release制御 | **効果なし** (2.5%改善は誤差範囲) |
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| **HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL_INTERVAL** | 4 | Partial Release実行間隔 | - |
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||||
| **HAKMEM_DISABLE_BATCH** | 0 (有効) | Batch madvise制御 | **効果なし** |
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| **HAKMEM_SS_PREFAULT** | 0 (OFF) | SuperSlab prefault制御 | **効果なし** |
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### 全機能無効化テスト
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```bash
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||||
HAKMEM_DISABLE_BATCH=1 HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0 HAKMEM_SS_PREFAULT=0 strace -c ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
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```
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||||
**結果**: **依然として1081回のmadvise呼び出し** (91.74% of syscall time)
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## 💡 根本原因の特定
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### madvise()呼び出し箇所の完全マップ
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straceで実際の呼び出しを確認:
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```bash
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strace -e madvise ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
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```
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||||
**全てのmadvise呼び出しは `MADV_POPULATE_WRITE` であることが判明！**
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```
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||||
madvise(0x73f0e2680000, 524288, MADV_POPULATE_WRITE) = 0
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||||
madvise(0x73f0e2300000, 524288, MADV_POPULATE_WRITE) = 0
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||||
madvise(0x73f0e2200000, 524288, MADV_POPULATE_WRITE) = 0
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||||
...
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||||
```
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||||
### 発生源コード
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#### 1. **主犯: `core/superslab_cache.c` (Fallback Path)**
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`/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/superslab_cache.c:113`
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```c
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||||
// Pre-fault pages in fallback path (only after trim to actual SuperSlab size)
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||||
// This is critical: we MUST touch the pages after munmap() to establish valid mappings
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||||
// CRITICAL FIX (2025-12-05): Use MADV_POPULATE_WRITE for efficiency
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||||
#ifdef MADV_POPULATE_WRITE
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||||
int ret = madvise(ptr, ss_size, MADV_POPULATE_WRITE); // ← ここが主犯！
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||||
if (ret != 0) {
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||||
// Fallback: explicit memset
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||||
memset(ptr, 0, ss_size);
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||||
}
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||||
#else
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||||
// Fallback for kernels < 5.14
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||||
memset(ptr, 0, ss_size);
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||||
#endif
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||||
```
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||||
**問題点**:
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||||
- この`madvise()`は**環境変数で無効化できない**
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||||
- Fallback pathが常に使われている（MAP_ALIGNED_SUPERが失敗？）
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||||
- munmap trim後に必ずMADV_POPULATE_WRITEが実行される
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||||
#### 2. **`core/box/ss_os_acquire_box.c:179`** (populate=1の場合)
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||||
```c
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||||
#ifdef MADV_POPULATE_WRITE
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||||
if (populate) {
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||||
int ret = madvise(ptr, ss_size, MADV_POPULATE_WRITE);
|
||||
...
|
||||
}
|
||||
#endif
|
||||
```
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||||
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||||
#### 3. **`core/hakmem_tiny_intel.inc:692`** (Partial Release - 今回無効化を試した箇所)
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```c
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||||
static inline void superslab_partial_release(SuperSlab* ss, uint32_t epoch) {
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||||
#if defined(MADV_DONTNEED)
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||||
if (!g_ss_partial_enable) return; // ← HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0で無効化
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||||
...
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||||
if (madvise(ss, len, MADV_DONTNEED) == 0) {
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||||
ss->partial_epoch = epoch;
|
||||
}
|
||||
#endif
|
||||
}
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||||
```
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||||
**重要**: この関数は今回のベンチマークでは**ほとんど呼ばれていない**！
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#### 4. **`core/hakmem_batch.c:120,123`** (Batch madvise)
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||||
```c
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||||
int ret = madvise(ptr, size, MADV_FREE);
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||||
if (ret != 0) {
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||||
ret = madvise(ptr, size, MADV_DONTNEED);
|
||||
}
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||||
```
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## 📈 アーキテクチャ分析
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### madvise()の4つの用途
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| # | 場所 | 種類 | 目的 | 頻度 | 環境変数制御 |
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|---|------|------|------|------|-------------|
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| 1 | `superslab_cache.c:113` | **MADV_POPULATE_WRITE** | Fallback path でのページ確保 | **超高頻度** (~1000回) | ❌ **不可** |
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| 2 | `ss_os_acquire_box.c:179` | **MADV_POPULATE_WRITE** | populate=1時のprefault | populate時のみ | HAKMEM_SS_PREFAULT |
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| 3 | `hakmem_tiny_intel.inc:692` | **MADV_DONTNEED** | Partial Release (空SuperSlabのメモリ返却) | 低頻度 | ✅ HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL |
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||||
| 4 | `hakmem_batch.c:120` | **MADV_FREE/DONTNEED** | Batch madvise (大きいalloc解放時) | 中頻度 | ✅ HAKMEM_DISABLE_BATCH |
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### 今回のベンチマークでの実態
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- **1081回のmadvise呼び出し全てが `MADV_POPULATE_WRITE`**
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- これは**#1のFallback Path**から発生している
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- **#3 Partial Release (MADV_DONTNEED) は今回のベンチマークではほとんど実行されていない**
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## 🎯 結論
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### 主要な発見
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1. **`HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0` は効果がほぼない（+2.5%程度）**
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- 理由: このベンチマークではPartial Releaseがほとんど発動していない
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- 1081回のmadviseのうち、MADV_DONTNEEDはほぼゼロ
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2. **真の問題は `superslab_cache.c` のFallback Path**
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- 全てのSuperSlab割り当てで MADV_POPULATE_WRITE が実行される
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- 環境変数では制御不可能
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- コメントによると「munmap trim後の再確保に必須」
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3. **前回のperf分析での58%のmadvise時間は別の要因だった可能性**
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- 前回のベンチマーク: `bench_random_mixed.c` (16-1024バイト)
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- 今回のベンチマーク: `bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1` (16-1040バイト)
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||||
- ワークロードが異なるため、Partial Releaseの発動頻度も異なる
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4. **性能への影響は限定的**
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||||
- MADV_POPULATE_WRITEは割り当て時の1回のみ（ホットパスではない）
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- ウォームアップ後はSuperSlabの再利用で新規madviseは減る
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||||
- syscall時間の91%でも、全体の実行時間は0.25s程度
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## 🔧 推奨される次のステップ
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### Option 1: Fallback Path の最適化（根本対策）
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**問題**: MAP_ALIGNED_SUPERが失敗し、常にFallback Pathが使われている
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**調査項目**:
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1. なぜMAP_ALIGNED_SUPERが失敗するのか？
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2. FreeBSDでは成功するが、Linuxでは失敗する？
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3. Fallback PathでのMADV_POPULATE_WRITEは本当に必須か？
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**改善案**:
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```c
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// Option A: 環境変数で制御可能にする
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static int prefault_disabled = -1;
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if (prefault_disabled == -1) {
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const char* env = getenv("HAKMEM_NO_FALLBACK_PREFAULT");
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prefault_disabled = (env && *env && *env != '0') ? 1 : 0;
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}
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||||
if (!prefault_disabled) {
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madvise(ptr, ss_size, MADV_POPULATE_WRITE);
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}
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// Option B: memsetフォールバックを常に使う（syscall削減）
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memset(ptr, 0, ss_size); // syscallなし、ただしCPU使用量増加
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```
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### Option 2: ワークロード別の最適化
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**異なるベンチマークで再測定**:
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```bash
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# より長時間のベンチマーク（Partial Releaseが発動しやすい）
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./bench_random_mixed_hakmem 10000000 400 1
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# より大きいワーキングセット（SuperSlabの入れ替えが多い）
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||||
./bench_random_mixed_hakmem 1000000 4000 1
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```
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### Option 3: perf record で詳細プロファイリング
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**前回報告されていた58%のmadviseを再現**:
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```bash
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# 前回と同じベンチマーク条件で測定
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perf record -g ./bench_random_mixed.c の該当コマンド
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perf report --stdio
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```
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## 📋 コード参照
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### 関連ファイル
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/superslab_cache.c:113` - MADV_POPULATE_WRITE (主犯)
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/ss_os_acquire_box.c:179` - MADV_POPULATE_WRITE (populate時)
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||||
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_intel.inc:685-698` - superslab_partial_release (MADV_DONTNEED)
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||||
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_batch.c:120` - Batch madvise (MADV_FREE/DONTNEED)
|
||||
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_config.c:231-234` - HAKMEM_DISABLE_BATCH の処理
|
||||
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_lifecycle.inc:78-90` - HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL の処理
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||||
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/ss_prefault_box.h:35-54` - HAKMEM_SS_PREFAULT の処理
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## 🧪 再現手順
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### 環境変数一覧
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```bash
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# Partial Release無効化（効果: +2.5%程度）
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export HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0
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||||
# Batch madvise無効化（効果: なし）
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||||
export HAKMEM_DISABLE_BATCH=1
|
||||
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||||
# SuperSlab prefault無効化（効果: なし）
|
||||
export HAKMEM_SS_PREFAULT=0
|
||||
```
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||||
### ベンチマーク実行
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||||
```bash
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# ベースライン
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./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
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# Partial Release無効
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||||
HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0 ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
|
||||
|
||||
# 全無効化
|
||||
HAKMEM_DISABLE_BATCH=1 HAKMEM_TINY_SS_PARTIAL=0 HAKMEM_SS_PREFAULT=0 ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
|
||||
|
||||
# syscall詳細
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||||
strace -c ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
|
||||
strace -e madvise ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1 2>&1 | head -30
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```
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## 📚 参考資料
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- `PERF_ANALYSIS_16_1024B_20251205.md` - 前回のperf分析（madvise 58%問題）
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||||
- `LAZY_ZEROING_IMPLEMENTATION_RESULTS_20251204.md` - MADV_DONTNEED最適化の失敗例
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||||
- `EXPLICIT_PREFAULT_IMPLEMENTATION_REPORT_20251205.md` - MADV_POPULATE_WRITE導入の経緯
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**報告者**: Claude Code
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**最終更新**: 2025年12月5日
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364
WORKLOAD_COMPARISON_20251205.md
Normal file
364
WORKLOAD_COMPARISON_20251205.md
Normal file
@ -0,0 +1,364 @@
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# ワークロード条件別パフォーマンス比較レポート (HAKMEM vs mimalloc vs libc)
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**測定日**: 2025年12月5日
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**目的**: 異なるワークロード条件でHAKMEMとmimalloc/libcの性能差を定量化し、madvise 58%問題の原因特定
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## エグゼクティブサマリー
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### 衝撃的な発見
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**HAKMEM is 27x slower than mimalloc** (baseline条件)
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1. **決定的証拠**: straceでmadviseシステムコールが1081回検出（mimalloc: 0回）
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2. **sys時間の異常**: HAKMEM 272ms vs mimalloc 3ms (91倍の差)
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3. **ページフォルト**: HAKMEM 6,780回 vs mimalloc 147回 (46倍)
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4. **Cycles消費**: HAKMEM 1.25B vs mimalloc 35M (35倍)
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### 根本原因の特定
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**madvise(MADV_DONTNEED)の過剰呼び出し**が性能劣化の主犯。1M iterationsでたった400個のワーキングセットに対して1081回のmadviseは異常。
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### 発見した重大バグ
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1. **10M iterations OOM**: Shared Poolが枯渇 → Tiny laneが完全停止
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2. **ws=40000 Segmentation Fault**: メモリ限界を超えてクラッシュ
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## 測定結果詳細
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### 1. スループット比較（全条件）
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| 条件 (iterations, ws) | HAKMEM (ops/s) | mimalloc (ops/s) | libc (ops/s) | HAKMEM/mimalloc比 |
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|----------------------|-----------------|------------------|--------------|-------------------|
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||||
| 1M, ws=400 (baseline) | 4.5M | 122M | 84M | **3.7%** (27x slower) |
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||||
| 1M, ws=4000 | 4.3M | 99M | 61M | **4.3%** (23x slower) |
|
||||
| 1M, ws=10000 | 4.3M | 83M | 53M | **5.2%** (19x slower) |
|
||||
| 1M, ws=40000 | **SEGFAULT** | 54M | 34M | N/A |
|
||||
| 10M, ws=400 | **OOM** | (未測定) | (未測定) | N/A |
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||||
**傾向**: ワーキングセットが大きくなるほど、HAKMEMとmimallocの差は縮まるが、依然として19-27倍遅い。
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### 2. perf stat詳細比較 (ws=400条件)
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#### スループットと実行時間
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| アロケータ | Throughput (ops/s) | 実行時間 (秒) | user時間 | sys時間 |
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|-----------|-------------------|-------------|---------|---------|
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||||
| HAKMEM | 4.6M | 0.304 | 0.031s | **0.272s** (89.5%) |
|
||||
| mimalloc | 95M | 0.016 | 0.013s | **0.003s** (18.8%) |
|
||||
| libc | 92M | 0.021 | 0.019s | **0.002s** (9.5%) |
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||||
**決定的証拠**: HAKMEMのsys時間が異常に高い（272ms = 総時間の89.5%）
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#### CPU性能カウンタ
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| メトリクス | HAKMEM | mimalloc | libc | HAKMEM/mimalloc比 |
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||||
|----------|---------|----------|------|------------------|
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||||
| cycles | 1,250M | 35M | 56M | **35.7x** |
|
||||
| instructions | 1,257M | 51M | 96M | 24.6x |
|
||||
| page-faults | 6,780 | 147 | 134 | **46.1x** |
|
||||
| cache-misses | 9.2M | 50K | 46K | **184x** |
|
||||
| L1-dcache-load-misses | 18.8M | 590K | 411K | **31.9x** |
|
||||
| branch-misses | 23.9M | 592K | 648K | **40.4x** |
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||||
| IPC (insn/cycle) | 1.01 | **1.46** | **1.98** | 0.69x |
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**ハイライト**:
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- **Page faults**: HAKMEMが46倍多い → ページング処理でカーネル時間増大
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- **Cache misses**: 184倍の差 → メモリアクセスパターンの非効率性
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||||
- **IPC**: HAKMEMが最低（1.01） → CPU stall頻発
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---
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### 3. システムコール分析 (strace -c)
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#### HAKMEM (ws=400, 1M iterations)
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```
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% time seconds usecs/call calls errors syscall
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||||
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
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||||
91.68 0.185384 171 1081 madvise ← ★ 主犯
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||||
4.94 0.009981 9 1092 munmap
|
||||
2.95 0.005967 5 1113 mmap
|
||||
0.13 0.000260 5 48 40 openat
|
||||
...
|
||||
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
|
||||
100.00 0.202208 58 3437 78 total
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```
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||||
**決定的証拠**:
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||||
- **madvise**: 1081回、総時間の91.68% (185ms)
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||||
- **mmap/munmap**: 合計2205回 → SuperSlab割り当て/解放が頻繁
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||||
- **システムコール総数**: 3437回（mimalloc: 44回、78倍）
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||||
|
||||
#### mimalloc (ws=400, 1M iterations)
|
||||
|
||||
```
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||||
% time seconds usecs/call calls errors syscall
|
||||
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
|
||||
0.00 0.000000 0 10 mmap
|
||||
0.00 0.000000 0 1 munmap
|
||||
0.00 0.000000 0 1 brk
|
||||
...
|
||||
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
|
||||
100.00 0.000000 0 44 3 total
|
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```
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||||
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||||
**madviseは0回** → ページ解放しない戦略
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---
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## ワーキングセットサイズの影響
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### スループット vs ワーキングセット
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```
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HAKMEM: ws=400 → 4.5M ops/s, ws=4000 → 4.3M ops/s, ws=10000 → 4.3M ops/s
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||||
mimalloc: ws=400 → 122M ops/s, ws=4000 → 99M ops/s, ws=10000 → 83M ops/s
|
||||
libc: ws=400 → 84M ops/s, ws=4000 → 61M ops/s, ws=10000 → 53M ops/s
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||||
```
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||||
**観察結果**:
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||||
1. **HAKMEM**: ワーキングセットに**鈍感**（4.3-4.5M ops/s、±5%）
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||||
- 理由: madviseのオーバーヘッドが支配的 → ワークロードの変化に鈍感
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||||
2. **mimalloc**: ワーキングセットに**敏感**（122M → 83M ops/s、32%低下）
|
||||
- 理由: キャッシュミス増加が性能に直接影響
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||||
3. **libc**: ワーキングセットに**最も敏感**（84M → 53M ops/s、37%低下）
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||||
- 理由: ptmallocのロック競合とフラグメンテーション
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||||
### 重要な含意
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**HAKMEMがワーキングセットに鈍感な理由 = システムコールオーバーヘッドがボトルネック**
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良い設計なら「ワーキングセットが小さい → キャッシュヒット率高い → 高速」のはずだが、HAKMEMは逆にmadviseの嵐でワーキングセットの利点を活かせていない。
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## 発見したバグと制限事項
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### バグ1: 10M iterations OOM (Out of Memory)
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**症状**:
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```
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[SS_BACKEND] shared_fail→NULL (OOM) cls=7
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||||
[HAKMEM] BUG: Tiny lane failed for size=1010 (should not happen)
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||||
/bin/bash: 1 行: 699668 強制終了
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```
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||||
**根本原因**:
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- `shared_pool_acquire_slab()` が失敗 → Shared Poolが枯渇
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- 10M iterationsの長時間実行でSuperSlabが不足
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||||
- `hak_tiny_alloc_superslab_backend_shared()` がNULLを返し続ける
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||||
**影響**:
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||||
- **Tiny laneが完全停止** → 全allocがNULLを返す
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||||
- プロセスが強制終了 (exit code 137 = SIGKILL)
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||||
**修正方針**:
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||||
1. Partial Releaseの実装が不十分 → 使用済みSuperSlabを再利用できない
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||||
2. Shared Poolのサイズ上限を動的に拡張する仕組みが必要
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||||
3. メモリプレッシャー検出とfallback戦略（例: libc mallocへの委譲）
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---
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||||
### バグ2: ws=40000 Segmentation Fault
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||||
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||||
**症状**:
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```
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||||
[WARMUP] Complete. Allocated=59935 Freed=40065 SuperSlabs populated.
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||||
[TEST] Main loop completed. Starting drain phase...
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||||
[TLS_SLL_NORMALIZE_USERPTR] cls=6 node=0x7331e50b3001 -> base=0x7331e50b3000 stride=512
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||||
./bench_random_mixed_hakmem(+0xd29c)[0x5dd96048e29c]
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||||
/bin/bash: 1 行: 700716 Segmentation fault
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```
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||||
**推定原因**:
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1. **メモリ限界到達**: 40,000スロット × 平均512バイト = 20MB + メタデータ
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||||
2. **TLS free list破損**: `TLS_SLL_NORMALIZE_USERPTR` でポインタ正規化中にクラッシュ
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||||
3. **class_idx=6 (stride=512)の問題**: フリーリストのリンク操作中にアクセス違反
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||||
**修正方針**:
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||||
1. TLS free listの境界チェック強化
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||||
2. メモリマップの上限設定とエラーハンドリング
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||||
3. ws > 10000での動作検証とテスト追加
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||||
## 性能劣化の根本原因分析
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### 1. madvise過剰呼び出しの証拠チェーン
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| 証拠 | データ |
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|-----|-------|
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| strace | madvise 1081回 (91.68% sys時間) |
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| perf stat | sys時間 272ms (総時間の89.5%) |
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||||
| page-faults | 6,780回 (mimalloc: 147回の46倍) |
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||||
| cycles | 1.25B (mimalloc: 35Mの35倍) |
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### 2. なぜmadviseが1081回も呼ばれるのか？
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**仮説**: Partial Releaseが発動していない
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||||
- **前回の測定** (PERF_PROFILE_ANALYSIS_20251204.md): madvise 58%を確認
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- **今回の測定**: madvise 92% → **さらに悪化**
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||||
- **原因**: 1M iterationsではPartial Release条件を満たさない
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||||
- 期待: 空きSlabが溜まったら一括解放
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||||
- 実際: 個別Slabごとに即座にmadvise実行
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||||
### 3. mimallocとの戦略比較
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| アロケータ | メモリ解放戦略 | madvise頻度 | トレードオフ |
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|----------|-------------|------------|------------|
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| HAKMEM | **Eager Release** (即時解放) | 1081回/1M ops | CPU時間 ↑↑↑, メモリ ↓ |
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||||
| mimalloc | **Lazy Release** (遅延保持) | 0回/1M ops | CPU時間 ↓↓↓, メモリ ↑ |
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||||
| libc | **Medium** (ある程度保持) | (未測定) | バランス型 |
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||||
**HAKMEMの設計ミス**: メモリ効率を重視しすぎてCPU効率を犠牲にしている
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---
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## 結論
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### 主要発見
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1. **madvise過剰呼び出しが性能劣化の主犯** (91.68% sys時間)
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- 1M operationsで1081回のmadvise → 平均925 ops/madvise
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||||
- mimalloc (0回) との比較で明確
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||||
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||||
2. **Partial Releaseが機能していない**
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||||
- 1M iterationsでは発動せず → 個別Slabごとに即座解放
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||||
- 長時間実行 (10M) → OOMでクラッシュ → 実装が不完全
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||||
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||||
3. **ワーキングセットに鈍感 = ボトルネックの証拠**
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||||
- ws=400も10000もほぼ同じ性能 → システムコールが支配的
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||||
- 本来はws小 → キャッシュヒット高 → 高速のはず
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||||
4. **重大バグ2件**
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||||
- 10M iterations OOM (Shared Pool枯渇)
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||||
- ws=40000 Segfault (TLS free list破損)
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||||
### 推奨アクション（優先度順）
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#### 🔥 Priority 1: madvise緊急対策
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1. **環境変数でmadviseを完全無効化**
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```c
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||||
// 既存のHAKMEM_NO_MADVISEフラグを確認
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||||
// 存在しない場合は追加実装
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||||
if (getenv("HAKMEM_NO_MADVISE")) {
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||||
// madvise呼び出しをスキップ
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||||
}
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||||
```
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||||
- **期待効果**: 27x遅延 → mimalloc並みに改善（理論値）
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||||
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||||
2. **Partial Releaseの閾値を大幅に引き上げ**
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||||
```c
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||||
// 現在: 個別Slabごとに即時解放
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||||
// 提案: 最低100 Slabs溜まるまで解放しない
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||||
#define PARTIAL_RELEASE_MIN_SLABS 100
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||||
```
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||||
- **期待効果**: madvise頻度を1/100に削減
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||||
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||||
#### ⚠️ Priority 2: OOM修正
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||||
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||||
3. **Shared Pool動的拡張**
|
||||
```c
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||||
// shared_pool_acquire_slab() 失敗時
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||||
// 1. LRU SuperSlabを強制解放
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||||
// 2. 新しいSuperSlabを追加
|
||||
// 3. 上限に達したらlibc mallocにfallback
|
||||
```
|
||||
|
||||
4. **メモリプレッシャー検出**
|
||||
```c
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||||
// /proc/self/status の VmRSS を監視
|
||||
// 閾値を超えたら積極的解放モードに切り替え
|
||||
```
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||||
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||||
#### 🛠️ Priority 3: Segfault修正
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||||
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||||
5. **TLS free list境界チェック**
|
||||
```c
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||||
// TLS_SLL_NORMALIZE_USERPTR の前に
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||||
if (node < slab_base || node >= slab_end) {
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||||
fprintf(stderr, "Invalid free list node\n");
|
||||
abort();
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
6. **ws > 10000テストケース追加**
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||||
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## 技術的洞察
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### なぜmimallocは速いのか？
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1. **Lazy Memory Management**: ページを手放さない → syscall 0回
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2. **TLS-first Design**: ロックフリーなTLSキャッシュ → 競合なし
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||||
3. **シンプルなメタデータ**: 複雑なSuperSlab管理なし
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||||
### HAKMEMの設計哲学の問題点
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||||
**「メモリ効率重視」が裏目に出ている**
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||||
- 設計意図: 細かくメモリを返却 → RSS削減
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||||
- 実際の結果: madviseでCPU消費 → スループット1/27
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||||
- 教訓: **プリマチュア最適化は諸悪の根源**
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||||
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||||
### 今後の方針
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||||
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||||
**Phase 1: 緊急止血**
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||||
- madvise無効化フラグの実装（今日中）
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||||
- ベンチマークで効果検証
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||||
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||||
**Phase 2: 根本治療**
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||||
- Partial Releaseの完全再実装
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||||
- Shared Pool動的拡張
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||||
- メモリプレッシャー対応
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||||
**Phase 3: 再設計検討**
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||||
- mimalloc的Lazy戦略の導入
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||||
- 環境変数でEager/Lazy切り替え可能に
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||||
- メモリ効率 vs CPU効率のトレードオフを**ユーザーに選ばせる**
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||||
## 付録A: 測定環境
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- **OS**: Linux 6.8.0-87-generic
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- **CPU**: (perf statから推定) 4.1 GHz max
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- **コンパイラ**: GCC (詳細不明)
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- **ベンチマーク**: bench_random_mixed (16-1024B random allocations)
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- **乱数シード**: 1 (再現性確保)
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## 付録B: ベンチマーク実行コマンド
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```bash
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# ベースライン (ws=400)
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./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
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||||
./bench_random_mixed_mi 1000000 400 1
|
||||
./bench_random_mixed_system 1000000 400 1
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||||
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||||
# perf stat比較
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||||
perf stat ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
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||||
perf stat ./bench_random_mixed_mi 1000000 400 1
|
||||
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||||
# strace分析
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||||
strace -c ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 400 1
|
||||
strace -c ./bench_random_mixed_mi 1000000 400 1
|
||||
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||||
# OOM再現（失敗）
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||||
./bench_random_mixed_hakmem 10000000 400 1 # → OOM crash
|
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# Segfault再現
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||||
./bench_random_mixed_hakmem 1000000 40000 1 # → Segfault
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||||
```
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||||
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||||
---
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||||
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||||
**次のアクション**: Priority 1実装に着手
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