Phase 4 E1: env snapshot consolidation docs

docs/analysis/PHASE4_E1_ENV_SNAPSHOT_CONSOLIDATION_1_DESIGN.md

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+# Phase 4 E1: ENV Snapshot Consolidation（設計メモ）
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+## 目的
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+ホットパスで毎回呼ばれている ENV gate（小さな関数）の呼び出し／分岐／TLS参照を **1 回の “snapshot load” に集約**し、
+MIXED の「shape 最適化の頭打ち」を越える。
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+ターゲット（直近 perf self%）:
+- `tiny_c7_ultra_enabled_env()`    ≈ 1.28%
+- `tiny_front_v3_enabled()`        ≈ 1.01%
+- `tiny_metadata_cache_enabled()`  ≈ 0.97%
+- 合計 ≈ **3.26%**
+
+※ self% はそのまま speedup にはならないが、Hot loop で “毎回” 評価される小関数群が占める割合として無視できない。
+
+## 背景（何が起きているか）
+
+- Phase 2–3 の “分岐形（shape）” 最適化は一定効いたが、D3 が NEUTRAL になり **形だけでは頭打ち**。
+- 現状は「ENV gate を 3 回別々に呼ぶ」ため、
+  - 小関数 call（inlining されないケース）
+  - lazy init の分岐（TU-local static / probe window）
+  - TLS 参照（policy hot TLS 等）
+  が積み上がる。
+- さらに `__builtin_expect(..., 0)` が **実態（default ON）と逆**の場所があり、分岐予測を損ねている可能性が高い。
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+## 非目標
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+- ルーティングやアルゴリズムの変更（意味を変えない）
+- Learner の挙動変更（interlock を壊さない）
+- 常時ログ増加（ワンショット/統計のみ）
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+## 箱割り（Box Theory）
+
+### L0: EnvSnapshotBox（設定を 1 箱に集約）
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+新規 Box:
+- `core/box/hakmem_env_snapshot_box.h`
+- `core/box/hakmem_env_snapshot_box.c`
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+責務:
+- ENV を 1 回だけ読んで “Hot に必要な bool 値” を構造体に凍結する
+- bench_profile の `putenv()` 後に refresh できる（戻せる）
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+### L1: Call-site Migration（境界 1 箇所ずつ置換）
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+既存の ENV gate を “呼ばない” 方向で、以下の call-site を段階的に置換する。
+（既存 gate 関数は残し、E1 を OFF に戻せる）
+
+対象（最小セット）:
+- `tiny_c7_ultra_enabled_env()` → snapshot フィールド参照
+- `tiny_front_v3_enabled()` → snapshot フィールド参照（or snapshot から front_snap を得る）
+- `tiny_metadata_cache_enabled()` → snapshot フィールド参照（learner interlock を含んだ “effective” 値）
+
+## API（案）
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+```c
+typedef struct HakmemEnvSnapshot {
+    int inited;
+    int enabled;  // ENV: HAKMEM_ENV_SNAPSHOT=0/1（default 0）
+
+    // Hot toggles (effective values)
+    int tiny_front_v3_enabled;     // default 1
+    int tiny_c7_ultra_enabled;     // default 1
+    int tiny_metadata_cache;       // default 0
+    int tiny_metadata_cache_eff;   // tiny_metadata_cache && !learner
+} HakmemEnvSnapshot;
+
+const HakmemEnvSnapshot* hakmem_env_snapshot_get_fast(void);
+void hakmem_env_snapshot_refresh_from_env(void);
+```
+
+設計ノート:
+- `*_eff` を持たせ、call-site から `small_learner_v2_enabled()` の呼び出しを除去する
+- `enabled` は refresh 時に 1 回だけ決め、Hot では分岐を増やさない（できれば compile-out）
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+## 初期化と bench_profile（putenv 問題）
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+bench では `bench_setenv_default()` が `putenv()` を使うため、lazy init が先に走ると “誤った 0” を掴む。
+対策は既存方針に合わせる:
+- `core/bench_profile.h` の最後で `hakmem_env_snapshot_refresh_from_env()` を必ず呼ぶ
+- `wrapper_env_refresh_from_env()` / `tiny_static_route_refresh_from_env()` と同じ “ENV 同期箱” 扱い
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+## 移行対象（最小）
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+まずは “毎回評価される” ところを最小パッチで狙う:
+- `core/front/malloc_tiny_fast.h`（alloc/free の hot path）
+- `core/box/tiny_legacy_fallback_box.h`（free の第2ホット）
+- `core/box/tiny_metadata_cache_hot_box.h`（policy hot 入口）
+- `core/box/free_policy_fast_v2_box.h`（研究箱だが整合）
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+## A/B（GO/NO-GO）
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+### ベンチ
+- Mixed（10-run, iter=20M, ws=400, 1T）
+  - Baseline: `HAKMEM_ENV_SNAPSHOT=0`
+  - Opt:      `HAKMEM_ENV_SNAPSHOT=1`
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+### 判定
+- GO: **mean +2.5% 以上**（目標） かつ crash/assert なし
+- NEUTRAL: ±1% 以内 → research box 維持（default OFF）
+- NO-GO: -1% 以下 → freeze
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+### 検証（必須）
+- perf で `tiny_c7_ultra_enabled_env/tiny_front_v3_enabled/tiny_metadata_cache_enabled` の self% が **明確に減る**こと
+- 本線プロファイル（MIXED_TINYV3_C7_SAFE）で regression がないこと
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+## リスクと回避
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+- **MEDIUM（refactor/置換）**:
+  - 置換は “最小 3 gate” から始め、段階的に広げる
+  - 失敗したら `HAKMEM_ENV_SNAPSHOT=0` で即戻す
+- **初期化順序**:
+  - bench_profile に refresh を追加して putenv 後の SSOT を保証
+- **Learner interlock**:
+  - `tiny_metadata_cache_eff` の計算で learner を必ず抑制
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