Phase v5-0: SmallObject v5 の設計・型/IF/ENV スケルトン追加

設計ドキュメント:
- docs/analysis/SMALLOBJECT_V5_DESIGN.md: v5 アーキテクチャ全体設計

新規ファイル (v5 スケルトン):
- core/box/smallobject_hotbox_v5_box.h: HotBox v5 型定義
- core/box/smallsegment_v5_box.h: Segment v5 型定義
- core/box/smallobject_cold_iface_v5.h: ColdIface v5 IF宣言
- core/box/smallobject_v5_env_box.h: ENV ゲート
- core/smallobject_hotbox_v5.c: 実装 stub (完全 fallback)

特徴:
✅ 型とインターフェースのみ定義（v5-0 は機能なし）
✅ ENV デフォルト OFF（HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_ENABLED=0）
✅ 挙動完全不変（Mixed/C6 benchmark 確認済み）
✅ v4 との区別を明確化 (*_v5 suffix)
✅ v5-1 (stub) → v5-2 (本実装) → v5-3 (Mixed) への段階実装準備完了

フェーズ:
- v5-0: 型定義のみ（現在）
- v5-1: C6-only stub route 追加
- v5-2: Segment/HotBox 本実装 (C6-only bench A/B)
- v5-3: Mixed での段階昇格 (C6 → C5 → ...)

目標性能: Mixed 16–1024B で 50–60M ops/s (mimalloc の 5割)

🤖 Generated with Claude Code

Co-Authored-By: Claude Haiku 4.5 <noreply@anthropic.com>

docs/analysis/SMALLOBJECT_V5_DESIGN.md

@@ -0,0 +1,129 @@
+# SmallObject HotBox v5 設計ドキュメント
+
+## 目的
+
+16〜2KiB 帯の small-object/mid を **SmallObjectHotBox_v5** に集約し、Mixed 16–1024B を **mimalloc の 5割（50〜60M ops/s）** クラスに寄せる。
+
+v4 は「TinyHeap 依存 + 重い page 管理」の反省対象として archive。C5/C6 は v4 ではなく **v5 に乗せる**。
+
+---
+
+## 箱構造
+
+### Hot Path: SmallObjectHotBox_v5
+- **型**: `SmallHeapCtxV5` (per-thread)
+- **状態**: `SmallClassHeapV5 cls[NUM_SMALL_CLASSES_V5]` (current/partial/full リスト)
+- **特徴**: ptr→page→class を O(1) で判定、mid_desc_lookup / hak_super_lookup / classify_ptr を呼ばない
+
+### Cold Path: SmallColdIface_v5
+- `small_cold_v5_refill_page()`: ページ割当
+- `small_cold_v5_retire_page()`: ページ返却
+- `small_cold_v5_remote_push()`: リモート free
+- `small_cold_v5_remote_drain()`: バッチ回収
+
+### Segment: SmallSegmentBox_v5
+- **構成**: 2MiB Segment / 64KiB Page
+- **ページメタ**: `SmallPageMetaV5 page_meta[]` (class_idx/used/capacity/freelist を直接保持)
+- **O(1) lookup**: Segment mask + page_idx で `page_meta` に直接アクセス
+- **API**:
+  - `small_segment_v5_acquire()`: セグメント確保
+  - `small_segment_v5_page_meta_of()`: ptr → page_meta
+
+### Policy/Learning: SmallPolicySnapshot_v5
+- `route_kind` (TINY, SMALL_HEAP_V5, POOL_V1 など)
+- `block_size` (各サイズクラスの実サイズ)
+- `max_partial_pages` (partial リスト上限)
+- Route/Policy 変更時に snapshot を再計算（lazy initialization）
+
+---
+
+## 設計の芯
+
+### 1. ptr→page→class の O(1) 判定
+```c
+// SmallSegment mask計算
+SmallPageMetaV5* meta = small_segment_v5_page_meta_of(ptr);
+// ↓ Segment base + (ptr - base) / PAGE_SIZE で直接インデックス計算
+```
+- TinyHeap lookup を呼ばない
+- mid_desc_lookup / hak_super_lookup を呼ばない
+- SmallSegment が所有するページなら即座に class_idx 取得可能
+
+### 2. Hot/Cold の分離
+- **Hot**: current/partial リスト + TLS freelist (将来)
+- **Cold**: SmallSegment ページプール + remote push/drain
+- C7 ULTRA は L0 lane として維持、v5 は影響されず動く
+
+### 3. C7 ULTRA との共存
+- C7 ULTRA は「超ホットクラス専用 lane」として後段フェーズで検討
+- v5 は C7 ULTRA に依存しない（ULTRA が OFF でも v5 は動く）
+- Segment/Policy は共有可能（内部実装は後で詰める）
+
+### 4. クラス対象
+- **初期**: C6（257–768B）→ C5（129–256B）
+- **将来**: C4（65–128B）以下
+- C7（1024B）は ULTRA lane で十分だが、必要に応じて v5 也の optimize lane も検討
+
+---
+
+## フェーズ案
+
+### Phase v5-0: 型・IF・ENV のみ（完全 OFF）
+- `SmallObjectHotBox_v5_box.h`: 型定義
+- `SmallSegmentBox_v5.h`: Segment 構造定義
+- `SmallColdIface_v5.h`: Cold function 宣言（stub）
+- `SmallObjectV5_env_box.h`: ENV ゲート（HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_ENABLED=0 デフォルト）
+- `smallobject_hotbox_v5.c`: HotBox 実装 stub（fallback）
+- **挙動**: 完全不変、v5 route は呼ばれない
+
+### Phase v5-1: C6-only v5 route stub（front 経路だけ通す）
+- tiny_route に `TINY_ROUTE_SMALL_HEAP_V5` 追加
+- ENV で `HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_ENABLED=1 HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_CLASSES=0x40` で C6 を v5 route に
+- 中身は v1/pool fallback → v5-0 段階での A/B（route 経由は OK か確認）
+
+### Phase v5-2: C6-only v5 本実装（Segment + Page + TLS freelist）
+- SmallSegment v5 の割当・ページ carve 実装
+- SmallHeapCtx v5 の alloc/free 実装
+- C6-heavy ベンチで v1 と A/B
+- 目標: -10% 以下の回帰で安定
+
+### Phase v5-3: Mixed での段階的 v5 昇格
+- hot class（C6 → C5 → C4）から順次 v5 に載せる
+- Mixed 16–1024B で 50–60M ops/s を目指す
+- C7 ULTRA と v5 の共存 tuning
+
+---
+
+## 実装上の注意
+
+1. **v4 との区別**: すべてのシンボルに `*_v5` suffix をつける → binary に両方いても競合しない
+2. **fallback**: v5 enabled だが route に乗らない class は既存 v1/pool に自動 fallback
+3. **route snapshot**: tiny_route_snapshot_init() で policy を計算 (per-thread, lazy)
+4. **segment pool**: SmallSegment v5 は thread-local or global pool から取得（詳細は v5-2 で）
+
+---
+
+## ターゲット性能
+
+| Workload | v4/v3 | v5 目標 | vs mimalloc |
+|----------|-------|--------|------------|
+| C6-only (257–768B) | ~43M (v4) / ~47M (v1) | ~45–48M | − |
+| C5-heavy (129–256B) | ~49M (v1) | ~48–50M | − |
+| Mixed 16–1024B | ~44–45M | ~50–60M | ~50% |
+
+---
+
+## 依存関係
+
+- `SmallSegmentBox_v5`: SmallPageMetaV5 を直接管理
+- `SmallColdIface_v5`: SmallSegmentBox_v5 に refill/retire 依頼
+- `SmallObjectHotBox_v5`: SmallColdIface_v5 を呼ぶ
+- tiny_route: SmallObjectHotBox_v5 へ C6/C5/... route
+- policy/env: SmallObjectV5_env_box で class mask 管理
+
+---
+
+## アーカイブ参照
+
+- `SmallObjectHotBox_v4`: TinyHeap 依存がある、page 管理が重い → v5 の反省対象
+- `Phase v4-mid-SEGV`: C6 v4 の SEGV 修正で SmallSegment 独立化済み → v5 で応用