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Add Tiny Free Gatekeeper Box for unified free entry point

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Core Changes:
- New file: core/box/tiny_free_gate_box.h
  * Thin wrapper around hak_tiny_free_fast_v2() with diagnostic hooks
  * TinyFreeGateContext structure for USER→BASE + Bridge + Guard information
  * tiny_free_gate_classify() - Detects header/meta class mismatches
  * tiny_free_gate_try_fast() - Main gatekeeper function
  * Zero performance impact when diagnostics disabled
  * Future-ready for Guard injection

- Modified: core/box/hak_free_api.inc.h
  * Added #include "tiny_free_gate_box.h" (line 12)
  * Integrated gatekeeper into bench fast path (lines 113-120)
  * Integrated gatekeeper into main DOMAIN_TINY path (lines 145-152)
  * Proper #if HAKMEM_TINY_HEADER_CLASSIDX guards maintained

Design Rationale:
- Consolidates free path entry point: USER→BASE conversion and Bridge
  classification happen at a single location
- Allows diagnostic hooks without affecting hot path performance
- Maintains backward compatibility: existing behavior unchanged when
  diagnostics disabled
- Box Theory compliant: Clear separation of concerns, single responsibility

Testing:
- All smoke tests pass (test_simple_alloc, test_malloc_free_loop, test_pool_tls)
- No regressions in existing functionality
- Verified via Task agent (PASS verdict)

🤖 Generated with [Claude Code](https://claude.com/claude-code)

Co-Authored-By: Claude <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
Moe Charm (CI)
2025-12-04 11:58:37 +09:00
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commit de9c512971
2 changed files with 165 additions and 3 deletions
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core/box/hak_free_api.inc.h
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@ -5,11 +5,11 @@
#include <sys/mman.h> // For mincore() in AllocHeader safety check
#include "hakmem_tiny_superslab.h" // For SUPERSLAB_MAGIC, SuperSlab
#include "../tiny_free_fast_v2.inc.h" // Phase 7: Header-based ultra-fast free
#include "../ptr_trace.h" // Debug: pointer trace immediate dump on libc fallback
#include "front_gate_v2.h" // Phase 15: Box FG V2 - 1-byte header classification
#include "external_guard_box.h" // Phase 15: Box ExternalGuard - mincore (ENV controlled)
#include "fg_tiny_gate_box.h" // Tiny gate guard box (Superslab check)
#include "tiny_free_gate_box.h" // Tiny Free Gatekeeper Box (USER→Fast Path 境界)
#ifdef HAKMEM_POOL_TLS_PHASE1
#include "../pool_tls.h"
@ -112,7 +112,7 @@ void hak_free_at(void* ptr, size_t size, hak_callsite_t site) {
}
#if HAKMEM_TINY_HEADER_CLASSIDX
if (__builtin_expect(g_bench_fast_front && ptr != NULL, 0)) {
if (__builtin_expect(hak_tiny_free_fast_v2(ptr), 1)) {
if (__builtin_expect(tiny_free_gate_try_fast(ptr), 1)) {
#if HAKMEM_DEBUG_TIMING
HKM_TIME_END(HKM_CAT_HAK_FREE, t0);
#endif
@ -144,7 +144,7 @@ void hak_free_at(void* ptr, size_t size, hak_callsite_t site) {
case FG_DOMAIN_TINY: {
// Fast path: Tiny (C0-C7) with 1-byte header (0xa0 | class_idx)
#if HAKMEM_TINY_HEADER_CLASSIDX
if (__builtin_expect(hak_tiny_free_fast_v2(ptr), 1)) {
if (__builtin_expect(tiny_free_gate_try_fast(ptr), 1)) {
#if !HAKMEM_BUILD_RELEASE
hak_free_v2_track_fast();
#endif

162
core/box/tiny_free_gate_box.h Normal file
View File

@ -0,0 +1,162 @@
// tiny_free_gate_box.h - Box: Tiny Free Gatekeeper
//
// 役割:
// - free エントリで Tiny 向け USER ポインタを一度だけ受け取り、
// 将来の USER→BASE 変換・Bridge・Guard を集約する「門番」の箱。
// - 現時点では既存の header-based fast free
// hak_tiny_free_fast_v2(ptr)
// への薄いラッパとして実装し、挙動を変えずに Box 境界だけを確立する。
//
// Box 理論:
// - Single Responsibility:
// 「Tiny free の入口で、Tiny Fast Path に渡すかどうかを決める」だけに限定。
// - Clear Boundary:
// hak_free_at() から Tiny Fast Path への入口は tiny_free_gate_try_fast()
// に一本化し、今後 USER→BASE / Bridge / Guard をここに集約できるようにする。
// - Reversible:
// ENV での診断強化や Guard 追加をこの箱の内側に閉じ込め、
// OFF にすれば既存挙動に戻せる構造にする。
#ifndef HAKMEM_TINY_FREE_GATE_BOX_H
#define HAKMEM_TINY_FREE_GATE_BOX_H
#include "../hakmem_build_flags.h"
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "ptr_type_box.h"
#include "ptr_conversion_box.h"
#include "tiny_ptr_bridge_box.h"
#include "../tiny_region_id.h"
// Header-based Tiny Fast Free 実装本体
#include "../tiny_free_fast_v2.inc.h"
// 将来の拡張用コンテキスト:
// - user : 元の USER ポインタ
// - base : USER→BASE 変換後の BASE ポインタ
// - bridge: Superslab / slab / meta / class の Bridge 情報
// - class_idx: meta 由来のクラス (>=0 のとき有効)
typedef struct TinyFreeGateContext {
hak_user_ptr_t user;
hak_base_ptr_t base;
TinyPtrBridgeInfo bridge;
int class_idx;
} TinyFreeGateContext;
// 診断用 Gatekeeper 拡張の ON/OFF（ENV: HAKMEM_TINY_FREE_GATE_DIAG）
static inline int tiny_free_gate_diag_enabled(void)
{
static __thread int s_diag = -1;
if (__builtin_expect(s_diag == -1, 0)) {
#if !HAKMEM_BUILD_RELEASE
// Debug ビルドでは env が立っていれば有効化（デフォルト OFF）
const char* e = getenv("HAKMEM_TINY_FREE_GATE_DIAG");
s_diag = (e && *e && *e != '0') ? 1 : 0;
#else
(void)getenv;
s_diag = 0;
#endif
}
return s_diag;
}
// 診断用: USER ポインタから Bridge + USER→BASE を一箇所で求める。
// 戻り値:
// 1: Tiny Superslab 上の有効なブロックと判定（ctx に情報を格納）
// 0: Tiny 管理外または Bridge 失敗（ctx は部分的/空のまま）
static inline int tiny_free_gate_classify(void* user_ptr, TinyFreeGateContext* ctx)
{
if (!ctx) return 0;
ctx->user = HAK_USER_FROM_RAW(user_ptr);
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;
ctx->class_idx = -1;
if (!user_ptr) {
return 0;
}
uintptr_t addr = (uintptr_t)user_ptr;
if (addr < 4096 || addr > 0x00007fffffffffffULL) {
// 明らかにユーザ空間外とみなして Tiny では扱わない
return 0;
}
TinyPtrBridgeInfo info = tiny_ptr_bridge_classify_raw(user_ptr);
ctx->bridge = info;
if (!info.ss || !info.meta || info.slab_idx < 0) {
return 0;
}
if (info.meta_cls >= TINY_NUM_CLASSES) {
return 0;
}
ctx->class_idx = (int)info.meta_cls;
ctx->base = ptr_user_to_base(ctx->user, ctx->class_idx);
#if !HAKMEM_BUILD_RELEASE
// 任意の追加診断: Header の class と meta class の不一致を検出
int hdr_cls = tiny_region_id_read_header(user_ptr);
if (hdr_cls >= 0 && hdr_cls != ctx->class_idx) {
static _Atomic uint32_t g_gate_hdr_meta_mis = 0;
uint32_t n = atomic_fetch_add_explicit(&g_gate_hdr_meta_mis, 1, memory_order_relaxed);
if (n < 8) {
fprintf(stderr,
"[TINY_FREE_GATE_HDR_META_MISMATCH] hdr_cls=%d meta_cls=%d ptr=%p ss=%p slab=%d\n",
hdr_cls, ctx->class_idx, user_ptr,
(void*)info.ss, info.slab_idx);
fflush(stderr);
}
}
#endif
return 1;
}
// Tiny Free Gatekeeper 本体:
// - free() ラッパから Tiny Fast Path を呼ぶ唯一の入口。
// - 既存の hak_tiny_free_fast_v2(ptr) をそのまま呼び出しつつ、
// 将来の USER→BASE+Bridge+Guard を差し込むためのフックを提供する。
//
// 戻り値:
// 1: Fast Path で処理済み（TLS SLL 等に push 済み）
// 0: Slow Path にフォールバックすべき（hak_tiny_free へ）
static inline int tiny_free_gate_try_fast(void* user_ptr)
{
#if !HAKMEM_TINY_HEADER_CLASSIDX
(void)user_ptr;
// Header 無効構成では Tiny Fast Path 自体を使わない
return 0;
#else
if (__builtin_expect(!user_ptr, 0)) {
return 0;
}
// 将来の拡張ポイント:
// - DIAG ON のときだけ Bridge + Guard を実行し、
// Tiny 管理外と判定された場合は Fast Path をスキップする。
#if !HAKMEM_BUILD_RELEASE
if (__builtin_expect(tiny_free_gate_diag_enabled(), 0)) {
TinyFreeGateContext ctx;
if (!tiny_free_gate_classify(user_ptr, &ctx)) {
// Tiny 管理外 or Bridge 失敗 → Fast Path は使わない
return 0;
}
(void)ctx; // 現時点ではログ専用。将来はここから Guard を挿入。
}
#endif
// 本体は既存の ultra-fast free に丸投げ（挙動を変えない）
return hak_tiny_free_fast_v2(user_ptr);
#endif
}
#endif // HAKMEM_TINY_FREE_GATE_BOX_H