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Phase v5-0 refactor: ENV統一・マクロ化・構造体最適化

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- ENV initialization を sentinel パターンで統一
  - ENV_UNINIT/ENABLED/DISABLED 定数追加
  - __builtin_expect で初期化チェックを最適化
  - small_heap_v5_enabled/class_mask を統一パターンに変更

- ポインタマクロ化（O(1) segment/page 計算）
  - SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR: ptr から segment base を mask で計算
  - SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX: segment 内の page_idx を shift で計算
  - SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_META: page_meta への O(1) access（bounds check付き）
  - SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC: magic 検証
  - SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_PTR: Fail-Fast validation pipeline

- SmallClassHeapV5 に partial_count 追加
  - partial ページリストのカウンタを追加（refill/retire 最適化用）

- SmallPageMetaV5 の field 再配置（L1 cache 最適化）
  - hot fields (free_list, used, capacity) を先頭に集約
  - metadata (class_idx, flags, page_idx, segment) を後方配置
  - total 24B、offset コメント追加

- route priority ENV 追加
  - HAKMEM_ROUTE_PRIORITY={v4|v5|auto}（default: v4）
  - enum small_route_priority 定義
  - small_route_priority() 関数追加

- segment_size override ENV 追加
  - HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE（default: 2MiB）
  - power of 2 & >= 64KiB validation

挙動: 完全不変（v5 route は呼ばれない、ENV default OFF）
テスト: Mixed 16–1024B で 43.0–43.8M ops/s（変化なし）、SEGV/assert なし

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

Co-Authored-By: Claude Haiku 4.5 <noreply@anthropic.com>
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2025-12-11 03:19:18 +09:00
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19
CURRENT_TASK.md
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@ -114,16 +114,17 @@
- Mixed 16–1024B: v4 ON で SEGV なし（小幅回帰許容）
- **方針**: C6 v4 は研究箱として**安定化完了**。本線には載せない（既存 mid/pool v1 を使用）。
4. **Phase v5-0（SmallObject v5 設計・型/IF スケルトン）** ✅ 完了
- **内容**: v5 の型定義・インターフェース・ENV ゲートのみ追加（機能は完全 OFF）
- **ファイル**:
- `docs/analysis/SMALLOBJECT_V5_DESIGN.md` - v5 設計ドキュメント
- `core/box/smallobject_hotbox_v5_box.h` - HotBox v5 型
- `core/box/smallsegment_v5_box.h` - Segment v5 型
- `core/box/smallobject_cold_iface_v5.h` - ColdIface v5 IF
- `core/box/smallobject_v5_env_box.h` - ENV ゲート
- `core/smallobject_hotbox_v5.c` - 実装 stub（fallback）
4. **Phase v5-0（SmallObject v5 refactor: ENV統一・マクロ化・構造体最適化）** ✅ 完了
- **内容**: v5 基盤の改善・最適化（挙動は完全不変）
- **改善項目**:
- ENV initialization を sentinel パターンで統一（ENV_UNINIT/ENABLED/DISABLED + `__builtin_expect`）
- ポインタマクロ化: `BASE_FROM_PTR`, `PAGE_IDX`, `PAGE_META`, `VALIDATE_MAGIC`, `VALIDATE_PTR`
- SmallClassHeapV5 に `partial_count` 追加
- SmallPageMetaV5 の field 再配置（hot fields 先頭集約 → L1 cache 最適化, 24B）
- route priority ENV 追加: `HAKMEM_ROUTE_PRIORITY={v4|v5|auto}`
- segment_size override ENV 追加: `HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE`
- **挙動**: 完全不変（v5 route は呼ばれない、ENV デフォルト OFF）
- **テスト**: Mixed 16–1024B で 43.0–43.8M ops/s（変化なし）、SEGV/assert なし
- **目標**: v5-1 で C6-only stub → v5-2 で本実装 → v5-3 で Mixed に段階昇格
---

21
core/box/smallobject_hotbox_v5_box.h
View File

@ -10,21 +10,26 @@
#define NUM_SMALL_CLASSES_V5 8 // C0–C7
// SmallPageMetaV5: v5 ページメタデータ
// Hot fields (alloc/free 頻繁アクセス) を先頭に集約（L1 cache 最適化）
typedef struct SmallPageMetaV5 {
void* free_list; // フリーリスト先頭
uint16_t used; // 使用中ブロック数
uint16_t capacity; // このページの総容量
uint8_t class_idx; // size class index
uint8_t flags; // reserved
uint16_t page_idx; // segment 内でのページインデックス
void* segment; // SmallSegmentV5* への backpointer
} SmallPageMetaV5;
// Hot fields (alloc/free 頻繁アクセス)
void* free_list; // フリーリスト先頭 (offset 0)
uint16_t used; // 使用中ブロック数 (offset 8)
uint16_t capacity; // このページの総容量 (offset 10)
// Metadata（初期化時のみ）
uint8_t class_idx; // size class index (offset 12)
uint8_t flags; // reserved (offset 13)
uint16_t page_idx; // segment 内でのページインデックス (offset 14)
void* segment; // SmallSegmentV5* への backpointer (offset 16)
} SmallPageMetaV5; // total 24B
// SmallClassHeapV5: サイズクラス毎のホットヒープ状態
typedef struct SmallClassHeapV5 {
SmallPageMetaV5* current; // 現在のページ（alloc 中）
SmallPageMetaV5* partial_head; // partial ページリスト
SmallPageMetaV5* full_head; // full ページリスト
uint32_t partial_count; // partial ページ数
} SmallClassHeapV5;
// SmallHeapCtxV5: per-thread ホットヒープコンテキスト

71
core/box/smallobject_v5_env_box.h
View File

@ -7,29 +7,42 @@
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
// ENV sentinel values
#define ENV_UNINIT (-1)
#define ENV_ENABLED (1)
#define ENV_DISABLED (0)
// route priority enum
enum small_route_priority {
ROUTE_PRIORITY_V4 = 0,
ROUTE_PRIORITY_V5 = 1,
ROUTE_PRIORITY_AUTO = 2,
};
// small_heap_v5_enabled() - グローバル v5 enable check
static inline int small_heap_v5_enabled(void) {
static int g_enabled = -1;
if (g_enabled == -1) {
static int g_enabled = ENV_UNINIT;
if (__builtin_expect(g_enabled == ENV_UNINIT, 0)) {
const char* e = getenv("HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_ENABLED");
g_enabled = (e && *e && *e != '0') ? 1 : 0;
g_enabled = (e && *e && *e != '0') ? ENV_ENABLED : ENV_DISABLED;
}
return g_enabled;
return (g_enabled == ENV_ENABLED);
}
// small_heap_v5_class_mask() - v5 対象クラスのビットマスク
static inline uint32_t small_heap_v5_class_mask(void) {
static uint32_t g_mask = (uint32_t)-1; // sentinel
if (g_mask == (uint32_t)-1) {
static int g_mask = ENV_UNINIT; // sentinel
if (__builtin_expect(g_mask == ENV_UNINIT, 0)) {
const char* e = getenv("HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_CLASSES");
if (e && *e) {
g_mask = (uint32_t)strtoul(e, NULL, 0);
g_mask = (int)strtoul(e, NULL, 0);
} else {
g_mask = 0x0; // default: OFF
}
}
return g_mask;
return (uint32_t)g_mask;
}
// small_heap_v5_class_enabled() - 指定クラスが v5 有効か
@ -53,4 +66,46 @@ static inline int small_heap_v5_c7_enabled(void) {
return small_heap_v5_class_enabled(7);
}
// small_route_priority() - route priority (v4/v5/auto)
// ENV: HAKMEM_ROUTE_PRIORITY={v4|v5|auto}, default: v4
static inline int small_route_priority(void) {
static int g_priority = ENV_UNINIT;
if (__builtin_expect(g_priority == ENV_UNINIT, 0)) {
const char* e = getenv("HAKMEM_ROUTE_PRIORITY");
if (e && *e) {
if (strcmp(e, "v5") == 0) {
g_priority = ROUTE_PRIORITY_V5;
} else if (strcmp(e, "auto") == 0) {
g_priority = ROUTE_PRIORITY_AUTO;
} else {
g_priority = ROUTE_PRIORITY_V4; // default or "v4"
}
} else {
g_priority = ROUTE_PRIORITY_V4; // default
}
}
return g_priority;
}
// small_heap_v5_segment_size() - segment size override
// ENV: HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE, default: 2MiB (2*1024*1024)
static inline size_t small_heap_v5_segment_size(void) {
static int g_size = ENV_UNINIT;
if (__builtin_expect(g_size == ENV_UNINIT, 0)) {
const char* e = getenv("HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE");
if (e && *e) {
size_t sz = (size_t)strtoul(e, NULL, 0);
// validate: must be power of 2, >= 64KiB
if (sz >= (64 * 1024) && (sz & (sz - 1)) == 0) {
g_size = (int)sz;
} else {
g_size = (2 * 1024 * 1024); // fallback to default
}
} else {
g_size = (2 * 1024 * 1024); // default: 2MiB
}
}
return (size_t)g_size;
}
#endif // HAKMEM_SMALLOBJECT_V5_ENV_BOX_H

42
core/box/smallsegment_v5_box.h
View File

@ -14,6 +14,48 @@
#define SMALL_SEGMENT_V5_MAGIC 0xDEADBEEF
#define SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_SHIFT 16 // log2(64KiB)
// ポインタマクロ - O(1) segment/page 計算
// SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR(ptr) - ptr から segment base を mask で計算
#define SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR(ptr) \
((SmallSegmentV5*)((uintptr_t)(ptr) & ~(SMALL_SEGMENT_V5_SIZE - 1)))
// SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(seg, ptr) - segment 内の page_idx を shift で計算
#define SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(seg, ptr) \
(((uintptr_t)(ptr) - (uintptr_t)(seg)->base) >> SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_SHIFT)
// SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_META(seg, ptr) - page_meta への O(1) access（bounds check付き）
#define SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_META(seg, ptr) \
({ \
SmallSegmentV5* _seg = (seg); \
if (__builtin_expect(!_seg, 0)) { \
(SmallPageMetaV5*)NULL; \
} else { \
size_t _idx = SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(_seg, (ptr)); \
(__builtin_expect(_idx < _seg->num_pages, 1)) ? \
&_seg->page_meta[_idx] : (SmallPageMetaV5*)NULL; \
} \
})
// SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC(seg) - magic 検証
#define SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC(seg) \
(__builtin_expect((seg) && (seg)->magic == SMALL_SEGMENT_V5_MAGIC, 1))
// SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_PTR(ptr) - Fail-Fast validation pipeline
// ptr が valid な v5 segment 内にあるかを検証
#define SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_PTR(ptr) \
({ \
int _valid = 0; \
if (__builtin_expect((ptr) != NULL, 1)) { \
SmallSegmentV5* _seg = SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR(ptr); \
if (SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC(_seg)) { \
size_t _idx = SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(_seg, (ptr)); \
_valid = (_idx < _seg->num_pages); \
} \
} \
_valid; \
})
// SmallSegmentV5: セグメント構造体
typedef struct SmallSegmentV5 {
uintptr_t base; // セグメント先頭アドレス