# Random Mixed ボトルネック分析 - 返答フォーマット

## Random Mixed ボトルネック分析

### 1. Cycles 分布

| Layer | Target Classes | Hit Rate | Cycles | Status |
|-------|---|---|---|---|
| Ring Cache | C2-C3 only | 0% (OFF) | N/A | Not enabled |
| HeapV2 | C0-C3 | 88-99% | Low (2-3) | Working ✅ |
| TLS SLL | C0-C7 | 0.7-2.7% | Medium (8-12) | Fallback only |
| **SuperSlab refill** | **All classes** | **~2-5% miss** | **High (50-200)** | **BOTTLENECK** 🔥 |
| UltraHot | C1-C2 | N/A | Medium | OFF (Phase 19) |

- **Ring Cache**: Low (2-3 cycles) - ポインタチェイス削減（未使用）
- **HeapV2**: Low (2-3 cycles) - Magazine供給（C0-C3のみ有効）
- **TLS SLL**: Medium (8-12 cycles) - Fallback層、複数classで枯渇
- **SuperSlab refill**: High (50-200 cycles) - Metadata走査+carving（支配的）
- **UltraHot**: Medium - デフォルトOFF（Phase 19で削除）

**ボトルネック**: **SuperSlab refill** (50-200 cycles/refill) - Random Mixed では class切り替え多発により TLS SLL が頻繁に空になり、refill多発

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### 2. FrontMetrics 状況

- **実装**: ✅ ある (`core/box/front_metrics_box.{h,c}`)
- **HeapV2**: 88-99% ヒット率 → C0-C3 では本命層として機能中
- **UltraHot**: デフォルト OFF （Phase 19-4で +12.9% 改善のため削除）
- **FC/SFC**: 実質無効化

**Fixed vs Mixed の違い**:
| 側面 | Fixed 256B | Random Mixed |
|------|---|---|
| 使用クラス | C5 のみ | C3, C5, C6, C7 (混在) |
| Class切り替え | 0 (固定) | 頻繁 (毎iteration) |
| HeapV2適用 | 非適用 | C0-C3のみ（部分）|
| TLS SLL hit率 | High | Low（複数class枯渇）|
| Refill頻度 | **低い（C5 warm保持）** | **高い（class毎に空）** |

**死んでいる層**: **C4-C7 (128B-1KB) が全く最適化されていない**
- C0-C3: HeapV2 ✅
- C4: Ring ❌, HeapV2 ❌, UltraHot ❌ → 素のTLS SLL + refill
- C5: Ring ❌, HeapV2 ❌, UltraHot ❌ → 素のTLS SLL + refill
- C6: Ring ❌, HeapV2 ❌, UltraHot ❌ → 素のTLS SLL + refill
- C7: Ring ❌, HeapV2 ❌, UltraHot ❌ → 素のTLS SLL + refill

Random Mixed で使用されるクラスの **50%以上** が完全未最適化！

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### 3. Class別プロファイル

**使用クラス** (bench_random_mixed.c:77 分析):
```c
size_t sz = 16u + (r & 0x3FFu);  // 16B-1040B
→ C2 (16-31B), C3 (32-63B), C4 (64-127B), C5 (128-255B), C6 (256-511B), C7 (512-1024B)
```

**最適化カバレッジ**:
- Ring Cache: 4個クラス対応済み（C0-C7）だが **デフォルト OFF**
  - `HAKMEM_TINY_HOT_RING_ENABLE=0` (有効化されていない)
- HeapV2: 4個クラス対応（C0-C3）
  - C4-C7 に拡張可能だが Phase 17-1 実験で +0.3% のみ効果
- 素のTLS SLL: 全クラス（fallback）

**素のTLS SLL 経路の割合**:
- C0-C3: ~88-99% HeapV2（TLS SLL は2-12% fallback）
- **C4-C7: ~100% TLS SLL + SuperSlab refill**（最適化なし）

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### 4. 推奨施策（優先度順）

#### 1. **最優先**: Ring Cache C4/C7 拡張
- **効果推定**: **High (+13-29%)**
- **理由**:
  - Phase 21-1 で実装済み（`core/front/tiny_ring_cache.h`）
  - C2-C3 未使用（デフォルト OFF）
  - **ポインタチェイス削減**: TLS SLL 3mem → Ring 2mem (-33%)
  - Random Mixed の C4-C7 (50%) をカバー可能
- **実装期間**: **低** (ENV 有効化のみ、≦1日)
- **リスク**: **低** (既実装、有効化のみ)
- **期待値**: 19.4M → 22-25M ops/s (25-28%)
- **有効化**:
  ```bash
  export HAKMEM_TINY_HOT_RING_ENABLE=1
  export HAKMEM_TINY_HOT_RING_C4=128
  export HAKMEM_TINY_HOT_RING_C5=128
  export HAKMEM_TINY_HOT_RING_C6=64
  export HAKMEM_TINY_HOT_RING_C7=64
  ```

#### 2. **次点**: HeapV2 を C4/C5 に拡張
- **効果推定**: **Low to Medium (+2-5%)**
- **理由**:
  - Phase 13-A で実装済み（`core/front/tiny_heap_v2.h`）
  - Magazine supply で TLS SLL hit rate 向上
- **制限**: Phase 17-1 実験で +0.3% のみ（delegation overhead = TLS savings）
- **実装期間**: **低** (ENV 変更のみ)
- **リスク**: **低**
- **期待値**: 19.4M → 19.8-20.4M ops/s (+2-5%)
- **判断**: Ring Cache の方が効果的（Ring を優先）

#### 3. **長期**: C7 (1KB) 専用 HotPath
- **効果推定**: **Medium (+5-10%)**
- **理由**: C7 は Random Mixed の ~16% を占める
- **実装期間**: **高**（新規実装）
- **判断**: 後回し（Ring Cache + Phase 21-2 後に検討）

#### 4. **超長期**: SuperSlab Shared Pool (Phase 12)
- **効果推定**: **VERY HIGH (+300-400%)**
- **理由**: 877 SuperSlab → 100-200 削減（根本解決）
- **実装期間**: **Very High**（アーキテクチャ変更）
- **期待値**: 70-90M ops/s（System の 70-90%）
- **判断**: Phase 21 完了後に着手

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## 最終推奨（フォーマット通り）

### 優先度付き推奨施策

1. **最優先**: **Ring Cache C4/C7 有効化** 
   - 理由: ポインタチェイス削減で +13-29% 期待、実装済み（有効化のみ）
   - 期待: 19.4M → 22-25M ops/s (25-28% of system)

2. **次点**: **HeapV2 C4/C5 拡張**
   - 理由: TLS refill 削減で +2-5% 期待、ただし Ring より効果薄
   - 期待: 19.4M → 19.8-20.4M ops/s (+2-5%)

3. **長期**: **C7 専用 HotPath 実装**
   - 理由: 1KB 単体の最適化、実装コスト大
   - 期待: +5-10%

4. **超長期**: **Phase 12 (Shared SuperSlab Pool)**
   - 理由: 根本的なメタデータ圧縮（構造的ボトルネック攻撃）
   - 期待: +300-400% (70-90M ops/s)

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**本分析の根拠ファイル**:
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/front/tiny_ring_cache.h` - Ring Cache 実装
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/front/tiny_heap_v2.h` - HeapV2 実装
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/tiny_alloc_fast.inc.h` - Allocation fast path
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/tls_sll_box.h` - TLS SLL 実装
- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/CURRENT_TASK.md` - Phase 19-22 実装状況