# HAKMEM現状整理 - 何が実装済みで何が未実装か

**日付：** 2025-10-26
**目的：** 混乱を解消、次のステップを明確化

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## 🏗️ HAKMEMの3層構造

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ HAKMEM Memory Allocator                                 │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                          │
│  [Tiny Pool]   8B - 64B                                 │
│    ├─ SuperSlab (2MB aligned, 32 slabs)                 │
│    ├─ TLS Magazine (fast cache)                         │
│    └─ Bitmap allocation                                 │
│                                                          │
│  [Mid Pool]    2KB - 64KB                               │
│    ├─ Buddy allocator                                   │
│    ├─ ACE learning (CAP調整)                            │
│    └─ Bridge classes (40KB, 52KB)                       │
│                                                          │
│  [Large Pool]  128KB - 1MB                              │
│    ├─ Buddy allocator                                   │
│    ├─ ACE learning (CAP調整)                            │
│    └─ THP support                                       │
│                                                          │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
```

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## 📊 各Poolの実装状況

### Tiny Pool（8-64B）

| 機能 | 状態 | 実装フェーズ | 説明 |
|------|------|--------------|------|
| **サイズクラス** | ✅ 固定 | Phase 6.0 | 8種固定（8,16,24,32,40,48,56,64B） |
| **SuperSlab割当** | ✅ 動的 | Phase 6.22 | 初回アクセス時にmmap(2MB) |
| **Bitmap管理** | ✅ 実装済み | Phase 6.0 | O(1)ブロック検索 |
| **TLS Magazine** | ✅ 実装済み | Phase 4.0 | 固定CAP、高速キャッシュ |
| **Magazine CAP** | ✅ 固定 | Phase 6.0 | クラスごと固定（2048/1024/...） |
| **SuperSlab解放** | ❌ **未実装** | **Phase 7.6** | **← これを今から実装！** |

**現状の問題：**
```
✅ 割当は動的（必要な時だけ確保）
❌ 解放は固定（永遠保持）
→ メモリ168% overhead
```

**Phase 7.6目標：**
```
✅ 割当は動的
✅ 解放も動的（空なら返却）
→ メモリ30-50% overhead（-75%削減！）
```

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### Mid Pool（2KB-64KB）

| 機能 | 状態 | 実装フェーズ | 説明 |
|------|------|--------------|------|
| **サイズクラス** | ✅ 固定 | Phase 6.21 | 7種固定（2,4,8,16,32KB + 40,52KB Bridge） |
| **DYN1（動的1枠）** | ❌ **無効化** | Phase 6.21 | 「動的1個=固定と同じ」で削除 |
| **Buddy allocator** | ✅ 実装済み | Phase 2.0 | ページベース割当 |
| **ACE CAP学習** | ✅ 実装済み | Phase 6.21 | ヒット率ベースで動的調整 |
| **Bridge classes** | ✅ 実装済み | Phase 6.21 | 32-64KBギャップ埋め（固定） |
| **W_MAX丸め** | ✅ 実装済み | Phase 6.0 | UCB1学習 |

**現状：**
```
✅ サイズクラス：固定7個
✅ CAP：動的（ACEで学習）
✅ 境界：動的（W_MAX学習）
❌ クラス数：固定（DYN1無効化済み）
```

**Phase 6.21の決定：**
- DYN1を無効化
- 固定Bridgeクラスに置き換え
- 理由：「動的1個だけ = 固定と同じ」

---

### Large Pool（128KB-1MB）

| 機能 | 状態 | 実装フェーズ | 説明 |
|------|------|--------------|------|
| **サイズクラス** | ✅ 固定 | Phase 2.0 | 5種固定（64,128,256,512KB,1MB） |
| **Buddy allocator** | ✅ 実装済み | Phase 2.0 | ページベース割当 |
| **ACE CAP学習** | ✅ 実装済み | Phase 6.21 | ヒット率ベースで動的調整 |
| **THP support** | ✅ 実装済み | Phase 6.0 | 2MB+ でTransparent Huge Pages |

**現状：**
```
✅ サイズクラス：固定5個
✅ CAP：動的（ACEで学習）
✅ THP：有効
```

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## 🎓 ACEの範囲（復習）

### ACEが最適化するもの

**対象：** Mid Pool & Large Pool のみ

**最適化項目：**

| 項目 | Mid Pool | Large Pool | Tiny Pool |
|------|----------|------------|-----------|
| CAP（在庫量） | ✅ 動的 | ✅ 動的 | ❌ 固定 |
| W_MAX（丸め） | ✅ 動的 | ❌ 固定 | ❌ 固定 |
| しきい値 | ✅ 動的 | ✅ 動的 | ❌ N/A |
| サイズクラス数 | ❌ 固定 | ❌ 固定 | ❌ 固定 |

**学習手法：**
- UCB1バンディット（W_MAX）
- ヒット率ベース（CAP）
- Canary方式（しきい値）

**Tiny Poolは対象外：**
- サイズ範囲が狭い（8-64B）
- 固定最適化で十分（ヒット率90%+）
- ACE追加の価値なし

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## 🔍 DYN1無効化の経緯

### Phase 6.21以前（DYN1あり）

```c
// Mid Pool
2KB, 4KB, 8KB, 16KB, 32KB  // 固定5クラス
+ DYN1 (動的1枠)            // 学習で最適位置決定

// 例: DYN1 = 6KB に収束
実質: 2KB, 4KB, 6KB, 8KB, 16KB, 32KB
```

**問題点：**
- 学習しても結局固定値に収束
- 「動的1個」 = 最終的に固定
- 複雑さだけ増える
- 性能向上なし

### Phase 6.21（DYN1無効化）

```c
// Mid Pool
2KB, 4KB, 8KB, 16KB, 32KB  // 固定5クラス
+ 40KB, 52KB               // Bridge classes（固定追加）
```

**理由：**
- 最初から最適な固定値を入れる方が良い
- DYN1の「動的」は見せかけ
- Bridgeで32-64KBギャップ解消

**結論：**
> **「動的1個だけ = 固定と同じ」**
> （あなたの指摘が正しかった！）

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## 🎯 Phase 7.6の位置づけ

### Phase 7.6 ≠ サイズクラスの動的化

**Phase 7.6は：**
- ❌ Mid/Large のサイズクラス動的化 **ではない**
- ✅ **Tiny Pool の SuperSlab解放** のみ

### なぜTiny Poolだけ？

**理由1：問題が異なる**
```
Mid/Large: サイズクラスの最適化（DYN1）
  → Phase 6.21で固定Bridgeに変更済み

Tiny Pool: メモリ解放の問題
  → Phase 7.6で動的解放を実装
```

**理由2：手法が異なる**
```
Mid/Large: 学習ベース（ACE）
  → CAP、W_MAX を学習

Tiny Pool: 設計ベース（Bitmap）
  → SuperSlabライフサイクルを動的に
```

**理由3：効果が異なる**
```
Mid/Large DYN1: 性能向上なし（無効化済み）
Tiny SuperSlab: メモリ75%削減！（Phase 7.6）
```

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## 📋 現状まとめ

### 実装済み（変更なし）

| Pool | 項目 | 状態 |
|------|------|------|
| Tiny | サイズクラス | ✅ 固定8種 |
| Tiny | Magazine CAP | ✅ 固定 |
| Tiny | SuperSlab割当 | ✅ 動的 |
| Mid | サイズクラス | ✅ 固定7種（Bridge含む） |
| Mid | DYN1 | ❌ 無効化済み |
| Mid | ACE CAP学習 | ✅ 動的 |
| Large | サイズクラス | ✅ 固定5種 |
| Large | ACE CAP学習 | ✅ 動的 |

### Phase 7.6で実装（未実装）

| Pool | 項目 | 状態 |
|------|------|------|
| **Tiny** | **SuperSlab解放** | ❌ **未実装** ← これをやる！ |

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## 🚀 今からやること

### Phase 7.6: Tiny SuperSlab 動的解放

**目標：** 空SuperSlabをOSに返却

**実装：**
1. ✅ 追跡インフラ（完了）
   - `total_active_blocks` カウンタ追加済み

2. ⏸️ Magazine統合（これから）
   - Magazine free時にカウンタ減算
   - 空検出可能に

3. ⏸️ 解放ロジック（これから）
   - `total_active_blocks == 0` で `superslab_free()`
   - OSに2MB返却

**効果：**
```
現状: 40.8 MB RSS (168% overhead)
  ↓
Phase 7.6: 17-20 MB RSS (30-50% overhead)
  ↓
-75% メモリ削減！
```

**実装量：** ~75行、2-3時間

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## 🎓 やらないこと

### 1. Mid/Large サイズクラスの動的化

**理由：**
- Phase 6.21でDYN1無効化済み
- 「動的1個 = 固定と同じ」
- 価値なし

**もしやるなら：**
- 全クラス動的化必要（DYN1-DYN7）
- 複雑さ増大
- 性能劣化リスク
- **推奨しない**

### 2. Tiny Magazine CAPの動的化

**理由：**
- 現状で十分高性能（ヒット率90%+）
- 固定CAPで最適
- ACE追加の価値なし

### 3. SuperSlabサイズの動的化

**理由：**
- 2MBが最適（mimalloc準拠）
- 変更の価値なし

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## 🎯 次のステップ

### 推奨：Phase 7.6（Tiny SuperSlab解放）

**理由：**
- ✅ 効果MAX（メモリ75%削減）
- ✅ 実装量小（~75行）
- ✅ 論文価値高
- ✅ すでに計画済み

**実装順序：**
```
Step 1: Magazine統合 (~15行)
  ↓
Step 2: Magazine spill対応 (~10行)
  ↓
Step 3: 空SuperSlab解放 (~30行)
  ↓
Step 4: 遅延割当明示 (~20行)
```

### 代替案：Mid/Large動的化（非推奨）

**もしやるなら：**
- DYN1-DYN7を全実装
- 実装量 ~300行
- 時間 1-2週間
- 効果 不明（Phase 6.21で無効化した理由あり）

**推奨しない理由：**
- Phase 6.21の決定を覆す
- 「動的1個問題」再発
- 複雑さ増大

---

## 📊 図解：何をやるのか

### Phase 7.6（推奨）

```
対象: Tiny Pool (8-64B)

Before:
  SuperSlab割当: 動的 ✅
  SuperSlab解放: 固定 ❌ ← 問題
  ↓
  メモリ168% overhead

After:
  SuperSlab割当: 動的 ✅
  SuperSlab解放: 動的 ✅ ← 解決！
  ↓
  メモリ30-50% overhead
```

### Mid/Large動的化（非推奨）

```
対象: Mid/Large Pool (2KB-1MB)

Before (Phase 6.21):
  サイズクラス: 固定 ✅
  CAP: 動的（ACE） ✅
  DYN1: 無効化 ✅
  ↓
  性能・メモリ最適

After（もし実装したら）:
  サイズクラス: 動的？
  CAP: 動的（ACE） ✅
  DYN1-7: 全動的？
  ↓
  複雑化、効果不明
```

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## 🎯 結論

### やること

**Phase 7.6: Tiny SuperSlab動的解放**
- ✅ 効果明確（メモリ75%削減）
- ✅ 実装量小（~75行）
- ✅ 論文価値高
- ✅ すでに追跡インフラ完成

### やらないこと

**Mid/Large サイズクラス動的化**
- ❌ Phase 6.21で無効化済み
- ❌ 「動的1個問題」
- ❌ 複雑化リスク
- ❌ 効果不明

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## 🐱 にゃーん！わかりましたか？

**次の質問：**

1. **Phase 7.6を実装する？**
   → Step 1（Magazine統合）から開始

2. **Mid/Large動的化をやりたい？**
   → Phase 6.21の決定を再検討
   → DYN1復活の是非を議論

3. **もっと説明が必要？**
   → どこが混乱しているか教えてください

**どれにしますか？** 🎯