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hakmem/README_PERF_ANALYSIS.md

6.2 KiB
Raw Blame History

HAKMEM Allocator Performance Analysis Results

最新メモ (2025-12-05): C7 Warm/TLS Bind は本番経路を Bind-only (mode=1) に統一。Debug では HAKMEM_WARM_TLS_BIND_C7=0/1/2 で切替可能だが、Release は常に mode=1 固定。C7-only ワークロードでは mode=1 が legacy (mode=0) 比で ~4–10x 速く、mode=2 は TLS carve 実験として残置。
追記 (2025-12-05, Release 修復): Release だけ C7 Warm が死んでいた原因は「満杯 C7 slab が Shared Pool に居残り、空スラブが Warm に渡っていなかった」こと。Acquire で C7 は空スラブ限定、Release でメタをリセットするガードを導入し、C7-only Release で ~18.8M ops/s、Random Mixed Release で ~27–28M ops/s まで回復。
追記 (2025-12-05, Policy Box): TinyClassPolicyBox を導入し、HAKMEM_TINY_POLICY_PROFILE=legacy|c5_7_only|tinyplus_all で Page/Warm ポリシーを切替可能にした。現状 legacy（PageBox= C5–C7, Warm= 全クラス cap 4/8）でランダム混在 Release は ~4.9M ops/s と低下しており、Warm 道の有効化状態を追加調査中。

分析実施日: 2025-11-28
分析対象: HAKMEM allocator (commit 0ce20bb83)
ベンチマーク: bench_random_mixed (1,000,000 ops, working set=256)
ツール: Linux perf (record/stat/report/annotate)

📊 クイックサマリー

指標 HAKMEM System malloc 差分
Throughput 55.7M ops/s 86.7M ops/s -35.7% ❌
IPC 2.12 2.09 +1.4% ✅
Branch Miss 2.56% 3.39% -24.5% ✅
Cache Miss 9.28% 13.26% -30.0% ✅
Instructions 167M 94M +78.4% ❌
Cache Refs 1.86M 340K +448% ❌

結論: 効率は良いが仕事量が多すぎる → 不要な処理の削減が最優先

📁 生成ファイル一覧

メインレポート

  1. PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md ⭐

    • エグゼクティブサマリー
    • トップ3ボトルネック
    • 最適化ロードマップ (Phase 1-3)
    • すぐに試せるコマンド

  2. perf_analysis_summary.md

    • 詳細分析レポート (9.4KB)
    • 全ボトルネックの説明
    • 優先度付き最適化提案 (5項目)
    • 実測効果予測 (楽観的/保守的シナリオ)

  3. perf_comparison_chart.txt

    • 視覚的比較チャート
    • ASCII バーグラフ形式

生データ

  1. perf_hakmem_stats.txt - HAKMEM の perf stat 出力
  2. perf_system_stats.txt - System malloc の perf stat 出力
  3. perf_hakmem_hotspots.txt - ホットスポット詳細 (perf report)
  4. perf_hakmem_callgraph.txt - コールグラフ (perf report -g)
  5. perf_annotate_malloc.txt - malloc 関数のアセンブリアノテーション

🔥 トップ3ボトルネック

1. SuperSlab 初期化 (23.83% CPU時間)

  • 原因: 4つの memset() で 1MB-2MB をゼロクリア
  • 対策: memset 削除 (mmap は既にゼロ初期化済み)
  • 効果: +10-15% throughput
  • 実装箇所: /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_superslab.c:912-915

2. 多層分岐ルーティング (36M branches)

  • 原因: smallmid → tiny → mid → ACE の順次チェック
  • 対策: Dispatch table で一発判定
  • 効果: +5-8% throughput

3. 過剰なキャッシュアクセス (1.86M refs)

  • 原因: SuperSlab メタデータが大きい、Hot/Cold 混在
  • 対策: Cache line 最適化 (hot fields を先頭64Bに集約)
  • 効果: +3-5% cache efficiency

🎯 推奨アクション

すぐに試せる (1-2日)

cd /mnt/workdisk/public_share/hakmem

# 1. memset 削除版
cp core/hakmem_tiny_superslab.c core/hakmem_tiny_superslab.c.bak
sed -i '912,915s/^/\/\/ PERF_OPT: /' core/hakmem_tiny_superslab.c
make clean && make
./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42

# 2. mincore 無効化版
make clean
make CFLAGS="-DHAKMEM_DISABLE_MINCORE_CHECK=1"
./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42

期待効果: 55M → 63-67M ops/s (+13-20%)

📈 最適化ロードマップ

Phase 実装期間 目標 施策
Phase 1 1-2日 65M ops/s (+17%) memset削除, mincore無効化, likely hints
Phase 2 1週間 77M ops/s (+39%) dispatch table, 512KB SuperSlab, LTO, cache line
Phase 3 2週間 詳細分析 Valgrind, MT bench, workload別最適化

🛠️ 使用したコマンド

プロファイリング

# ホットスポット分析
perf record -g ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42
perf report --stdio | head -100 > perf_hakmem_hotspots.txt

# 統計比較
perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses \
  ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42 2>&1 | tee perf_hakmem_stats.txt

perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses \
  ./bench_random_mixed_system 1000000 256 42 2>&1 | tee perf_system_stats.txt

# コールグラフ
perf report --stdio -g graph,0.5,caller --no-children | head -200 > perf_hakmem_callgraph.txt

# アノテーション
perf annotate --stdio malloc > perf_annotate_malloc.txt

📚 関連ファイル

ソースコード

  • /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/hak_alloc_api.inc.h - Alloc API
  • /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/hak_free_api.inc.h - Free API
  • /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_superslab.c - SuperSlab 実装
  • /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_shared_pool.c - Shared Pool

ベンチマーク

  • /mnt/workdisk/public_share/hakmem/bench_random_mixed_hakmem - HAKMEM版
  • /mnt/workdisk/public_share/hakmem/bench_random_mixed_system - System malloc版

🔍 詳細を読むには

  1. 全体像を把握: PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md を読む (5分)
  2. 詳細な分析: perf_analysis_summary.md を読む (15分)
  3. 生データ確認: perf_hakmem_*.txt ファイル群を参照

次のステップ:

  1. PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md を開く
  2. "すぐに試せるコマンド" を実行
  3. スループット改善を確認

質問・フィードバック: 分析者 Claude Code (Sonnet 4.5)