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# HAKMEM Allocator Performance Analysis Results
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**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。
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**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。
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**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。
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**分析実施日**: 2025-11-28
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**分析対象**: HAKMEM allocator (commit 0ce20bb83)
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**ベンチマーク**: bench_random_mixed (1,000,000 ops, working set=256)
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**ツール**: Linux perf (record/stat/report/annotate)
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## 📊 クイックサマリー
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| 指標 | HAKMEM | System malloc | 差分 |
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| **Throughput** | 55.7M ops/s | 86.7M ops/s | -35.7% ❌ |
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| **IPC** | 2.12 | 2.09 | +1.4% ✅ |
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| **Branch Miss** | 2.56% | 3.39% | -24.5% ✅ |
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| **Cache Miss** | 9.28% | 13.26% | -30.0% ✅ |
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| **Instructions** | 167M | 94M | +78.4% ❌ |
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| **Cache Refs** | 1.86M | 340K | +448% ❌ |
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**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
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## 📁 生成ファイル一覧
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### メインレポート
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1. **PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md** ⭐
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- エグゼクティブサマリー
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- トップ3ボトルネック
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- 最適化ロードマップ (Phase 1-3)
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- すぐに試せるコマンド
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2. **perf_analysis_summary.md**
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- 詳細分析レポート (9.4KB)
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- 全ボトルネックの説明
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- 優先度付き最適化提案 (5項目)
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- 実測効果予測 (楽観的/保守的シナリオ)
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3. **perf_comparison_chart.txt**
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- 視覚的比較チャート
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- ASCII バーグラフ形式
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### 生データ
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4. **perf_hakmem_stats.txt** - HAKMEM の perf stat 出力
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5. **perf_system_stats.txt** - System malloc の perf stat 出力
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6. **perf_hakmem_hotspots.txt** - ホットスポット詳細 (perf report)
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7. **perf_hakmem_callgraph.txt** - コールグラフ (perf report -g)
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8. **perf_annotate_malloc.txt** - malloc 関数のアセンブリアノテーション
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## 🔥 トップ3ボトルネック
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### 1. SuperSlab 初期化 (23.83% CPU時間)
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- **原因**: 4つの memset() で 1MB-2MB をゼロクリア
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- **対策**: memset 削除 (mmap は既にゼロ初期化済み)
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- **効果**: +10-15% throughput
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- **実装箇所**: `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_superslab.c:912-915`
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### 2. 多層分岐ルーティング (36M branches)
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- **原因**: smallmid → tiny → mid → ACE の順次チェック
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- **対策**: Dispatch table で一発判定
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- **効果**: +5-8% throughput
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### 3. 過剰なキャッシュアクセス (1.86M refs)
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- **原因**: SuperSlab メタデータが大きい、Hot/Cold 混在
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- **対策**: Cache line 最適化 (hot fields を先頭64Bに集約)
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- **効果**: +3-5% cache efficiency
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## 🎯 推奨アクション
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### すぐに試せる (1-2日)
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```bash
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cd /mnt/workdisk/public_share/hakmem
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# 1. memset 削除版
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cp core/hakmem_tiny_superslab.c core/hakmem_tiny_superslab.c.bak
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sed -i '912,915s/^/\/\/ PERF_OPT: /' core/hakmem_tiny_superslab.c
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make clean && make
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./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42
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# 2. mincore 無効化版
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make clean
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make CFLAGS="-DHAKMEM_DISABLE_MINCORE_CHECK=1"
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./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42
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```
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**期待効果**: 55M → **63-67M ops/s** (+13-20%)
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## 📈 最適化ロードマップ
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| Phase | 実装期間 | 目標 | 施策 |
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|-------|---------|------|------|
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| **Phase 1** | 1-2日 | 65M ops/s (+17%) | memset削除, mincore無効化, likely hints |
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| **Phase 2** | 1週間 | 77M ops/s (+39%) | dispatch table, 512KB SuperSlab, LTO, cache line |
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| **Phase 3** | 2週間 | 詳細分析 | Valgrind, MT bench, workload別最適化 |
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## 🛠️ 使用したコマンド
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### プロファイリング
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```bash
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# ホットスポット分析
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perf record -g ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42
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perf report --stdio | head -100 > perf_hakmem_hotspots.txt
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# 統計比較
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perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses \
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./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42 2>&1 | tee perf_hakmem_stats.txt
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perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses \
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./bench_random_mixed_system 1000000 256 42 2>&1 | tee perf_system_stats.txt
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# コールグラフ
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perf report --stdio -g graph,0.5,caller --no-children | head -200 > perf_hakmem_callgraph.txt
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# アノテーション
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perf annotate --stdio malloc > perf_annotate_malloc.txt
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```
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## 📚 関連ファイル
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### ソースコード
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/hak_alloc_api.inc.h` - Alloc API
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/hak_free_api.inc.h` - Free API
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_superslab.c` - SuperSlab 実装
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_shared_pool.c` - Shared Pool
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### ベンチマーク
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/bench_random_mixed_hakmem` - HAKMEM版
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- `/mnt/workdisk/public_share/hakmem/bench_random_mixed_system` - System malloc版
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## 🔍 詳細を読むには
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1. **全体像を把握**: `PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md` を読む (5分)
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2. **詳細な分析**: `perf_analysis_summary.md` を読む (15分)
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3. **生データ確認**: `perf_hakmem_*.txt` ファイル群を参照
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**次のステップ**:
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1. `PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md` を開く
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2. "すぐに試せるコマンド" を実行
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3. スループット改善を確認
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**質問・フィードバック**: 分析者 Claude Code (Sonnet 4.5)
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