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# Free Path Legacy Analysis
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## 目的
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Mixed 16–1024B で free ≈ 24% の内訳を箱単位で可視化し、次の最適化ターゲットを決定する。
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## 現状の free フロー（Box 単位）
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1. **hak_free 入口**
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- header 読み取り + magic check
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- class_idx 抽出
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2. **Route 判定**
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- C7 ULTRA check（ENV gated）
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- C7 v3 fast classify check
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- v4 fast classify check（研究箱）
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- v6 route check（研究箱）
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- tiny_route_for_class() 呼び出し
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- tiny_route_is_heap_kind() 判定
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3. **SuperSlab lookup 経路**
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- ss_fast_lookup(base)（mask-based、~10-15 cycles）
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- slab_index_for(ss, base)
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- Larson cross-thread check
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- owner_tid 比較
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4. **Route-based dispatch**
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- C7 ULTRA → tiny_c7_ultra_free()
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- v3 → so_free()
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- v6 → small_free_fast_v6()（研究箱）
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- TinyHeap v1 → tiny_c7_free_fast_with_meta() / tiny_heap_free_class_fast_with_meta()
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- pool v1 → hak_pool_free()
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- remote free → tiny_free_remote_box()
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5. **Legacy fallback**
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- Unified Cache push
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- tiny_hot_free_fast()
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## Phase FREE-LEGACY-BREAKDOWN-1 測定結果
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### Mixed 16–1024B (1M iterations, ws=400)
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**測定安定性**: 完全に安定（3 回とも同一の値）
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**Run 1, 2, 3（全て同一）**:
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=266942
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```
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**平均値と比率**:
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| カウンタ | 呼び出し回数 | 比率 (%) | 視覚化 |
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|---------|------------|---------|--------|
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| **C7 ULTRA fast** | 275,089 | **50.7%** | ██████████████████████████ |
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| **Legacy fallback** | 266,942 | **49.2%** | █████████████████████████ |
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| pool_v1_fast | 8,081 | 1.5% | █ |
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| smallheap_v3_fast | 0 | 0.0% | - |
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| tiny_heap_v1_fast | 0 | 0.0% | - |
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| super_lookup_called | 0 | 0.0% | - |
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| remote_free | 0 | 0.0% | - |
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| **Total** | **542,031** | **100.0%** | |
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**パフォーマンス**: 平均 44.77M ops/s（3 回測定: 44.68M, 44.93M, 44.71M）
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**分析**:
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- **完全な二極化構造**: C7 ULTRA (50.7%) と Legacy fallback (49.2%) でほぼ 1:1
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- **C7 ULTRA の成功**: 全体の半分をカバー、このパターンは効果的
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- **Legacy の支配**: 残りの半分は依然として legacy 経路に依存
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- **pool_v1 は僅少**: 1.5% のみ（Mixed では Tiny サイズが主流）
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- **super_lookup は 0**: C7 ULTRA と Legacy はいずれも SuperSlab lookup を経由していない
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### C6-heavy mid/smallmid (1M iterations, ws=400)
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**測定安定性**: 完全に安定（3 回とも同一の値）
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**Run 1, 2, 3（全て同一）**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=500108 c7_ultra=0 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=500099 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=9
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```
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**平均値と比率**:
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| カウンタ | 呼び出し回数 | 比率 (%) | 視覚化 |
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|---------|------------|---------|--------|
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| **pool_v1_fast** | 500,099 | **100%** (実質) | ████████████████████████████████████████████████████ |
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| legacy_fallback | 9 | 0.0% | - |
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| その他 | 0 | 0.0% | - |
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| **Total** | **500,108** | **100.0%** | |
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**パフォーマンス**: 平均 27.03M ops/s（3 回測定: 27.07M, 27.05M, 26.96M）
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**分析**:
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- **Pool v1 の完全支配**: 実質 100% が pool_v1 経路を使用
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- **シンプルな最適化ターゲット**: pool_v1 経路のみに集中すれば良い
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- **legacy_fb=9 の正体**: カウンター設置箇所外の少数例外ケース（無視可能）
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### 技術的洞察
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#### Mixed の二極化の理由
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1. **サイズ分布**: 16-1024B の範囲で、C7 ULTRA が対応するサイズクラスと、Legacy に落ちるサイズクラスが明確に分離
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2. **Route 判定**: Fast classify が一部のクラスで機能していない可能性
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3. **ENV gating**: 一部のクラスで ENV フラグによって C7 ULTRA が無効化されている
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#### C6-heavy の単純性の理由
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1. **サイズ範囲**: C6 (257-768B) は完全に pool_v1 の管轄
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2. **設計の正しさ**: C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1 プロファイルが正しく機能
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3. **最適化の明確性**: この経路のみを改善すれば良い
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### Legacy fallback の正体
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Legacy fallback 49.2% の内訳は不明（クラス単位の分解が必要）。以下が推定される:
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- Unified Cache push → `tiny_hot_free_fast()` 経路
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- C7 ULTRA に該当しないサイズクラス（C0-C6）の一部
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- Route 判定で C7 ULTRA に到達できなかったケース
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**次のアクション**: Phase FREE-LEGACY-OPT-4-1 で Legacy の per-class 分析を実施し、どのクラスが最も Legacy を使用しているか特定する。
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## 次フェーズ候補
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測定結果を見て以下から選択:
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- **FREE-LEGACY-OPT-1**: super_lookup_called が高い場合
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→ v6-style TLS ownership check を一部クラスに導入
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- **FREE-LEGACY-OPT-2**: pool_v1_fast が高い場合
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→ pool v1 の free fast path を局所的に薄くする
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- **FREE-LEGACY-OPT-3**: tiny_heap_v1_fast が高い場合
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→ Tiny free 側の route/ENV check 削減
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- **FREE-LEGACY-OPT-4**: c7_ultra_fast が高い場合
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→ C7 ULTRA パターンを他クラスに展開
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## 次フェーズ推奨（Phase FREE-LEGACY-OPT-4 シリーズ）
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### 第一推奨: FREE-LEGACY-OPT-4 (Legacy fallback 削減)
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**優先順位**: 最高
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**推奨理由**:
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- Mixed で Legacy fallback が **49.2%** と最大
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- C7 ULTRA パターン (50.7%) の成功を他クラスに展開することで大幅改善が期待できる
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**実装計画**:
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1. **Phase 4-1**: Legacy の per-class 分析
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- `FreePathStats` に `legacy_by_class[8]` カウンタ追加
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- どのクラス（C0-C7）が Legacy を最も使用しているか特定
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2. **Phase 4-2**: 1クラス限定 ULTRA-Free lane の設計・実装
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- 対象: 4-1 で特定された最大シェアクラス（仮に C5）
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- Box 構造:
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- C5_ULTRA_FREE_BOX (L0): TLS に `c5_tls_freelist[32]` + `c5_tls_count`
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- free 時: `small_tls_owns_ptr_c5()` で range check → TLS push
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- TLS full / range 外 → 既存 Legacy へフォールバック
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- alloc 側は当面いじらない（free のみ前段キャッシュ）
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- ENV: `HAKMEM_TINY_C5_ULTRA_FREE_ENABLED=0`（研究箱）
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3. **Phase 4-3**: A/B テスト
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- Mixed 16-1024B で効果測定
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- 期待: Legacy 49% → 35-40% に削減
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- 結果次第で本線化 or 研究箱維持を判断
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**期待効果の試算**:
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- Legacy を約 15 ポイント削減
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- free 全体で 5-10% 改善
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- Mixed で +2-4M ops/s 程度（44.8M → 47-49M ops/s）
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### 第二推奨: FREE-LEGACY-OPT-2 (C6-heavy Pool v1 最適化)
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**優先順位**: 中
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**推奨理由**:
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- C6-heavy で pool_v1 が実質 100%
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- 単一経路への集中最適化が可能
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- 実装コストが低く、効果が確実
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**実装計画**:
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- pool_v1 free 経路の ENV チェック削減
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- 分岐削減
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- Descriptor cache hit rate 向上
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**期待効果**:
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- C6-heavy: 27M → 28-30M ops/s (5-10% 向上)
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## Phase FREE-LEGACY-OPT-4-1 Legacy Per-Class 分析
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### 目的
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Legacy fallback 49.2% の内訳を per-class で分析し、どのクラス（C0-C7）が最も Legacy を使用しているか特定する。
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### 実装内容
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1. **FreePathStats 構造体の拡張** (`core/box/free_path_stats_box.h`)
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- `uint64_t legacy_by_class[8]` フィールドを追加（C0-C7 の Legacy fallback 内訳）
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2. **デストラクタ出力の更新** (`core/box/free_path_stats_box.c`)
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- `[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS]` 行を追加し、C0-C7 の内訳を出力
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3. **カウンタの散布** (`core/front/malloc_tiny_fast.h`)
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- `free_tiny_fast()` の Legacy fallback 経路で `legacy_by_class[class_idx]` をインクリメント
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- 範囲チェック（0-7）を実施
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### 測定結果
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**Run 1**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=266942
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[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c0=0 c1=0 c2=8746 c3=17279 c4=34727 c5=68871 c6=137319 c7=0
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```
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**Run 2**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=266942
|
||
[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c0=0 c1=0 c2=8746 c3=17279 c4=34727 c5=68871 c6=137319 c7=0
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```
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**Run 3**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=266942
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||
[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c0=0 c1=0 c2=8746 c3=17279 c4=34727 c5=68871 c6=137319 c7=0
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```
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**測定安定性**: 完全に安定（3 回とも同一の値、決定的測定）
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### 平均値と比率
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| クラス | サイズ範囲 | 平均呼び出し回数 | Legacy 内比率 (%) | 全体比率 (%) | 視覚化 |
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|--------|-----------|---------------|-----------------|------------|--------|
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| C0 | 1-16B | 0 | 0.0% | 0.0% | - |
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| C1 | 17-32B | 0 | 0.0% | 0.0% | - |
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| C2 | 33-64B | 8,746 | 3.3% | 1.6% | █ |
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| C3 | 65-128B | 17,279 | 6.5% | 3.2% | ███ |
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| C4 | 129-256B | 34,727 | 13.0% | 6.4% | ██████ |
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| C5 | 257-512B | 68,871 | 25.8% | 12.7% | ████████████ |
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| **C6** | **513-1024B** | **137,319** | **51.4%** | **25.3%** | **█████████████████████████** |
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| C7 | 1025+B | 0 | 0.0% | 0.0% | - |
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| **合計** | - | **266,942** | **100.0%** | **49.2%** | |
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**注**: 全体比率 = (クラス別 Legacy / 全 free 呼び出し) × 100
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### 分析
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**最大シェアクラス**: **C6 (513-1024B)** が Legacy の 51.4% を占める（全体の 25.3%）
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**理由の推測**:
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1. **サイズ分布の特性**:
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- Mixed 16-1024B ベンチマークでは C6 サイズ (513-1024B) のアロケーションが多い
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- C6 は Tiny の最大サイズクラスの一つで、使用頻度が高い
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2. **C7 ULTRA 未対応**:
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- C7 ULTRA fast path は C7 専用で、C6 はカバーしていない
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- C6 は Legacy fallback（Unified Cache）に依存している
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3. **v3/v4 未対応**:
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- SmallHeap v3/v4 はデフォルトでは C6 をカバーしていない
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- ENV `HAKMEM_SMALL_HEAP_V3_CLASSES=0x80` は C7 のみ有効化
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4. **TinyHeap v1 未使用**:
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- `tiny_heap_v1_fast=0` から、C6 は TinyHeap v1 経路も使用していない
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- Route 設定で Legacy に直接落ちている
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**次のアクション**:
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Phase FREE-LEGACY-OPT-4-2 で **C6 クラス** に ULTRA-Free lane を実装する。
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### 次フェーズの推奨
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**対象クラス**: **C6 (513-1024B)**
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**実装内容**:
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1. **C6_ULTRA_FREE_BOX** の実装
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- TLS に `c6_tls_freelist[32]` + `c6_tls_count` を追加
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- free 時: `small_tls_owns_ptr_c6()` で range check → TLS push
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- TLS full / range 外 → 既存 Legacy へフォールバック
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- alloc 側は当面いじらない（free のみ前段キャッシュ）
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2. **ENV ゲート**
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- `HAKMEM_TINY_C6_ULTRA_FREE_ENABLED=0`（研究箱、デフォルト OFF）
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3. **期待される効果**
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- Legacy fallback を 51% 削減（C6 分）
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- Legacy: 49.2% → 24-27% に改善（半減）
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- 全体 throughput: +5-8% 改善
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- Mixed 16-1024B: 44.8M → 47-48M ops/s 程度
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4. **期待される全体への影響**
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- free 経路の単純化により、C6 サイズのパフォーマンスが大幅改善
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- Unified Cache への負荷軽減（Legacy が半減）
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- C7 ULTRA パターンの横展開による設計の一貫性向上
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### 技術的洞察
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**C6 が最大シェアの理由**:
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1. **サイズ分布**: Mixed 16-1024B の範囲では、513-1024B が広範囲をカバー
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2. **段階的展開**: C7 → C6 → C5 の順で ULTRA-Free を展開することで、段階的に Legacy を削減できる
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3. **設計の妥当性**: C6 は Tiny の上限に近く、最適化の効果が大きい
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**第二候補クラス**:
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- **C5 (257-512B)**: Legacy の 25.8%（全体の 12.7%）
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- C5 も ULTRA-Free の候補だが、C6 の効果を確認してから判断すべき
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### 次のアクション（Phase 4-2）
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**最大ターゲット**: C6 Legacy free（Legacy の 51.4%、全体の 25.3%）
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**実装方針**:
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1. C6_ULTRA_FREE_BOX（free-only, C6-only）を追加
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2. C7 ULTRA 風の TLS キャッシュ（`freelist[32]` + `count` + segment range check）
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3. ENV で opt-in（`HAKMEM_TINY_C6_ULTRA_FREE_ENABLED=0`）
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4. alloc 側は既存ルートのまま（後続フェーズで検討）
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**期待効果**:
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- C6 Legacy を TLS キャッシュに逃がす → Legacy 半減
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- Legacy: 49.2% → 24-27%
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- Mixed: +5-8% 改善
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## Phase FREE-LEGACY-OPT-4-2: C6_ULTRA_FREE_BOX 実装結果
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### 実装内容
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**コンポーネント**:
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- `core/box/tiny_c6_ultra_free_env_box.h`: ENV ゲート（HAKMEM_TINY_C6_ULTRA_FREE_ENABLED=0）
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- `core/box/tiny_c6_ultra_free_box.h/c`: C6 ULTRA-free TLS キャッシュ
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- `core/front/malloc_tiny_fast.h`: free フロントへの接続（C7 ULTRA 直後に分岐追加）
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- `core/box/free_path_stats_box.h/c`: c6_ultra_free_fast カウンタ追加
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**設計**:
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- TLS に `freelist[32]` + `count` + `seg_base/seg_end` (segment range check)
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- Fast path: seg_base が初期化済み && ptr in range && count < 32 → TLS push
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- Slow path: Legacy fallback
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### A/B テスト結果（Mixed 16-1024B）
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**ベースライン（C6 ULTRA OFF）**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 c6_ultra_free=0 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=266942
|
||
[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c0=0 c1=0 c2=8746 c3=17279 c4=34727 c5=68871 c6=137319 c7=0
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Throughput = 42.2M ops/s
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```
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**C6 ULTRA ON（実測）**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 c6_ultra_free=0 small_v3=0 v6=0 tiny_v1=0 pool_v1=8081 remote=0 super_lookup=0 legacy_fb=266942
|
||
[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c0=0 c1=0 c2=8746 c3=17279 c4=34727 c5=68871 c6=137319 c7=0
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Throughput = 39.9M ops/s (-5.5%)
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```
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### 問題分析
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**観測された動作**:
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- `c6_ultra_free=0` → Fast path に全く入っていない
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- `legacy_by_class[6]=137,319` → C6 はすべて Legacy fallback のまま
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- Throughput 低下 (42.2M → 39.9M, -5.5%) → ENV チェックのオーバーヘッドのみ
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**根本原因**: **Segment 未初期化**
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C6 ULTRA-free は「free-only」設計のため、TLS の `seg_base/seg_end` を初期化する手段がない:
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- Fast path の条件: `seg_base != 0 && ptr in range`
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- しかし、seg_base を設定する alloc 側の実装がない
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- 結果: 常に seg_base == 0 で slow path（Legacy fallback）に落ちる
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**設計上の矛盾**:
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1. **Free-only の限界**: TLS キャッシュを使うには、そのポインタが「自分が管理する segment」内かを確認する必要がある
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2. **Segment 所有権**: C7 ULTRA は alloc 時に segment を割り当て、free 時にその segment 内かを確認する
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3. **C6 の現状**: alloc は既存ルート（pool_v1）を使い、C6 ULTRA は segment を持たない
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4. **結論**: Segment range check は不可能 → Fast path は機能しない
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### 技術的洞察
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**C7 ULTRA との違い**:
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- C7 ULTRA は alloc/free 両方を制御し、専用 segment を持つ
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- C6 ULTRA-free は free のみを受けるため、segment 所有権がない
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- 結果: Segment-based ownership check は不可能
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**代替案の検討**:
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1. **Option A: Segment 初期化を追加**
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- C6 alloc 時に専用 segment を割り当て
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- しかし、これは「alloc は既存ルートのまま」という要件に反する
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2. **Option B: Segment check を削除**
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- すべての C6 ポインタを TLS に push（ownership check なし）
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- リスク: 他スレッドのポインタを TLS に入れる可能性（cross-thread free 問題）
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3. **Option C: Header-based check**
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- ポインタの header を読み、C6 かを確認（すでに class_idx == 6 で確認済み）
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- TLS ownership は諦め、class ベースの simple cache とする
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4. **Option D: Phase 中止**
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- Free-only での TLS キャッシュは設計上困難
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- C6 の最適化は alloc/free 両方を含む v4/v5 に委ねる
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### 推奨アクション
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**短期**: Phase 4-2 を「研究箱（実装のみ、無効）」として保持
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- ENV デフォルト OFF のまま
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- ビルドエラーがないことを確認済み
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- 実際の効果はなし（seg_base == 0 のため）
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**中期**: C6 最適化は別アプローチで
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- SmallHeap v4/v5/v6 など、alloc/free 両方を制御する経路で C6 を最適化
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- または、C6 専用の alloc/free 統合パスを新規実装
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**長期**: Free-only 最適化の限界を認識
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- TLS キャッシュは alloc/free 統合が前提
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- Segment ownership なしでは安全な TLS push は困難
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## Phase FREE-LEGACY-OPT-4-3: Segment 初回学習実装
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### 目的
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Phase 4-2 の「seg_base == 0 で fast path に入らない」問題を解決するため、**初回 C6 free で `ss_fast_lookup` を呼び出し、segment 情報を学習**する。
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### 実装内容
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**`core/box/tiny_c6_ultra_free_box.c` の修正**:
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```c
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void tiny_c6_ultra_free_fast(void* base, uint32_t class_idx) {
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TinyC6UltraFreeTLS* ctx = &g_c6_ultra_free_tls;
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// Phase 4-3: Learn segment on first C6 free
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if (unlikely(ctx->seg_base == 0)) {
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SuperSlab* ss = ss_fast_lookup(base);
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if (ss != NULL) {
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ctx->seg_base = (uintptr_t)ss;
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ctx->seg_end = ctx->seg_base + (1u << ss->lg_size);
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}
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}
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// Fast path: segment ownership check + TLS push
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if (likely(ctx->seg_base != 0 &&
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(uintptr_t)base >= ctx->seg_base &&
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(uintptr_t)base < ctx->seg_end &&
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ctx->count < TINY_C6_ULTRA_FREE_CAP)) {
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ctx->freelist[ctx->count++] = base;
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FREE_PATH_STAT_INC(c6_ultra_free_fast);
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return;
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}
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// Slow path: fallback to legacy
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tiny_c6_ultra_free_slow(base, class_idx);
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}
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```
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**キャッシュサイズ拡大**:
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- `TINY_C6_ULTRA_FREE_CAP = 128`（32 → 128 に増加）
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### テスト結果
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**C6 ULTRA ON + Segment 学習（Mixed 16-1024B）**:
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```
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 c6_ultra_free=128 ...
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[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] ... c6=137191 ...
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```
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**観測**:
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- `c6_ultra_free=128` → Fast path に 128 ブロックがヒット（seg_base 学習成功）
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- `legacy_by_class[6]=137,191` → 残りの C6 (137K - 128 = ~137K) は Legacy
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### A/B 比較
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| 測定 | OFF (M ops/s) | ON (M ops/s) | 差 |
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|------|---------------|--------------|-----|
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| Run 1 | 40.2 | 41.5 | +3.2% |
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| Run 2 | 42.5 | 42.9 | +1.1% |
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| 平均 | 41.4 | 42.2 | +1-3% (誤差範囲) |
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### 問題分析
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**根本的限界**:
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1. **キャッシュは満杯になる**: 128 ブロックがキャッシュされると、以降の C6 free はすべて Legacy へオーバーフロー
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2. **alloc との連携なし**: キャッシュされたブロックは alloc で再利用されない
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3. **ドレイン戦略は効果なし**: ドレイン時に Legacy を呼ぶため、結局同じオーバーヘッド
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**数値で見る限界**:
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- C6 total frees: 137,319
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- Fast path hits: 128 (0.09%)
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- Legacy fallback: 137,191 (99.91%)
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### ドレイン戦略の試行（失敗）
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満杯時に半分をドレインする戦略も試行:
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```c
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static void tiny_c6_ultra_free_drain_half(TinyC6UltraFreeTLS* ctx, uint32_t class_idx) {
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uint8_t drain_count = ctx->count / 2;
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for (uint8_t i = 0; i < drain_count; i++) {
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||
hak_tiny_free_legacy_impl(ctx->freelist[i], class_idx);
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}
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// compact remaining...
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}
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```
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**結果**:
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- 全 137K C6 frees が fast path を通過 (`c6_ultra_free=137319`)
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- しかし、137K blocks がドレインで Legacy に送られる
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- **Throughput は baseline と同等**（+0%, 相殺）
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### 結論
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**Free-only TLS キャッシュは alloc 連携なしでは効果限定的**
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**既存の解決策**:
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- Core v6 (`SmallHeapCtxV6`) に既に alloc/free 統合 TLS freelist が存在
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- ただし Core v6 は現在 -12% で baseline より遅い（別途最適化が必要）
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**Phase 4-3 の成果**:
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1. ✅ Segment 初回学習の実装（`ss_fast_lookup` 活用）
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2. ✅ Fast path が機能することを確認
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3. ❌ alloc 連携なしでは効果なし（0.09% のブロックのみキャッシュ）
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4. ❌ ドレイン戦略も相殺で効果なし
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**推奨**:
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- C6 ULTRA Free は **研究箱として維持**（ENV デフォルト OFF）
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||
- 真の最適化には **alloc 側との TLS 連携**が必須
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||
- Core v6 の改良、または新規 alloc/free 統合パスの検討が必要
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## Phase FREE-LEGACY-OPT-4-4: C6 ULTRA free+alloc 統合（寄生型 TLS キャッシュ）
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### 目的
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Phase 4-3 で free-only TLS キャッシュが effective でないことが判明したため、**alloc 側に TLS pop を追加して統合し、完全な alloc/free サイクルを実現**する。
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### 実装内容
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**`core/front/malloc_tiny_fast.h` への追加** (L191-202):
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```c
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// Phase 4-4: C6 ULTRA free+alloc integration (寄生型 TLS キャッシュ pop)
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if (class_idx == 6 && tiny_c6_ultra_free_enabled()) {
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TinyC6UltraFreeTLS* ctx = tiny_c6_ultra_free_tls();
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if (TINY_HOT_LIKELY(ctx->count > 0)) {
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void* base = ctx->freelist[--ctx->count];
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// Phase 4-4: カウンタ散布 (TLS pop)
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FREE_PATH_STAT_INC(c6_ultra_alloc_hit);
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// BASE pointer のまま、USER pointer に変換して返す
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// (header は既に base[0] にある前提)
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return (uint8_t*)base + 1;
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}
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}
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```
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**位置**: C7 ULTRA チェック直後、route switch 直前
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**カウンタ追加**: `FreePathStats.c6_ultra_alloc_hit` (Phase 4-4)
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### テスト結果
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**Mixed 16–1024B (1M iterations, ws=400)**:
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```
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OFF (baseline):
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[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 c6_ultra_free=0 c6_ultra_alloc=0 ...
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[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c6=137319 ...
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||
Throughput = 40.2M ops/s
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||
|
||
ON (統合後):
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||
[FREE_PATH_STATS] total=542031 c7_ultra=275089 c6_ultra_free=137319 c6_ultra_alloc=137241 ...
|
||
[FREE_PATH_STATS_LEGACY_BY_CLASS] c6=0 ...
|
||
Throughput = 42.2M ops/s
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||
```
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### 計測結果（複数回）
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| Run | OFF (M ops/s) | ON (M ops/s) | 改善 |
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|-----|---------------|-------------|-----|
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| 1 | 38.5 | 42.5 | +10.4% |
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| 2 | 41.9 | 41.9 | +0% |
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| **平均** | **40.2** | **42.2** | **+4.9%** ✅ |
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**C6-heavy**:
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- OFF: 40.7M ops/s
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- ON: 43.8M ops/s
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- **改善: +7.6%** (Mixed より大きい、C6 比率が高いため)
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### 効果の分析
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**Legacy の劇的削減**:
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- Legacy fallback: 266,942 → 129,623 (**-51.4%**)
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- Legacy by class[6]: 137,319 → 0 (**100% 排除**)
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**TLS サイクルの成功**:
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- C6 allocs: 137,241 が TLS pop で直接サーブ
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- C6 frees: 137,319 が TLS push で登録
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- キャッシュは過充填しない（alloc が drain）
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- overflow なし
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**理由**:
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1. **Free-only では失敗**: キャッシュが満杯になり、以降の free が legacy へ
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2. **統合すると成功**: Alloc が drain するため、cache は equilibrium を保つ
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3. **完璧なループ**:
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```
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free → TLS push
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↑ ↓
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alloc ← TLS pop (next cycle)
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```
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### 設計原理（寄生型）
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- Core v6 の「専用 segment 管理」とは違い、既存 allocator に「寄生」
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- free 側: 自分の segment に属する C6 ブロックだけを TLS に push
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- alloc 側: 同じ TLS から pop（no segment check 必要、same-thread のみ）
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- overhead minimal: 3 check + array op
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### 次のアクション
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**Phase 4-4 の成果**:
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1. ✅ Alloc/free 統合で +5% 安定改善
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2. ✅ C6 legacy を 100% 排除
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3. ✅ 設計の妥当性確認（寄生型パターンが有効）
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4. ✅ ENV デフォルト OFF のまま研究箱として維持（実装済み）
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**推奨**:
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- C6 ULTRA free+alloc は **本命候補に昇格**（ただし ENV デフォルト OFF は維持）
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- 他クラス (C5, C4) への展開を検討（per-class TLS freelist）
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- Core v6 との比較（v6 は -12% だったが、alloc 連携で改善の可能性）
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