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- Update environment profile presets and visibility analysis - Enhance small object and tiny segment v4 box implementations - Refine C7 ultra and C6 heavy allocation strategies - Add comprehensive performance metrics and design documentation 🤖 Generated with Claude Code Co-Authored-By: Claude Haiku 4.5 <noreply@anthropic.com>
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# TINY_C7_ULTRA_DESIGN
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## 目的
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- C7 (1024B) 向け mimalloc 型超高速パス（ULTRA）を用意し、Mixed 16–1024B を mimalloc の 5 割近辺まで寄せる。
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- 学習層や stats の仕組みは残しつつ、C7 同一スレッドのホットパスからは極力それらを排除する。
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## 箱構造
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- Hot: TinyC7UltraBox（TLS freelist + C7 専用セグメントを握る同一スレッド専用箱）
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- Cold: C7UltraSegmentBox（C7 専用セグメント管理。現段階では設計のみで未実装）
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- 既存 Cold: Superslab / WarmPool / Guard / Remote / Stats は既存の箱のまま。ULTRA は原則触らない。
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## 決定事項（芯）
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1. C7 専用ページ源
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- ULTRA は「C7 専用セグメント」からページを取る（将来は mmap で 2〜4MiB 単位）。
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- v3/v4/Tiny v1 が握る C7 ページとは混ざらない前提。
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- UF-1 時点では C7UltraSegmentBox は未実装で、C7 ページ供給は既存 v3 経由の stub とする。
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2. free 時の ptr→page
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- ULTRA が扱う C7 ページは C7 専用セグメント上にのみ存在すると決める。
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- 将来像:
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- seg = p & ~(SEG_SIZE-1) で segment 基底。
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- seg が ULTRA 管理表にあれば offset / page_idx / page_meta から class=7 を取得し、ヘッダなしで freelist push。
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- 管理表に無ければ既存 v3/v4 free（ヘッダあり）にフォールバック。
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3. ULTRA と v3/v4 の責務分離
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- ULTRA ON: C7 アロケーションはすべて ULTRA 管理（v3/v4 は C7 ページを新規に取らない）。
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- ULTRA OFF: C7 は v3（現行本命）か v4 が処理する。
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- free: 「まず ULTRA セグメントか？」を判定し、ULTRA 管理外なら常に v3/v4 free へ落とすオーバーレイ構造。
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- Remote/cross-thread free は ULTRA 非対応。ULTRA は同一スレッド C7 専用 TLS box として設計。
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4. Fail-Fast ポリシー
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- ULTRA が扱わないポインタは必ず v3/v4 側でヘッダ検証・範囲チェックを行う。
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- ULTRA 内部不整合（将来フェーズ）は stats＋ワンショットログで可視化し、可能なら v3/v4 へフォールバック。
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## セグメント前提（UF-3 仕様）
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- SEG_SIZE: 2MiB (pow2)。seg_base = ptr & ~(SEG_SIZE-1) で判定可能にする。
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- セグメント構造（イメージ）:
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- base, seg_size (=2MiB), page_size (=TINY_PAGE_SIZE 想定), num_pages (=seg_size/page_size)
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- page_meta[num_pages]（freelist/used/capacity だけを持つ軽量構造）
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- free 時の判定:
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- seg = p & ~(SEG_SIZE-1) で ULTRA 管理セグメントか確認。
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- 管理外 → v3 free（ヘッダ付き経路）へフォールバック。
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- 管理内 → page_idx = (p - seg_base) >> PAGE_SHIFT で page_meta を取得し、ヘッダ無しで freelist push。
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- Remote/cross-thread free は UF-3 でも非対応（同一スレッド C7 専用のまま）。
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## UF-4: C7 ULTRA header light（研究箱）
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- 目的: C7 ULTRA の alloc/free から tiny_region_id_write_header の毎回実行を外し、carve 時だけに寄せる。
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- 手段: freelist の next をヘッダ直後に格納してヘッダを保持し、ENV `HAKMEM_TINY_C7_ULTRA_HEADER_LIGHT` (default 0) ON のときだけ carve 時に一括書き込み。alloc はヘッダ済みならスキップ。
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- Fail-Fast: ULTRA 管理外 ptr は従来どおり v3 free 経路へ落とす。
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## フェーズ
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- UF-1: 箱・ENV・front フックだけ stub で入れる（中身は v3 C7 経由、挙動変化なし）。
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- UF-2: ULTRA TLS freelist を実装（C7 ページ 1 枚を TLS で握る。同一スレッドのみ）。C7 ページ供給は当面 v3/v4 経由。
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- UF-3: C7UltraSegmentBox を実装し、ptr→segment mask でヘッダレス free に寄せる（セグメント 1 枚のみでも可）。
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- UF-4: C7 ULTRA header light を研究箱として追加し、ON/OFF A/B（Mixed / C7-only 両方）で評価する。
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