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🚨 重大発見: TLS SLL Head 汚染 (2025-12-03)

Status: 🔴 CRITICAL - 根本原因が明確に Commit: 4d2784c52 Discovery: ChatGPT による診断強化で判明

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発見内容

以前の仮説（間違い）

問題: ポインタが16バイトずれてる
原因: next ポインタのオフセット計算エラー
→ 修正: tiny_next_off() の検証

新しい真実（正しい）

問題: TLS SLL の head 自体が ゴミ値に上書きされてる
原因: TLS領域への外部からの不正な書き込み
→ 修正: 書き込み元を特定して防止する必要あり

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診断実行結果（/tmp/sh8_short.log）

ログから見える汚染パターン

[TLS_SLL_SANITIZE] stage=pop_enter cls=1 head=0x749fe96c0990 meta_cls=255 idx=-1 ss=(nil)

解釈:

• head=0x749fe96c0990 → SuperSlabレジストリに登録されてない
• meta_cls=255 → 無効なメタデータ（0xff）
• idx=-1 → そのアドレスはSlabの範囲外
• ss=(nil) → hak_super_lookup() が NULL返却

重要な観察

1. SuperSlab登録は成功

   Superslab register class0/1/2/6 で map_count=4
   

2. しかしその直後、TLS headが壊れてる

   pop_enter 時点ですでに head が正しくない
   

3. 汚染値はランダム

   head=0x749fe96c0990 (その時々で違う値)
   

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根本原因分析

パターン認識

兆候	解釈
SuperSlab登録成功	→ 割り当ては正常
head がゴミ値	→ TLS領域が上書きされた
meta_cls=255	→ ユーザーデータなどの無関係な値
汚染値が無登録	→ 誰かが意図せず書き込んだ

可能性のある原因

原因1: TLS変数境界オーバーフロー ⭐⭐⭐

// TLS領域が連続してて、隣の変数がオーバーフロー？
struct {
    TlsSllBucket g_tls_sll[TINY_NUM_CLASSES];  // ← ここが破壊される
    ...other TLS vars...                        // ← ここからのoverflow?
} tls_state;

症状と一致:

• g_tls_sll が破壊される（他の領域は無視）
• 値がランダム（overflow元の値に依存）

原因2: memset/memcpy 範囲エラー ⭐⭐

// どこかで誤った範囲で memset/memcpy?
memset(ptr, 0, size);  // size が大きすぎる？
memcpy(dst, src, len);  // len が大きすぎる？

症状と一致:

• TLS領域が一部破壊される（全体ではない）
• 初期化時の特定タイミングで発生

原因3: TLS初期化の重複実行 ⭐

// スレッド初期化が2回実行される？
tls_state_init();  // 1回目 - OK
tls_state_init();  // 2回目 - head を上書き?

症状と一致:

• head が新しい値に置き換わる
• SuperSlab登録後に発生

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現在のサニタイズ（防御的対策）

tls_sll_sanitize_head() の動作

// push/pop の入口で実行
if (head が SuperSlab に登録されてない) {
    fprintf(stderr, "[TLS_SLL_SANITIZE] ...");
    g_tls_sll[class_idx].head = NULL;
    count = 0;
}

効果:

• ✅ 破損リストが伝播するのを防ぐ
• ✅ その後の割り当てが新しいリストを使う
• ✅ ログで汚染を検知できる

制限:

• ⚠️ 根本原因（何が書き込んでるか）は未解決
• ⚠️ フリーリストの喪失（メモリリーク）
• ⚠️ パフォーマンス低下の可能性

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次のChatGPTタスク（優先順位順）

Task A: TLS領域のメモリレイアウト完全監査 ⭐⭐⭐

目的: 隣接変数のオーバーフロー候補を特定

実行内容:

# TLS変数の宣言と位置を全て特定
grep -r "^__thread" core/
grep -r "_Thread_local" core/

# 各変数のサイズを計算
# → 隣接変数がオーバーフローできる大きさか確認

チェック項目:

• g_tls_sll のサイズ（確認: 8 * sizeof(TlsSllBucket)）
• その直後の変数は何か
• その変数がオーバーフローできるサイズか
• メモリレイアウト図を作成

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Task B: 全ての memset/memcpy/memmove 監査 ⭐⭐⭐

目的: 誤った範囲の書き込みを特定

実行内容:

# TLS領域をなめてる全ての memXxx 呼び出しを特定
grep -r "memset.*tls\|memcpy.*tls\|memmove.*tls" core/

# 特にサイズ計算エラーがないか確認

チェック項目:

• memset で sizeof() 使ってるか、hardcode じゃないか
• memcpy の src/dst/len が正確か
• TLS領域全体をリセットしてる場所がないか
• オフセット計算エラーがないか

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Task C: TLS初期化の重複/競合検査 ⭐⭐

目的: 初期化処理が複数回実行されないことを確認

実行内容:

// hakmem_tls_state_box.inc に追加:
static _Atomic int g_tls_init_count = 0;

static inline void tls_state_init() {
    int count = atomic_fetch_add(&g_tls_init_count, 1);
    if (count > 0) {
        fprintf(stderr, "[TLS_INIT_DUPLICATE] count=%d THREAD_ID=%p\n", count, ...);
    }
    // ... 初期化 ...
}

チェック項目:

• 各スレッドで init が1回だけ実行されるか
• コンテキストスイッチ中に2重実行される可能性
• pthread_once() や similar mechanism があるか

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追加の診断情報

ログから読める情報

[TLS_SLL_SANITIZE] stage=pop_enter cls=1 head=0x749fe96c0990 meta_cls=255 idx=-1 ss=(nil)
     ↑                          ↑  ↑                          ↑         ↑
     |                          |  |                          |         └─ Lookup失敗
     |                          |  |                          └─ 無効メタデータ
     |                          |  └─ 汚染されたhead値
     |                          └─ クラス1
     └─ pop開始時に検出

推測:

1. pop_enter で head を読む
2. その値は「どこかから」上書きされてる
3. 上書き時期: push直後～pop直前の間
4. 上書き値: 無関係なポインタ（memory garbage）

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パフォーマンス影響

現在のサニタイズ

tls_sll_sanitize_head() {
    hak_super_lookup();  // O(1) hash lookup
    slab_index_for();    // O(1)
    metadata check;      // O(1)
    if (corrupted) reset; // O(1)
}

コスト: 1-5 サイクル/pop（許容範囲）

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まとめ

現在判明したこと ✅

1. 問題の本質: TLS head が外部から上書きされてる
2. 次ポインタオフセットではない - 仮説は誤り
3. 防御機構は機能中 - sanitize で検知・リセット可能
4. 根本原因は未特定 - TLS領域の誰かが書き込んでる

必要な調査

1. TLS領域のメモリレイアウト完全把握
2. 全ての memXxx 操作の監査
3. TLS初期化の重複チェック

期待される成果

これら3つのタスクを実行すれば、真の原因が必ず見つかるはず。

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技術的インパクト

項目	影響
根本原因	TLS領域への不正な書き込み（外部）
修正難度	中程度（原因特定後は簡単）
パフォーマンス	現在の防御は< 2%
安全性	サニタイズで破損伝播を防ぐ（良）
長期展望	根本原因を排除すれば性能回復

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次のステップ: ChatGPT に Task A/B/C を指示

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Document created: 2025-12-03 Commit: 4d2784c52 Discovery: ChatGPT diagnostic logging revealed head corruption, not offset issue