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ULTRA+MID v3 Generation Summary (2025-12-12)

概要

この世代（2025-12-10～12-12）で、Tiny/ULTRA 層の完成と MID v3 の本線採用により、0-1024B 範囲の性能最適化が完了しました。

層別状態まとめ

0-256B: Tiny/ULTRA（完成・凍結）

状態: Production (frozen) 性能: Mixed 16-1024B = 43.9M ops/s (baseline 30.6M → +43.5%)

完成内容:

• C4-C7 ULTRA: 寄生型 TLS cache で legacy 経路を 49% → 4.8% に削減
• v3 backend: alloc_current_hit=100%, free_retire=0.1% で堅牢に
• Dispatcher/gate snapshot: ENV/route を hot path から排除
• C7 ULTRA refill: division → bit shift で +11%

設計原則:

• Small object (C2-C7) = ULTRA 最適化済み（fast path/slow path 共に）
• v3 backend = ロジック完全最適化（残り 5% は header write/memcpy 等の内部コスト）
• 研究箱（v4/v5）は OFF で標準プロファイルに影響なし

詳細: PERF_EXEC_SUMMARY_ULTRA_PHASE_20251211.md

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257-768B: MID v3（本線採用）

状態: Production (mainline) 性能: C6-heavy = +11.1%, Mixed (257-768B) = +19.8%

完成内容:

• MID-V3-0～5: 型定義、RegionIdBox 統合、alloc/free 実装
• MID-V3-6: hakmem.c メイン経路統合（箱化モジュール化）
• Role separation: 257-768B 専用（C7 は ULTRA に任せる）
• Profile 採用: C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1 と MIXED_TINYV3_C7_SAFE でデフォルト ON

設計原則:

• Lane = TLS cache, Page = authoritative freelist（二重管理回避）
• RegionIdBox: ptr→page_meta O(1) lookup（TLS cached binary search）
• Batch refill: 16 items/batch（デフォルト、ENV 調整可能）

ENV:

HAKMEM_PROFILE=C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1  # または MIXED_TINYV3_C7_SAFE
# Auto-enables:
# HAKMEM_MID_V3_ENABLED=1
# HAKMEM_MID_V3_CLASSES=0x40  # C6 only

詳細: MID_POOL_V3_DESIGN.md

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769-1024B: C7 ULTRA（完成・凍結）

状態: Production (frozen) 性能: Optimized for 1KB allocations (ULTRA 層に統合済み)

設計原則:

• MID v3 から意図的に除外（C7 は ULTRA が最適）
• v4/v5/v6 研究箱も C7 には適用せず、ULTRA 経路を維持

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V6 C6-only Headerless（研究箱、V6-HDR-4 完成）

状態: Research box (frozen at V6-HDR-4) 性能: Cost almost neutral / slight positive (~1-2%)

完成内容:

• V6-HDR-0～3: 型定義、RegionIdBox 統合、alloc/free headerless 実装
• V6-HDR-4: Cold refill/retire、sanity test、構造検証完了
• 設計原則: 4層 Box Theory（L0 ULTRA / L1 TLS / L2 Segment / L3 Policy）

結論:

• Headerless 設計の実証完了
• コストほぼ相殺〜微プラス（1-2% 程度）
• 本線採用せず、研究箱として保持（将来の参考実装）

詳細: SMALL_V6_DESIGN.md

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役割分担の完成形

Size Range     | Allocator     | Status              | Performance
---------------|---------------|---------------------|------------------
0-256B         | Tiny/ULTRA    | Production (frozen) | +43.5% (Mixed)
257-768B       | MID v3        | Production          | +19.8% (257-768B)
769-1024B      | C7 ULTRA      | Production (frozen) | Optimized
1025B-52KB     | Pool          | Existing path       | Stable
52KB-2MB       | ACE           | Existing path       | Stable
2MB+           | Large mmap    | Existing path       | Stable

設計原則の統一

Box Modularization Pattern

全層で統一された箱化設計：

• Type Box: 型定義（*_box.h）
• ENV Box: 環境変数ゲート（*_env_box.h）
• Implementation: 実装（*.c）
• Cold Iface: L1/L2 境界インターフェース（*_cold_iface*.h）

RegionIdBox Integration

全層で統合された ptr→meta lookup：

• Tiny/ULTRA: REGION_KIND_SMALL_V6 / REGION_KIND_C7_ULTRA
• MID v3: REGION_KIND_MID_V3
• v6: REGION_KIND_SMALL_V6（headerless）
• TLS cached binary search で O(1) lookup

ENV-Controlled Routing

研究箱は明示 opt-in：

• v4/v5: HAKMEM_SMALL_HEAP_V[4|5]_ENABLED=1 + HAKMEM_SMALL_HEAP_V[4|5]_CLASSES=0x??
• v6: HAKMEM_SMALL_HEAP_V6_ENABLED=1 + HAKMEM_SMALL_HEAP_V6_CLASSES=0x40
• MID v3: HAKMEM_MID_V3_ENABLED=1 + HAKMEM_MID_V3_CLASSES=0x40（本線では Profile 経由で自動）

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本線プロファイル構成（2025-12-12 現在）

MIXED_TINYV3_C7_SAFE（標準 Mixed 16-1024B）

HAKMEM_PROFILE=MIXED_TINYV3_C7_SAFE
# Auto-enables:
# - Tiny/ULTRA (C7_SAFE profile)
# - MID v3 (257-768B, C6 only)
# - SmallObject v3 (C7-only backend)
# - Tiny front v3 + LUT + fast classify
# - v4/v5/v6 OFF (研究箱)

期待性能: 42-44M ops/s (Mixed 16-1024B, 1M iter, ws=400)

C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1（C6-heavy 257-768B）

HAKMEM_PROFILE=C6_HEAVY_LEGACY_POOLV1
# Auto-enables:
# - Tiny/ULTRA (C7_SAFE profile)
# - MID v3 (257-768B, C6 only)
# - SmallObject v3 (C7-only backend)
# - Pool v1 (flatten OFF)
# - v4/v5/v6 OFF (研究箱)

期待性能: 22-23M ops/s (C6-heavy 257-768B, 1M iter, ws=400)

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次世代テーマ候補

Option A: 小さめテーマ（+数％狙い）

so_alloc/so_free 枝削り:

• 現状の v3 backend で残っている条件分岐を削減
• alloc_current_hit=100% だが、内部に header write/check が残存
• 狙い: +1-3% 程度の微改善

メリット: 安全、既存設計の洗練 デメリット: 大きなジャンプはない

Option B: 次世代テーマ（大きめ変更）

MID/Pool v3 拡張:

• 現在 257-768B (C6 only) を C5 (128B) や C4 (64B) に拡張
• 狙い: 128-256B 範囲の改善（現在 Tiny/ULTRA が最適だが、さらなる実験）

C2/C3 ULTRA 実験:

• 16-64B 範囲に ULTRA 適用（現在 legacy 経路が主流）
• 狙い: 小サイズでも ULTRA の恩恵を受ける

メリット: 新しい最適化領域の開拓 デメリット: 既存の安定領域に影響する可能性

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まとめ

この世代で達成したこと

1. Tiny/ULTRA 完成: 0-256B で +43.5% (Mixed)、設計凍結
2. MID v3 本線採用: 257-768B で +19.8%、Profile デフォルト ON
3. C7 ULTRA 凍結: 769-1024B で最適化完了
4. v6 研究箱完成: C6-only headerless 実証（V6-HDR-4）

設計的な完成度

• 役割分担: 各サイズ範囲に最適化された allocator が明確
• Box 化: 全層で統一された箱化設計
• RegionIdBox: 全層で統合された ptr→meta lookup
• ENV 制御: 研究箱は明示 opt-in、本線は Profile 経由で安定

この世代の「形」

0-1024B の性能最適化が完了し、役割分担が明確になりました。この構成を「固定」として、次世代テーマは：

• 既存設計の洗練（枝削り）
• 新しい最適化領域の開拓（拡張実験）

のいずれかから選択できます。

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作成日: 2025-12-12 関連ドキュメント:

• PERF_EXEC_SUMMARY_ULTRA_PHASE_20251211.md
• MID_POOL_V3_DESIGN.md
• SMALL_V6_DESIGN.md
• ENV_PROFILE_PRESETS.md
• CURRENT_TASK.md