hakmem/README_PERF_ANALYSIS.md

HAKMEM Allocator Performance Analysis Results

分析実施日: 2025-11-28
分析対象: HAKMEM allocator (commit 0ce20bb83)
ベンチマーク: bench_random_mixed (1,000,000 ops, working set=256)
ツール: Linux perf (record/stat/report/annotate)

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📊 クイックサマリー

指標	HAKMEM	System malloc	差分
Throughput	55.7M ops/s	86.7M ops/s	-35.7% ❌
IPC	2.12	2.09	+1.4% ✅
Branch Miss	2.56%	3.39%	-24.5% ✅
Cache Miss	9.28%	13.26%	-30.0% ✅
Instructions	167M	94M	+78.4% ❌
Cache Refs	1.86M	340K	+448% ❌

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

メインレポート

1. PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md ⭐

   • エグゼクティブサマリー
   • トップ3ボトルネック
   • 最適化ロードマップ (Phase 1-3)
   • すぐに試せるコマンド

2. perf_analysis_summary.md

   • 詳細分析レポート (9.4KB)
   • 全ボトルネックの説明
   • 優先度付き最適化提案 (5項目)
   • 実測効果予測 (楽観的/保守的シナリオ)

3. perf_comparison_chart.txt

   • 視覚的比較チャート
   • ASCII バーグラフ形式

生データ

4. perf_hakmem_stats.txt - HAKMEM の perf stat 出力
5. perf_system_stats.txt - System malloc の perf stat 出力
6. perf_hakmem_hotspots.txt - ホットスポット詳細 (perf report)
7. perf_hakmem_callgraph.txt - コールグラフ (perf report -g)
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

1. SuperSlab 初期化 (23.83% CPU時間)

• 原因: 4つの memset() で 1MB-2MB をゼロクリア
• 対策: memset 削除 (mmap は既にゼロ初期化済み)
• 効果: +10-15% throughput
• 実装箇所: /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_superslab.c:912-915

2. 多層分岐ルーティング (36M branches)

• 原因: smallmid → tiny → mid → ACE の順次チェック
• 対策: Dispatch table で一発判定
• 効果: +5-8% throughput

3. 過剰なキャッシュアクセス (1.86M refs)

• 原因: SuperSlab メタデータが大きい、Hot/Cold 混在
• 対策: Cache line 最適化 (hot fields を先頭64Bに集約)
• 効果: +3-5% cache efficiency

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🎯 推奨アクション

すぐに試せる (1-2日)

cd /mnt/workdisk/public_share/hakmem

# 1. memset 削除版
cp core/hakmem_tiny_superslab.c core/hakmem_tiny_superslab.c.bak
sed -i '912,915s/^/\/\/ PERF_OPT: /' core/hakmem_tiny_superslab.c
make clean && make
./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42

# 2. mincore 無効化版
make clean
make CFLAGS="-DHAKMEM_DISABLE_MINCORE_CHECK=1"
./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42

期待効果: 55M → 63-67M ops/s (+13-20%)

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📈 最適化ロードマップ

Phase	実装期間	目標	施策
Phase 1	1-2日	65M ops/s (+17%)	memset削除, mincore無効化, likely hints
Phase 2	1週間	77M ops/s (+39%)	dispatch table, 512KB SuperSlab, LTO, cache line
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

プロファイリング

# ホットスポット分析
perf record -g ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42
perf report --stdio | head -100 > perf_hakmem_hotspots.txt

# 統計比較
perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses \
  ./bench_random_mixed_hakmem 1000000 256 42 2>&1 | tee perf_hakmem_stats.txt

perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses \
  ./bench_random_mixed_system 1000000 256 42 2>&1 | tee perf_system_stats.txt

# コールグラフ
perf report --stdio -g graph,0.5,caller --no-children | head -200 > perf_hakmem_callgraph.txt

# アノテーション
perf annotate --stdio malloc > perf_annotate_malloc.txt

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📚 関連ファイル

ソースコード

• /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/hak_alloc_api.inc.h - Alloc API
• /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/box/hak_free_api.inc.h - Free API
• /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_tiny_superslab.c - SuperSlab 実装
• /mnt/workdisk/public_share/hakmem/core/hakmem_shared_pool.c - Shared Pool

ベンチマーク

• /mnt/workdisk/public_share/hakmem/bench_random_mixed_hakmem - HAKMEM版
• /mnt/workdisk/public_share/hakmem/bench_random_mixed_system - System malloc版

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🔍 詳細を読むには

1. 全体像を把握: PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md を読む (5分)
2. 詳細な分析: perf_analysis_summary.md を読む (15分)
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:

1. PERF_ANALYSIS_EXECUTIVE_SUMMARY.md を開く
2. "すぐに試せるコマンド" を実行
3. スループット改善を確認

質問・フィードバック: 分析者 Claude Code (Sonnet 4.5)