hakmem/docs/analysis/PHASE14_POINTER_CHASE_REDUCTION_2_NEXT_INSTRUCTIONS.md

Phase 14 v2: Pointer-Chase Reduction — Hot Path Integration Next Instructions（Tiny tcache intrusive LIFO）

Status

• Phase 14 v1（tcache L1 追加）は Mixed 10-run で NEUTRAL（+0.20% mean / +0.59% median）
  • 結果: docs/analysis/PHASE14_POINTER_CHASE_REDUCTION_1_AB_TEST_RESULTS.md
  • 実装: core/box/tiny_tcache_env_box.{h,c} / core/box/tiny_tcache_box.h / core/front/tiny_unified_cache.h
• ただし現状の v1 は free 側（unified_cache_push()）だけ tcache に入れて、alloc 側（tiny_hot_alloc_fast()）が tcache を消費しないため、
  • tcache が「実質 sink」になり、ROI が正しく測れない
  • “tcache-style” の前提（push/pop の対称）が崩れている

Phase 14 v2 は tiny front の実ホットパスに tcache を接続して、正しい A/B を取り直す。

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0. 目的（GO 条件）

Mixed 10-run（clean env）で:

• GO: mean +1.0% 以上
• NO-GO: mean -1.0% 以下（即 rollback / freeze）
• NEUTRAL: ±1.0%（research box freeze）

追加ゲート（必須）:

• HAKMEM_TINY_TCACHE=1 のとき tcache pop が実際に発生している（0 なら設計未通電）

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1. Box 図（境界 1 箇所）

L0: tiny_tcache_env_box        (ENV gate / refresh / rollback)
  ↓
L1: tiny_tcache_box            (intrusive LIFO: push/pop, cap)
  ↓
L2: tiny_front_hot_box         (hot alloc/free: tcache → unified_cache(FIFO))
  ↓
L3: cold/refill                (unified_cache_refill → SuperSlab)

境界は “tcache miss/overflow → 既存 UnifiedCache” の 1 箇所に固定する。

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2. 実装パッチ順（小さく積む）

Patch 1: Hot alloc に tcache pop を接続（必須）

対象:

• core/box/tiny_front_hot_box.h

変更:

• tiny_hot_alloc_fast(int class_idx) の先頭で
  • tiny_tcache_try_pop(class_idx) を試す
  • HIT なら tiny_header_finalize_alloc(base, class_idx) で即 return
  • MISS なら既存の FIFO（cache->slots[head]）へフォールバック

要件:

• tcache OFF（default）ではホット経路が肥大しないよう最小差分にする
• “確信がないなら fallback” を厳守（Fail-Fast）

Patch 2: Hot free に tcache push を接続（推奨）

対象:

• core/box/tiny_front_hot_box.h

変更:

• tiny_hot_free_fast(int class_idx, void* base) の先頭で
  • tiny_tcache_try_push(class_idx, base) を試す
  • SUCCESS なら return 1
  • overflow / disabled のときだけ既存 FIFO へ

狙い:

• unified_cache_push() 経由以外の “直 push” 経路でも tcache が効く状態にする

Patch 3: 可視化（最小・TLS）

対象候補:

• core/box/tiny_tcache_box.h（TLS カウンタ）

追加（debug / research 用）:

• tcache_pop_hit/miss
• tcache_push_hit/overflow
• “ワンショット dump” を 1 回だけ（ENV opt-in）で出せるようにする

禁止:

• hot path に atomic 統計を置かない（Phase 12 / POOL-DN-BATCH の教訓）

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3. A/B テスト（同一バイナリ）

Baseline:

HAKMEM_TINY_TCACHE=0 scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh

Optimized:

HAKMEM_TINY_TCACHE=1 scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh

追加（効果が class 依存か確認）:

HAKMEM_BENCH_C7_ONLY=1 HAKMEM_TINY_TCACHE=0 scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh
HAKMEM_BENCH_C7_ONLY=1 HAKMEM_TINY_TCACHE=1 scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh

cap 探索（research、必要なときだけ）:

HAKMEM_TINY_TCACHE=1 HAKMEM_TINY_TCACHE_CAP=32  scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh
HAKMEM_TINY_TCACHE=1 HAKMEM_TINY_TCACHE_CAP=64  scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh
HAKMEM_TINY_TCACHE=1 HAKMEM_TINY_TCACHE_CAP=128 scripts/run_mixed_10_cleanenv.sh

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4. 健康診断（必須）

scripts/verify_health_profiles.sh

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5. 判定と扱い

• GO: bench_profile への昇格は MIXED_TINYV3_C7_SAFE のみから開始（段階的）
• NEUTRAL/NO-GO: Phase 14 v2 は research box として freeze（default OFF のまま）
• Rollback:
  • export HAKMEM_TINY_TCACHE=0

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6. 追加調査（やるなら最小 2 本だけ）

Phase 14 v2 が NEUTRAL の場合、これ以上 “cap 探索” を無制限に回すより、まず原因を 2 本に絞る:

1. tcache hit 率の可視化（TLS カウンタのみ、atomic 禁止）

   • tiny_tcache_try_pop/push の hit/miss/overflow を TLS で数え、Mixed/C7-only で “本当に hit しているか” を確認する。

2. TLS-only nextptr wrapper（fence なし）を tcache 専用に導入する v3

   • tiny_next_load/store は汎用 SSOT のため fence / header restore 分岐を含む。
   • tcache は TLS-only なので、tiny_nextptr_offset() だけを使い、load/store は memcpy/直書き（fenceなし）にする “tcache専用 next” を L1 に閉じ込めて A/B。

上記 2 本が “当たらない” 場合は、Phase 14 系（tcache 追加）は freeze を確定し、別の構造差（metadata/segment/remote/footprint）へ移る。