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Phase 6.15 P0.3 完了報告: EVOLUTION復元 + 環境変数制御

Date: 2025-10-22 Status: ✅ 完了 Goal: EVOLUTION復元 + 環境変数制御実装（デフォルト無効）

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📊 Executive Summary

実装完了内容

✅ EVOLUTION block 復元: #if 0 → #if HAKMEM_FEATURE_EVOLUTION ✅ 環境変数制御追加: HAKMEM_EVO_SAMPLE（デフォルト=0で無効） ✅ 性能検証完了: system malloc とほぼ同等（+1.0%）

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🔧 実装詳細

1. グローバル変数追加 (hakmem.c:61-62)

// Phase 6.15 P0.3: EVO Sampling Control (environment variable)
static uint64_t g_evo_sample_mask = 0;  // 0 = disabled (default), (1<<N)-1 = sample every 2^N calls

目的: サンプリング頻度を環境変数で制御

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2. 環境変数読み込み (hakmem.c:283-300)

// Phase 6.15 P0.3: Configure EVO sampling from environment variable
// HAKMEM_EVO_SAMPLE: 0=disabled (default), N=sample every 2^N calls
// Example: HAKMEM_EVO_SAMPLE=10 → sample every 1024 calls
//          HAKMEM_EVO_SAMPLE=16 → sample every 65536 calls
char* evo_sample_str = getenv("HAKMEM_EVO_SAMPLE");
if (evo_sample_str && atoi(evo_sample_str) > 0) {
    int freq = atoi(evo_sample_str);
    if (freq >= 64) {
        fprintf(stderr, "[hakmem] Warning: HAKMEM_EVO_SAMPLE=%d too large, using 63\n", freq);
        freq = 63;
    }
    g_evo_sample_mask = (1ULL << freq) - 1;
    HAKMEM_LOG("EVO sampling enabled: every 2^%d = %llu calls\n",
               freq, (unsigned long long)(g_evo_sample_mask + 1));
} else {
    g_evo_sample_mask = 0;  // Disabled by default
    HAKMEM_LOG("EVO sampling disabled (HAKMEM_EVO_SAMPLE not set or 0)\n");
}

機能:

• 環境変数未設定 → g_evo_sample_mask = 0（無効、最速）
• HAKMEM_EVO_SAMPLE=10 → 1024回に1回サンプリング
• HAKMEM_EVO_SAMPLE=16 → 65536回に1回サンプリング（極軽量）
• 上限64（オーバーフロー防止）

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3. EVOLUTION Block 復元 (hakmem.c:400-417)

Before (P0.2):

#if 0 // HAKMEM_FEATURE_EVOLUTION  ← 無効化（性能悪化の原因）
    static _Atomic uint64_t tick_counter = 0;
    if ((atomic_fetch_add(&tick_counter, 1) & 0x3FF) == 0) {
        clock_gettime(...);
    }
#endif

After (P0.3):

#if HAKMEM_FEATURE_EVOLUTION  ← 復元
    // Only sample if enabled via HAKMEM_EVO_SAMPLE environment variable
    if (g_evo_sample_mask > 0) {  ← 環境変数で制御
        static _Atomic uint64_t tick_counter = 0;
        if ((atomic_fetch_add(&tick_counter, 1) & g_evo_sample_mask) == 0) {
            struct timespec now;
            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
            uint64_t now_ns = now.tv_sec * 1000000000ULL + now.tv_nsec;

            if (hak_evo_tick(now_ns)) {
                int new_strategy = hak_elo_select_strategy();
                atomic_store(&g_cached_strategy_id, new_strategy);
            }
        }
    }
#endif

重要な変更:

• if (g_evo_sample_mask > 0) チェック追加 → デフォルトで完全に無効化
• & g_evo_sample_mask → 固定値 0x3FF から動的マスクへ変更

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📊 ベンチマーク結果

Test 1: デフォルト（EVOLUTION無効）

./bench_allocators --allocator hakmem-baseline --scenario json --iterations 10000

結果:

hakmem-baseline,json,10000,210,17,0,0,4758892

• 平均時間: 210ns/op
• Throughput: 4.76M ops/sec

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Test 2: system malloc（比較）

./bench_allocators --allocator system --scenario json --iterations 10000

結果:

system,json,10000,208,17,0,0,4802216

• 平均時間: 208ns/op
• Throughput: 4.80M ops/sec

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Test 3: EVOLUTION有効（1024サンプリング）

HAKMEM_EVO_SAMPLE=10 ./bench_allocators --allocator hakmem-baseline --scenario json --iterations 10000

結果:

hakmem-baseline,json,10000,215,17,0,0,4639566

• 平均時間: 215ns/op
• Throughput: 4.64M ops/sec

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比較表

モード	平均時間	ops/sec	vs system	備考
hakmem (default, EVO無効)	210ns	4.76M	+1.0%	✅ 最速
system malloc	208ns	4.80M	baseline	比較基準
hakmem (EVO有効, 1024)	215ns	4.64M	+3.4%	学習ON時

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✅ 検証項目

1. ✅ EVOLUTION復元成功: #if 0 → #if HAKMEM_FEATURE_EVOLUTION
2. ✅ 環境変数制御動作: HAKMEM_EVO_SAMPLE 正常動作
3. ✅ デフォルト無効: 環境変数未設定で g_evo_sample_mask = 0
4. ✅ 性能維持: system malloc と +1.0% （ほぼ同等）
5. ✅ サンプリングON時オーバーヘッド: +2.4% (210ns → 215ns) 許容範囲

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🎯 次のステップ

Option A: larson ベンチマークで再テスト（推奨しない）

理由:

• larson は重すぎて調査に不向き（26分実行）
• 小サイズ混合allocation で mutex オーバーヘッドが支配的
• TLS実装（Step 3）まで待つべき

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Option B: Step 3へ進む（推奨）

次フェーズ: Phase 6.15 Step 3 (TLS Multi-threaded)

目標:

• Thread-Local Storage (TLS) 実装
• Tiny Pool / L2 Pool / L2.5 Pool を TLS化
• 95%+ のロック回避 → 13-15M ops/sec on larson (4T)

見積もり: 8-10時間

根拠:

• Phase 6.13 で TLS validation 済み (+123-146% 実証済み)
• 軽量ベンチマークは既に system と同等
• TLS なしでは larson の性能改善は不可能

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📝 学んだこと

1. EVOLUTION無効化は逆効果だった

P0.2の結果:

• EVOLUTION無効化 → 性能41%悪化（1.05M → 0.62M）
• Pool ERROR 発生
• 初期化依存関係の複雑さ

教訓: 部分的無効化より、環境変数で完全制御する方が安全

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2. デフォルト無効 + opt-in が最適

設計:

• デフォルト: g_evo_sample_mask = 0（無効、最速）
• 必要時のみ: HAKMEM_EVO_SAMPLE=10（学習ON）

利点:

• ✅ 初期性能: system と同等
• ✅ 学習機能: オプトイン可能
• ✅ デバッグ: 環境変数で簡単に切り替え

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3. 軽量ベンチマークの重要性

larson vs bench_allocators:

項目	larson	bench_allocators
実行時間	26分	<1秒
サイズ範囲	8-1024B混合	64KB固定
デバッグ向き	❌	✅

教訓: 基本性能確認は軽量ベンチマークで、本番想定は重量ベンチマークで

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🚀 推奨アクション

1. ✅ P0.3 完了確認 - このドキュメント作成
2. ⏭️ CURRENT_TASK.md 更新 - 次のステップ記録
3. ⏭️ Step 3 計画立案 - TLS実装詳細設計
4. ⏭️ ultrathink 起動 - TLS実装計画作成

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Status: ✅ P0.3 完了、次は Step 3（TLS実装）へ