662164545bf82bfae7f3b80d4b0f8f3ac3960cdd
[ghc-hetmet.git] / ghc / docs / users_guide / profiling.sgml
1 <chapter id="profiling">
2   <title>Profiling</Title>
3   <indexterm><primary>profiling</primary>
4   </indexterm>
5   <indexterm><primary>cost-centre profiling</primary></indexterm>
6
7   <para> Glasgow Haskell comes with a time and space profiling
8   system. Its purpose is to help you improve your understanding of
9   your program's execution behaviour, so you can improve it.</para>
10   
11   <para> Any comments, suggestions and/or improvements you have are
12   welcome.  Recommended &ldquo;profiling tricks&rdquo; would be
13   especially cool! </para>
14
15   <para>Profiling a program is a three-step process:</para>
16
17   <orderedlist>
18     <listitem>
19       <para> Re-compile your program for profiling with the
20       <literal>-prof</literal> option, and probably one of the
21       <literal>-auto</literal> or <literal>-auto-all</literal>
22       options.  These options are described in more detail in <xref
23       linkend="prof-compiler-options"> </para>
24       <indexterm><primary><literal>-prof</literal></primary>
25       </indexterm>
26       <indexterm><primary><literal>-auto</literal></primary>
27       </indexterm>
28       <indexterm><primary><literal>-auto-all</literal></primary>
29       </indexterm>
30     </listitem>
31
32     <listitem>
33       <para> Run your program with one of the profiling options, eg.
34       <literal>+RTS -p -RTS</literal>.  This generates a file of
35       profiling information.</para>
36       <indexterm><primary><option>-p</option></primary><secondary>RTS
37       option</secondary></indexterm>
38     </listitem>
39       
40     <listitem>
41       <para> Examine the generated profiling information, using one of
42       GHC's profiling tools.  The tool to use will depend on the kind
43       of profiling information generated.</para>
44     </listitem>
45     
46   </orderedlist>
47   
48   <sect1>
49     <title>Cost centres and cost-centre stacks</title>
50     
51     <para>GHC's profiling system assigns <firstterm>costs</firstterm>
52     to <firstterm>cost centres</firstterm>.  A cost is simply the time
53     or space required to evaluate an expression.  Cost centres are
54     program annotations around expressions; all costs incurred by the
55     annotated expression are assigned to the enclosing cost centre.
56     Furthermore, GHC will remember the stack of enclosing cost centres
57     for any given expression at run-time and generate a call-graph of
58     cost attributions.</para>
59
60     <para>Let's take a look at an example:</para>
61
62     <programlisting>
63 main = print (nfib 25)
64 nfib n = if n < 2 then 1 else nfib (n-1) + nfib (n-2)
65 </programlisting>
66
67     <para>Compile and run this program as follows:</para>
68
69     <screen>
70 $ ghc -prof -auto-all -o Main Main.hs
71 $ ./Main +RTS -p
72 121393
73 $
74 </screen>
75
76     <para>When a GHC-compiled program is run with the
77     <option>-p</option> RTS option, it generates a file called
78     <filename>&lt;prog&gt;.prof</filename>.  In this case, the file
79     will contain something like this:</para>
80
81 <screen>
82           Fri May 12 14:06 2000 Time and Allocation Profiling Report  (Final)
83
84            Main +RTS -p -RTS
85
86         total time  =        0.14 secs   (7 ticks @ 20 ms)
87         total alloc =   8,741,204 bytes  (excludes profiling overheads)
88
89 COST CENTRE          MODULE     %time %alloc
90
91 nfib                 Main       100.0  100.0
92
93
94                                               individual     inherited
95 COST CENTRE              MODULE      entries %time %alloc   %time %alloc
96
97 MAIN                     MAIN             0    0.0   0.0    100.0 100.0
98  main                    Main             0    0.0   0.0      0.0   0.0
99  CAF                     PrelHandle       3    0.0   0.0      0.0   0.0
100  CAF                     PrelAddr         1    0.0   0.0      0.0   0.0
101  CAF                     Main             6    0.0   0.0    100.0 100.0
102   main                   Main             1    0.0   0.0    100.0 100.0
103    nfib                  Main        242785  100.0 100.0    100.0 100.0
104 </screen>
105
106
107     <para>The first part of the file gives the program name and
108     options, and the total time and total memory allocation measured
109     during the run of the program (note that the total memory
110     allocation figure isn't the same as the amount of
111     <emphasis>live</emphasis> memory needed by the program at any one
112     time; the latter can be determined using heap profiling, which we
113     will describe shortly).</para>
114
115     <para>The second part of the file is a break-down by cost centre
116     of the most costly functions in the program.  In this case, there
117     was only one significant function in the program, namely
118     <function>nfib</function>, and it was responsible for 100&percnt;
119     of both the time and allocation costs of the program.</para>
120
121     <para>The third and final section of the file gives a profile
122     break-down by cost-centre stack.  This is roughly a call-graph
123     profile of the program.  In the example above, it is clear that
124     the costly call to <function>nfib</function> came from
125     <function>main</function>.</para>
126
127     <para>The time and allocation incurred by a given part of the
128     program is displayed in two ways: &ldquo;individual&rdquo;, which
129     are the costs incurred by the code covered by this cost centre
130     stack alone, and &ldquo;inherited&rdquo;, which includes the costs
131     incurred by all the children of this node.</para>
132
133     <para>The usefulness of cost-centre stacks is better demonstrated
134     by  modifying the example slightly:</para>
135
136     <programlisting>
137 main = print (f 25 + g 25)
138 f n  = nfib n
139 g n  = nfib (n `div` 2)
140 nfib n = if n < 2 then 1 else nfib (n-1) + nfib (n-2)
141 </programlisting>
142
143     <para>Compile and run this program as before, and take a look at
144     the new profiling results:</para>
145
146 <screen>
147 COST CENTRE              MODULE         scc  %time %alloc   %time %alloc
148
149 MAIN                     MAIN             0    0.0   0.0    100.0 100.0
150  main                    Main             0    0.0   0.0      0.0   0.0
151  CAF                     PrelHandle       3    0.0   0.0      0.0   0.0
152  CAF                     PrelAddr         1    0.0   0.0      0.0   0.0
153  CAF                     Main             9    0.0   0.0    100.0 100.0
154   main                   Main             1    0.0   0.0    100.0 100.0
155    g                     Main             1    0.0   0.0      0.0   0.2
156     nfib                 Main           465    0.0   0.2      0.0   0.2
157    f                     Main             1    0.0   0.0    100.0  99.8
158     nfib                 Main        242785  100.0  99.8    100.0  99.8
159 </screen>
160
161     <para>Now although we had two calls to <function>nfib</function>
162     in the program, it is immediately clear that it was the call from
163     <function>f</function> which took all the time.</para>
164
165     <para>The actual meaning of the various columns in the output is:</para>
166
167     <variablelist>
168       <varlistentry>
169         <term>entries</term>
170         <listitem>
171           <para>The number of times this particular point in the call
172           graph was entered.</para>
173         </listitem>
174       </varlistentry>
175
176       <varlistentry>
177         <term>individual &percnt;time</term>
178         <listitem>
179           <para>The percentage of the total run time of the program
180           spent at this point in the call graph.</para>
181         </listitem>
182       </varlistentry>
183
184       <varlistentry>
185         <term>individual &percnt;alloc</term>
186         <listitem>
187           <para>The percentage of the total memory allocations
188           (excluding profiling overheads) of the program made by this
189           call.</para>
190         </listitem>
191       </varlistentry>
192
193       <varlistentry>
194         <term>inherited &percnt;time</term>
195         <listitem>
196           <para>The percentage of the total run time of the program
197           spent below this point in the call graph.</para>
198         </listitem>
199       </varlistentry>
200
201       <varlistentry>
202         <term>inherited &percnt;alloc</term>
203         <listitem>
204           <para>The percentage of the total memory allocations
205           (excluding profiling overheads) of the program made by this
206           call and all of its sub-calls.</para>
207         </listitem>
208       </varlistentry>
209     </variablelist>
210
211     <para>In addition you can use the <Option>-P</Option> RTS option
212     <indexterm><primary><option>-P</option></primary></indexterm> to
213     get the following additional information:</para>
214
215     <variablelist>
216       <varlistentry>
217         <term><literal>ticks</literal></term>
218         <listitem>
219           <para>The raw number of time &ldquo;ticks&rdquo; which were
220           attributed to this cost-centre; from this, we get the
221           <literal>&percnt;time</literal> figure mentioned
222           above.</para>
223         </listitem>
224       </varlistentry>
225
226       <varlistentry>
227         <term><literal>bytes</literal></term>
228         <listItem>
229           <para>Number of bytes allocated in the heap while in this
230           cost-centre; again, this is the raw number from which we get
231           the <literal>&percnt;alloc</literal> figure mentioned
232           above.</para>
233         </listItem>
234       </varListEntry>
235     </variablelist>
236
237     <para>What about recursive functions, and mutually recursive
238     groups of functions?  Where are the costs attributed?  Well,
239     although GHC does keep information about which groups of functions
240     called each other recursively, this information isn't displayed in
241     the basic time and allocation profile, instead the call-graph is
242     flattened into a tree.  The XML profiling tool (described in <xref
243     linkend="prof-xml-tool">) will be able to display real loops in
244     the call-graph.</para>
245
246     <sect2><title>Inserting cost centres by hand</title>
247
248       <para>Cost centres are just program annotations.  When you say
249       <option>-auto-all</option> to the compiler, it automatically
250       inserts a cost centre annotation around every top-level function
251       in your program, but you are entirely free to add the cost
252       centre annotations yourself.</para>
253
254       <para>The syntax of a cost centre annotation is</para>
255
256       <programlisting>
257      {-# SCC "name" #-} &lt;expression&gt;
258 </programlisting>
259
260       <para>where <literal>"name"</literal> is an aribrary string,
261       that will become the name of your cost centre as it appears
262       in the profiling output, and
263       <literal>&lt;expression&gt;</literal> is any Haskell
264       expression.  An <literal>SCC</literal> annotation extends as
265       far to the right as possible when parsing.</para>
266
267     </sect2>
268
269     <sect2 id="prof-rules">
270       <title>Rules for attributing costs</title>
271
272       <para>The cost of evaluating any expression in your program is
273       attributed to a cost-centre stack using the following rules:</para>
274
275       <itemizedlist>
276         <listitem>
277           <para>If the expression is part of the
278           <firstterm>one-off</firstterm> costs of evaluating the
279           enclosing top-level definition, then costs are attributed to
280           the stack of lexically enclosing <literal>SCC</literal>
281           annotations on top of the special <literal>CAF</literal>
282           cost-centre. </para>
283         </listitem>
284
285         <listitem>
286           <para>Otherwise, costs are attributed to the stack of
287           lexically-enclosing <literal>SCC</literal> annotations,
288           appended to the cost-centre stack in effect at the
289           <firstterm>call site</firstterm> of the current top-level
290           definition<footnote> <para>The call-site is just the place
291           in the source code which mentions the particular function or
292           variable.</para></footnote>.  Notice that this is a recursive
293           definition.</para>
294         </listitem>
295
296         <listitem>
297           <para>Time spent in foreign code (see <xref linkend="ffi">)
298           is always attributed to the cost centre in force at the
299           Haskell call-site of the foreign function.</para>
300         </listitem>
301       </itemizedlist>
302
303       <para>What do we mean by one-off costs?  Well, Haskell is a lazy
304       language, and certain expressions are only ever evaluated once.
305       For example, if we write:</para>
306
307       <programlisting>
308 x = nfib 25
309 </programlisting>
310
311       <para>then <varname>x</varname> will only be evaluated once (if
312       at all), and subsequent demands for <varname>x</varname> will
313       immediately get to see the cached result.  The definition
314       <varname>x</varname> is called a CAF (Constant Applicative
315       Form), because it has no arguments.</para>
316
317       <para>For the purposes of profiling, we say that the expression
318       <literal>nfib 25</literal> belongs to the one-off costs of
319       evaluating <varname>x</varname>.</para>
320
321       <para>Since one-off costs aren't strictly speaking part of the
322       call-graph of the program, they are attributed to a special
323       top-level cost centre, <literal>CAF</literal>.  There may be one
324       <literal>CAF</literal> cost centre for each module (the
325       default), or one for each top-level definition with any one-off
326       costs (this behaviour can be selected by giving GHC the
327       <option>-caf-all</option> flag).</para>
328
329       <indexterm><primary><literal>-caf-all</literal></primary>
330       </indexterm>
331
332       <para>If you think you have a weird profile, or the call-graph
333       doesn't look like you expect it to, feel free to send it (and
334       your program) to us at
335       <email>glasgow-haskell-bugs@haskell.org</email>.</para>
336     </sect2>
337   </sect1>
338
339   <sect1 id="prof-compiler-options">
340     <title>Compiler options for profiling</title>
341
342     <indexterm><primary>profiling</primary><secondary>options</secondary></indexterm>
343     <indexterm><primary>options</primary><secondary>for profiling</secondary></indexterm>
344
345     <variableList>
346       <varListEntry>
347         <term><Option>-prof</Option>:</Term>
348         <indexterm><primary><option>-prof</option></primary></indexterm>
349         <listItem>
350           <para> To make use of the profiling system
351           <emphasis>all</emphasis> modules must be compiled and linked
352           with the <option>-prof</option> option. Any
353           <literal>SCC</literal> annotations you've put in your source
354           will spring to life.</para>
355
356           <para> Without a <option>-prof</option> option, your
357           <literal>SCC</literal>s are ignored; so you can compile
358           <literal>SCC</literal>-laden code without changing
359           it.</para>
360         </listItem>
361       </varListEntry>
362     </variablelist>
363       
364     <para>There are a few other profiling-related compilation options.
365     Use them <emphasis>in addition to</emphasis>
366     <option>-prof</option>.  These do not have to be used consistently
367     for all modules in a program.</para>
368
369     <variablelist>
370       <varlistentry>
371         <term><option>-auto</option>:</Term>
372         <indexterm><primary><option>-auto</option></primary></indexterm>
373         <indexterm><primary>cost centres</primary><secondary>automatically inserting</secondary></indexterm>
374         <listItem>
375           <para> GHC will automatically add
376           <Function>&lowbar;scc&lowbar;</Function> constructs for all
377           top-level, exported functions.</para>
378         </listItem>
379       </varListEntry>
380       
381       <varListEntry>
382         <term><option>-auto-all</option>:</Term>
383         <indexterm><primary><option>-auto-all</option></primary></indexterm>
384         <listItem>
385           <para> <Emphasis>All</Emphasis> top-level functions,
386           exported or not, will be automatically
387           <Function>&lowbar;scc&lowbar;</Function>'d.</para>
388         </listItem>
389       </varListEntry>
390
391       <varListEntry>
392         <term><option>-caf-all</option>:</Term>
393         <indexterm><primary><option>-caf-all</option></primary></indexterm>
394         <listItem>
395           <para> The costs of all CAFs in a module are usually
396           attributed to one &ldquo;big&rdquo; CAF cost-centre. With
397           this option, all CAFs get their own cost-centre.  An
398           &ldquo;if all else fails&rdquo; option&hellip;</para>
399         </listItem>
400       </varListEntry>
401
402       <varListEntry>
403         <term><option>-ignore-scc</option>:</Term>
404         <indexterm><primary><option>-ignore-scc</option></primary></indexterm>
405         <listItem>
406           <para>Ignore any <Function>&lowbar;scc&lowbar;</Function>
407           constructs, so a module which already has
408           <Function>&lowbar;scc&lowbar;</Function>s can be compiled
409           for profiling with the annotations ignored.</para>
410         </listItem>
411       </varListEntry>
412
413     </variableList>
414
415   </sect1>
416
417   <sect1 id="prof-time-options">
418     <title>Time and allocation profiling</Title>
419
420     <para>To generate a time and allocation profile, give one of the
421     following RTS options to the compiled program when you run it (RTS
422     options should be enclosed between <literal>+RTS...-RTS</literal>
423     as usual):</para>
424
425     <variableList>
426       <varListEntry>
427         <term><Option>-p</Option> or <Option>-P</Option>:</Term>
428         <indexterm><primary><option>-p</option></primary></indexterm>
429         <indexterm><primary><option>-P</option></primary></indexterm>
430         <indexterm><primary>time profile</primary></indexterm>
431         <listItem>
432           <para>The <Option>-p</Option> option produces a standard
433           <Emphasis>time profile</Emphasis> report.  It is written
434           into the file
435           <Filename><replaceable>program</replaceable>.prof</Filename>.</para>
436
437           <para>The <Option>-P</Option> option produces a more
438           detailed report containing the actual time and allocation
439           data as well.  (Not used much.)</para>
440         </listitem>
441       </varlistentry>
442
443       <varlistentry>
444         <term><option>-px</option>:</term>
445         <indexterm><primary><option>-px</option></primary></indexterm>
446         <listitem>
447           <para>The <option>-px</option> option generates profiling
448           information in the XML format understood by our new
449           profiling tool, see <xref linkend="prof-xml-tool">.</para>
450         </listitem>
451       </varlistentry>
452
453       <varlistentry>
454         <term><option>-xc</option></term>
455         <indexterm><primary><option>-xc</option></primary><secondary>RTS
456         option</secondary></indexterm>
457         <listitem>
458           <para>This option makes use of the extra information
459           maintained by the cost-centre-stack profiler to provide
460           useful information about the location of runtime errors.
461           See <xref linkend="rts-options-debugging">.</para>
462         </listitem>
463       </varlistentry>
464
465     </variableList>
466     
467   </sect1>
468
469   <sect1 id="prof-heap">
470     <title>Profiling memory usage</title>
471
472     <para>In addition to profiling the time and allocation behaviour
473     of your program, you can also generate a graph of its memory usage
474     over time.  This is useful for detecting the causes of
475     <firstterm>space leaks</firstterm>, when your program holds on to
476     more memory at run-time that it needs to.  Space leaks lead to
477     longer run-times due to heavy garbage collector ativity, and may
478     even cause the program to run out of memory altogether.</para>
479
480     <para>To generate a heap profile from your program:</para>
481
482     <orderedlist>
483       <listitem>
484         <para>Compile the program for profiling (<xref
485         linkend="prof-compiler-options">).</para>
486       </listitem>
487       <listitem>
488         <para>Run it with one of the heap profiling options described
489         below (eg. <option>-hc</option> for a basic producer profile).
490         This generates the file
491         <filename><replaceable>prog</replaceable>.hp</filename>.</para>
492       </listitem>
493       <listitem>
494         <para>Run <command>hp2ps</command> to produce a Postscript
495         file,
496         <filename><replaceable>prog</replaceable>.ps</filename>.  The
497         <command>hp2ps</command> utility is described in detail in
498         <xref linkend="hp2ps">.</para> 
499       </listitem>
500       <listitem>
501         <para>Display the heap profile using a postscript viewer such
502         as <application>Ghostview</application>, or print it out on a
503         Postscript-capable printer.</para>
504       </listitem>
505     </orderedlist>
506
507     <sect2 id="rts-options-heap-prof">
508       <title>RTS options for heap profiling</title>
509
510       <para>There are several different kinds of heap profile that can
511       be generated.  All the different profile types yield a graph of
512       live heap against time, but they differ in how the live heap is
513       broken down into bands.  The following RTS options select which
514       break-down to use:</para>
515
516       <variablelist>
517         <varlistentry>
518           <term><option>-hc</option></term>
519           <indexterm><primary><option>-hc</option></primary><secondary>RTS
520           option</secondary></indexterm>
521           <listitem>
522             <para>Breaks down the graph by the cost-centre stack which
523             produced the data.</para>
524           </listitem>
525         </varlistentry>
526
527         <varlistentry>
528           <term><option>-hm</option></term>
529           <indexterm><primary><option>-hm</option></primary><secondary>RTS
530           option</secondary></indexterm>
531           <listitem>
532             <para>Break down the live heap by the module containing
533             the code which produced the data.</para>
534           </listitem>
535         </varlistentry>
536
537         <varlistentry>
538           <term><option>-hd</option></term>
539           <indexterm><primary><option>-hd</option></primary><secondary>RTS
540           option</secondary></indexterm>
541           <listitem>
542             <para>Breaks down the graph by <firstterm>closure
543             description</firstterm>.  For actual data, the description
544             is just the constructor name, for other closures it is a
545             compiler-generated string identifying the closure.</para>
546           </listitem>
547         </varlistentry>
548
549         <varlistentry>
550           <term><option>-hy</option></term>
551           <indexterm><primary><option>-hy</option></primary><secondary>RTS
552           option</secondary></indexterm>
553           <listitem>
554             <para>Breaks down the graph by
555             <firstterm>type</firstterm>.  For closures which have
556             function type or unknown/polymorphic type, the string will
557             represent an approximation to the actual type.</para>
558           </listitem>
559         </varlistentry>
560         
561         <varlistentry>
562           <term><option>-hr</option></term>
563           <indexterm><primary><option>-hr</option></primary><secondary>RTS
564           option</secondary></indexterm>
565           <listitem>
566             <para>Break down the graph by <firstterm>retainer
567             set</firstterm>.  Retainer profiling is described in more
568             detail below (<xref linkend="retainer-prof">).</para>
569           </listitem>
570         </varlistentry>
571
572         <varlistentry>
573           <term><option>-hb</option></term>
574           <indexterm><primary><option>-hb</option></primary><secondary>RTS
575           option</secondary></indexterm>
576           <listitem>
577             <para>Break down the graph by
578             <firstterm>biography</firstterm>.  Biographical profiling
579             is described in more detail below (<xref
580             linkend="biography-prof">).</para>
581           </listitem>
582         </varlistentry>
583       </variablelist>
584
585       <para>In addition, the profile can be restricted to heap data
586       which satisfies certain criteria - for example, you might want
587       to display a profile by type but only for data produced by a
588       certain module, or a profile by retainer for a certain type of
589       data.  Restrictions are specified as follows:</para>
590       
591       <variablelist>
592         <varlistentry>
593           <term><option>-hc</option><replaceable>name</replaceable>,...</term>
594           <indexterm><primary><option>-hc</option></primary><secondary>RTS
595           option</secondary></indexterm>
596           <listitem>
597             <para>Restrict the profile to closures produced by
598             cost-centre stacks with one of the specified cost centres
599             at the top.</para>
600           </listitem>
601         </varlistentry>
602
603         <varlistentry>
604           <term><option>-hC</option><replaceable>name</replaceable>,...</term>
605           <indexterm><primary><option>-hC</option></primary><secondary>RTS
606           option</secondary></indexterm>
607           <listitem>
608             <para>Restrict the profile to closures produced by
609             cost-centre stacks with one of the specified cost centres
610             anywhere in the stack.</para>
611           </listitem>
612         </varlistentry>
613
614         <varlistentry>
615           <term><option>-hm</option><replaceable>module</replaceable>,...</term>
616           <indexterm><primary><option>-hm</option></primary><secondary>RTS
617           option</secondary></indexterm>
618           <listitem>
619             <para>Restrict the profile to closures produced by the
620             specified modules.</para>
621           </listitem>
622         </varlistentry>
623
624         <varlistentry>
625           <term><option>-hd</option><replaceable>desc</replaceable>,...</term>
626           <indexterm><primary><option>-hd</option></primary><secondary>RTS
627           option</secondary></indexterm>
628           <listitem>
629             <para>Restrict the profile to closures with the specified
630             description strings.</para>
631           </listitem>
632         </varlistentry>
633
634         <varlistentry>
635           <term><option>-hy</option><replaceable>type</replaceable>,...</term>
636           <indexterm><primary><option>-hy</option></primary><secondary>RTS
637           option</secondary></indexterm>
638           <listitem>
639             <para>Restrict the profile to closures with the specified
640             types.</para>
641           </listitem>
642         </varlistentry>
643         
644         <varlistentry>
645           <term><option>-hr</option><replaceable>cc</replaceable>,...</term>
646           <indexterm><primary><option>-hr</option></primary><secondary>RTS
647           option</secondary></indexterm>
648           <listitem>
649             <para>Restrict the profile to closures with retainer sets
650             containing cost-centre stacks with one of the specified
651             cost centres at the top.</para>
652           </listitem>
653         </varlistentry>
654
655         <varlistentry>
656           <term><option>-hb</option><replaceable>bio</replaceable>,...</term>
657           <indexterm><primary><option>-hb</option></primary><secondary>RTS
658           option</secondary></indexterm>
659           <listitem>
660             <para>Restrict the profile to closures with one of the
661             specified biographies, where
662             <replaceable>bio</replaceable> is one of
663             <literal>lag</literal>, <literal>drag</literal>,
664             <literal>void</literal>, or <literal>use</literal>.</para>
665           </listitem>
666         </varlistentry>
667       </variablelist>
668
669       <para>For example, the following options will generate a
670       retainer profile restricted to <literal>Branch</literal> and
671       <literal>Leaf</literal> constructors:</para>
672
673 <screen>
674 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hdBranch,Leaf
675 </screen>
676
677       <para>There can only be one "break-down" option
678       (eg. <option>-hr</option> in the example above), but there is no
679       limit on the number of further restrictions that may be applied.
680       All the options may be combined, with one exception: GHC doesn't
681       currently support mixing the <option>-hr</option> and
682       <option>-hb</option> options.</para>
683
684       <para>There's one more option which relates to heap
685       profiling:</para>
686
687       <variablelist>
688         <varlistentry>
689           <term><Option>-i<replaceable>secs</replaceable></Option>:</Term>
690           <indexterm><primary><option>-i</option></primary></indexterm>
691           <listItem>
692             <para> Set the profiling (sampling) interval to
693             <replaceable>secs</replaceable> seconds (the default is
694             0.1&nbsp;second).  Fractions are allowed: for example
695             <Option>-i0.2</Option> will get 5 samples per second.
696             This only affects heap profiling; time profiles are always
697             sampled on a 1/50 second frequency.</para>
698           </listItem>
699         </varlistentry>
700       </variablelist>
701
702     </sect2>
703     
704     <sect2 id="retainer-prof">
705       <title>Retainer Profiling</title>
706
707       <para>Retainer profiling is designed to help answer questions
708       like <quote>why is this data being retained?</quote>.  We start
709       by defining what we mean by a retainer:</para>
710
711       <blockquote>
712         <para>A retainer is either the system stack, or an unevaluated
713         closure (thunk).</para>
714       </blockquote>
715
716       <para>In particular, constructors are <emphasis>not</emphasis>
717       retainers.</para>
718
719       <para>An object A is retained by an object B if object A can be
720       reached by recursively following pointers starting from object
721       B but not meeting any other retainers on the way.  Each object
722       has one or more retainers, collectively called its
723       <firstterm>retainer set</firstterm>.</para>
724
725       <para>When retainer profiling is requested by giving the program
726       the <option>-hr</option> option, a graph is generated which is
727       broken down by retainer set.  A retainer set is displayed as a
728       set of cost-centre stacks; because this is usually too large to
729       fit on the profile graph, each retainer set is numbered and
730       shown abbreviated on the graph along with its number, and the
731       full list of retainer sets is dumped into the file
732       <filename><replaceable>prog</replaceable>.prof</filename>.</para>
733
734       <para>Retainer profiling requires multiple passes over the live
735       heap in order to discover the full retainer set for each
736       object, which can be quite slow.  So we set a limit on the
737       maximum size of a retainer set, where all retainer sets larger
738       than the maximum retainer set size are replaced by the special
739       set <literal>MANY</literal>.  The maximum set size defaults to 8
740       and can be altered with the <option>-R</option> RTS
741       option:</para>
742       
743       <variablelist>
744         <varlistentry>
745           <term><option>-R</option><replaceable>size</replaceable></term>
746           <listitem>
747             <para>Restrict the number of elements in a retainer set to
748             <replaceable>size</replaceable> (default 8).</para>
749           </listitem>
750         </varlistentry>
751       </variablelist>
752
753       <sect3>
754         <title>Hints for using retainer profiling</title>
755
756         <para>The definition of retainers is designed to reflect a
757         common cause of space leaks: a large structure is retained by
758         an unevaluated computation, and will be released once the
759         compuation is forced.  A good example is looking up a value in
760         a finite map, where unless the lookup is forced in a timely
761         manner the unevaluated lookup will cause the whole mapping to
762         be retained.  These kind of space leaks can often be
763         eliminated by forcing the relevant computations to be
764         performed eagerly, using <literal>seq</literal> or strictness
765         annotations on data constructor fields.</para>
766
767         <para>Often a particular data structure is being retained by a
768         chain of unevaluated closures, only the nearest of which will
769         be reported by retainer profiling - for example A retains B, B
770         retains C, and C retains a large structure.  There might be a
771         large number of Bs but only a single A, so A is really the one
772         we're interested in eliminating.  However, retainer profiling
773         will in this case report B as the retainer of the large
774         structure.  To move further up the chain of retainers, we can
775         ask for another retainer profile but this time restrict the
776         profile to B objects, so we get a profile of the retainers of
777         B:</para>
778
779 <screen>
780 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hcB
781 </screen>
782         
783         <para>This trick isn't foolproof, because there might be other
784         B closures in the heap which aren't the retainers we are
785         interested in, but we've found this to be a useful technique
786         in most cases.</para>
787       </sect3>
788     </sect2>
789
790     <sect2 id="biography-prof">
791       <title>Biographical Profiling</title>
792
793       <para>A typical heap object may be in one of the following four
794       states at each point in its lifetime:</para>
795
796       <itemizedlist>
797         <listitem>
798           <para>The <firstterm>lag</firstterm> stage, which is the
799           time between creation and the first use of the
800           object,</para>
801         </listitem>
802         <listitem>
803           <para>the <firstterm>use</firstterm> stage, which lasts from
804           the first use until the last use of the object, and</para>
805         </listitem>
806         <listitem>
807           <para>The <firstterm>drag</firstterm> stage, which lasts
808           from the final use until the last reference to the object
809           is dropped.</para>
810         </listitem>
811         <listitem>
812           <para>An object which is never used is said to be in the
813           <firstterm>void</firstterm> state for its whole
814           lifetime.</para>
815         </listitem>
816       </itemizedlist>
817
818       <para>A biographical heap profile displays the portion of the
819       live heap in each of the four states listed above.  Usually the
820       most interesting states are the void and drag states: live heap
821       in these states is more likely to be wasted space than heap in
822       the lag or use states.</para>
823
824       <para>It is also possible to break down the heap in one or more
825       of these states by a different criteria, by restricting a
826       profile by biography.  For example, to show the portion of the
827       heap in the drag or void state by producer: </para>
828
829 <screen>
830 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hc -hbdrag,void
831 </screen>
832
833       <para>Once you know the producer or the type of the heap in the
834       drag or void states, the next step is usually to find the
835       retainer(s):</para>
836
837 <screen>
838 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hc<replaceable>cc</replaceable>...
839 </screen>
840
841       <para>NOTE: this two stage process is required because GHC
842       cannot currently profile using both biographical and retainer
843       information simultaneously.</para>
844     </sect2>
845
846   </sect1>
847
848   <sect1 id="prof-xml-tool">
849     <title>Graphical time/allocation profile</title>
850
851     <para>You can view the time and allocation profiling graph of your
852     program graphically, using <command>ghcprof</command>.  This is a
853     new tool with GHC 4.08, and will eventually be the de-facto
854     standard way of viewing GHC profiles<footnote><para>Actually this
855     isn't true any more, we are working on a new tool for
856     displaying heap profiles using Gtk+HS, so
857     <command>ghcprof</command> may go away at some point in the future.</para>
858       </footnote></para>
859
860     <para>To run <command>ghcprof</command>, you need
861     <productname>daVinci</productname> installed, which can be
862     obtained from <ulink
863     url="http://www.informatik.uni-bremen.de/daVinci/"><citetitle>The Graph
864     Visualisation Tool daVinci</citetitle></ulink>.  Install one of
865     the binary
866     distributions<footnote><para><productname>daVinci</productname> is
867     sadly not open-source :-(.</para></footnote>, and set your
868     <envar>DAVINCIHOME</envar> environment variable to point to the
869     installation directory.</para>
870
871     <para><command>ghcprof</command> uses an XML-based profiling log
872     format, and you therefore need to run your program with a
873     different option: <option>-px</option>.  The file generated is
874     still called <filename>&lt;prog&gt;.prof</filename>.  To see the
875     profile, run <command>ghcprof</command> like this:</para>
876
877     <indexterm><primary><option>-px</option></primary></indexterm>
878
879 <screen>
880 $ ghcprof &lt;prog&gt;.prof
881 </screen>
882
883     <para>which should pop up a window showing the call-graph of your
884     program in glorious detail.  More information on using
885     <command>ghcprof</command> can be found at <ulink
886     url="http://www.dcs.warwick.ac.uk/people/academic/Stephen.Jarvis/profiler/index.html"><citetitle>The
887     Cost-Centre Stack Profiling Tool for
888     GHC</citetitle></ulink>.</para>
889
890   </sect1>
891
892   <sect1 id="hp2ps">
893     <title><command>hp2ps</command>&ndash;&ndash;heap profile to PostScript</title>
894
895     <indexterm><primary><command>hp2ps</command></primary></indexterm>
896     <indexterm><primary>heap profiles</primary></indexterm>
897     <indexterm><primary>postscript, from heap profiles</primary></indexterm>
898     <indexterm><primary><option>-h&lt;break-down&gt;</option></primary></indexterm>
899     
900     <para>Usage:</para>
901     
902 <screen>
903 hp2ps [flags] [&lt;file&gt;[.hp]]
904 </screen>
905
906     <para>The program
907     <command>hp2ps</command><indexterm><primary>hp2ps
908     program</primary></indexterm> converts a heap profile as produced
909     by the <Option>-h&lt;break-down&gt;</Option> runtime option into a
910     PostScript graph of the heap profile. By convention, the file to
911     be processed by <command>hp2ps</command> has a
912     <filename>.hp</filename> extension. The PostScript output is
913     written to <filename>&lt;file&gt;@.ps</filename>. If
914     <filename>&lt;file&gt;</filename> is omitted entirely, then the
915     program behaves as a filter.</para>
916
917     <para><command>hp2ps</command> is distributed in
918     <filename>ghc/utils/hp2ps</filename> in a GHC source
919     distribution. It was originally developed by Dave Wakeling as part
920     of the HBC/LML heap profiler.</para>
921
922     <para>The flags are:</para>
923
924     <variableList>
925       
926       <varListEntry>
927         <term><Option>-d</Option></Term>
928         <listItem>
929           <para>In order to make graphs more readable,
930           <command>hp2ps</command> sorts the shaded bands for each
931           identifier. The default sort ordering is for the bands with
932           the largest area to be stacked on top of the smaller ones.
933           The <Option>-d</Option> option causes rougher bands (those
934           representing series of values with the largest standard
935           deviations) to be stacked on top of smoother ones.</para>
936         </listItem>
937       </varListEntry>
938
939       <varListEntry>
940         <term><Option>-b</Option></Term>
941         <listItem>
942           <para>Normally, <command>hp2ps</command> puts the title of
943           the graph in a small box at the top of the page. However, if
944           the JOB string is too long to fit in a small box (more than
945           35 characters), then <command>hp2ps</command> will choose to
946           use a big box instead.  The <Option>-b</Option> option
947           forces <command>hp2ps</command> to use a big box.</para>
948         </listItem>
949       </varListEntry>
950
951       <varListEntry>
952         <term><Option>-e&lt;float&gt;[in&verbar;mm&verbar;pt]</Option></Term>
953         <listItem>
954           <para>Generate encapsulated PostScript suitable for
955           inclusion in LaTeX documents.  Usually, the PostScript graph
956           is drawn in landscape mode in an area 9 inches wide by 6
957           inches high, and <command>hp2ps</command> arranges for this
958           area to be approximately centred on a sheet of a4 paper.
959           This format is convenient of studying the graph in detail,
960           but it is unsuitable for inclusion in LaTeX documents.  The
961           <Option>-e</Option> option causes the graph to be drawn in
962           portrait mode, with float specifying the width in inches,
963           millimetres or points (the default).  The resulting
964           PostScript file conforms to the Encapsulated PostScript
965           (EPS) convention, and it can be included in a LaTeX document
966           using Rokicki's dvi-to-PostScript converter
967           <command>dvips</command>.</para>
968         </listItem>
969       </varListEntry>
970
971       <varListEntry>
972         <term><Option>-g</Option></Term>
973         <listItem>
974           <para>Create output suitable for the <command>gs</command>
975           PostScript previewer (or similar). In this case the graph is
976           printed in portrait mode without scaling. The output is
977           unsuitable for a laser printer.</para>
978         </listItem>
979       </varListEntry>
980
981       <varListEntry>
982         <term><Option>-l</Option></Term>
983         <listItem>
984           <para>Normally a profile is limited to 20 bands with
985           additional identifiers being grouped into an
986           <literal>OTHER</literal> band. The <Option>-l</Option> flag
987           removes this 20 band and limit, producing as many bands as
988           necessary. No key is produced as it won't fit!. It is useful
989           for creation time profiles with many bands.</para>
990         </listItem>
991       </varListEntry>
992
993       <varListEntry>
994         <term><Option>-m&lt;int&gt;</Option></Term>
995         <listItem>
996           <para>Normally a profile is limited to 20 bands with
997           additional identifiers being grouped into an
998           <literal>OTHER</literal> band. The <Option>-m</Option> flag
999           specifies an alternative band limit (the maximum is
1000           20).</para>
1001
1002           <para><Option>-m0</Option> requests the band limit to be
1003           removed. As many bands as necessary are produced. However no
1004           key is produced as it won't fit! It is useful for displaying
1005           creation time profiles with many bands.</para>
1006         </listItem>
1007       </varListEntry>
1008
1009       <varListEntry>
1010         <term><Option>-p</Option></Term>
1011         <listItem>
1012           <para>Use previous parameters. By default, the PostScript
1013           graph is automatically scaled both horizontally and
1014           vertically so that it fills the page.  However, when
1015           preparing a series of graphs for use in a presentation, it
1016           is often useful to draw a new graph using the same scale,
1017           shading and ordering as a previous one. The
1018           <Option>-p</Option> flag causes the graph to be drawn using
1019           the parameters determined by a previous run of
1020           <command>hp2ps</command> on <filename>file</filename>. These
1021           are extracted from <filename>file@.aux</filename>.</para>
1022         </listItem>
1023       </varListEntry>
1024
1025       <varListEntry>
1026         <term><Option>-s</Option></Term>
1027         <listItem>
1028           <para>Use a small box for the title.</para>
1029         </listItem>
1030       </varListEntry>
1031       
1032       <varListEntry>
1033         <term><Option>-t&lt;float&gt;</Option></Term>
1034         <listItem>
1035           <para>Normally trace elements which sum to a total of less
1036           than 1&percnt; of the profile are removed from the
1037           profile. The <option>-t</option> option allows this
1038           percentage to be modified (maximum 5&percnt;).</para>
1039
1040           <para><Option>-t0</Option> requests no trace elements to be
1041           removed from the profile, ensuring that all the data will be
1042           displayed.</para>
1043         </listItem>
1044       </varListEntry>
1045
1046       <varListEntry>
1047         <term><Option>-c</Option></Term>
1048         <listItem>
1049           <para>Generate colour output.</para>
1050         </listItem>
1051       </varListEntry>
1052       
1053       <varListEntry>
1054         <term><Option>-y</Option></Term>
1055         <listItem>
1056           <para>Ignore marks.</para>
1057         </listItem>
1058       </varListEntry>
1059       
1060       <varListEntry>
1061         <term><Option>-?</Option></Term>
1062         <listItem>
1063           <para>Print out usage information.</para>
1064         </listItem>
1065       </varListEntry>
1066     </variableList>
1067   </sect1>
1068
1069   <sect1 id="ticky-ticky">
1070     <title>Using &ldquo;ticky-ticky&rdquo; profiling (for implementors)</Title>
1071     <indexterm><primary>ticky-ticky profiling</primary></indexterm>
1072
1073     <para>(ToDo: document properly.)</para>
1074
1075     <para>It is possible to compile Glasgow Haskell programs so that
1076     they will count lots and lots of interesting things, e.g., number
1077     of updates, number of data constructors entered, etc., etc.  We
1078     call this &ldquo;ticky-ticky&rdquo;
1079     profiling,<indexterm><primary>ticky-ticky
1080     profiling</primary></indexterm> <indexterm><primary>profiling,
1081     ticky-ticky</primary></indexterm> because that's the sound a Sun4
1082     makes when it is running up all those counters
1083     (<Emphasis>slowly</Emphasis>).</para>
1084
1085     <para>Ticky-ticky profiling is mainly intended for implementors;
1086     it is quite separate from the main &ldquo;cost-centre&rdquo;
1087     profiling system, intended for all users everywhere.</para>
1088
1089     <para>To be able to use ticky-ticky profiling, you will need to
1090     have built appropriate libraries and things when you made the
1091     system.  See &ldquo;Customising what libraries to build,&rdquo; in
1092     the installation guide.</para>
1093
1094     <para>To get your compiled program to spit out the ticky-ticky
1095     numbers, use a <Option>-r</Option> RTS
1096     option<indexterm><primary>-r RTS option</primary></indexterm>.
1097     See <XRef LinkEnd="runtime-control">.</para>
1098
1099     <para>Compiling your program with the <Option>-ticky</Option>
1100     switch yields an executable that performs these counts.  Here is a
1101     sample ticky-ticky statistics file, generated by the invocation
1102     <command>foo +RTS -rfoo.ticky</command>.</para>
1103
1104 <screen>
1105  foo +RTS -rfoo.ticky
1106
1107
1108 ALLOCATIONS: 3964631 (11330900 words total: 3999476 admin, 6098829 goods, 1232595 slop)
1109                                 total words:        2     3     4     5    6+
1110   69647 (  1.8%) function values                 50.0  50.0   0.0   0.0   0.0
1111 2382937 ( 60.1%) thunks                           0.0  83.9  16.1   0.0   0.0
1112 1477218 ( 37.3%) data values                     66.8  33.2   0.0   0.0   0.0
1113       0 (  0.0%) big tuples
1114       2 (  0.0%) black holes                      0.0 100.0   0.0   0.0   0.0
1115       0 (  0.0%) prim things
1116   34825 (  0.9%) partial applications             0.0   0.0   0.0 100.0   0.0
1117       2 (  0.0%) thread state objects             0.0   0.0   0.0   0.0 100.0
1118
1119 Total storage-manager allocations: 3647137 (11882004 words)
1120         [551104 words lost to speculative heap-checks]
1121
1122 STACK USAGE:
1123
1124 ENTERS: 9400092  of which 2005772 (21.3%) direct to the entry code
1125                   [the rest indirected via Node's info ptr]
1126 1860318 ( 19.8%) thunks
1127 3733184 ( 39.7%) data values
1128 3149544 ( 33.5%) function values
1129                   [of which 1999880 (63.5%) bypassed arg-satisfaction chk]
1130  348140 (  3.7%) partial applications
1131  308906 (  3.3%) normal indirections
1132       0 (  0.0%) permanent indirections
1133
1134 RETURNS: 5870443
1135 2137257 ( 36.4%) from entering a new constructor
1136                   [the rest from entering an existing constructor]
1137 2349219 ( 40.0%) vectored [the rest unvectored]
1138
1139 RET_NEW:         2137257:  32.5% 46.2% 21.3%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1140 RET_OLD:         3733184:   2.8% 67.9% 29.3%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1141 RET_UNBOXED_TUP:       2:   0.0%  0.0%100.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1142
1143 RET_VEC_RETURN : 2349219:   0.0%  0.0%100.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1144
1145 UPDATE FRAMES: 2241725 (0 omitted from thunks)
1146 SEQ FRAMES:    1
1147 CATCH FRAMES:  1
1148 UPDATES: 2241725
1149       0 (  0.0%) data values
1150   34827 (  1.6%) partial applications
1151                   [2 in place, 34825 allocated new space]
1152 2206898 ( 98.4%) updates to existing heap objects (46 by squeezing)
1153 UPD_CON_IN_NEW:         0:       0      0      0      0      0      0      0      0      0
1154 UPD_PAP_IN_NEW:     34825:       0      0      0  34825      0      0      0      0      0
1155
1156 NEW GEN UPDATES: 2274700 ( 99.9%)
1157
1158 OLD GEN UPDATES: 1852 (  0.1%)
1159
1160 Total bytes copied during GC: 190096
1161
1162 **************************************************
1163 3647137 ALLOC_HEAP_ctr
1164 11882004 ALLOC_HEAP_tot
1165   69647 ALLOC_FUN_ctr
1166   69647 ALLOC_FUN_adm
1167   69644 ALLOC_FUN_gds
1168   34819 ALLOC_FUN_slp
1169   34831 ALLOC_FUN_hst_0
1170   34816 ALLOC_FUN_hst_1
1171       0 ALLOC_FUN_hst_2
1172       0 ALLOC_FUN_hst_3
1173       0 ALLOC_FUN_hst_4
1174 2382937 ALLOC_UP_THK_ctr
1175       0 ALLOC_SE_THK_ctr
1176  308906 ENT_IND_ctr
1177       0 E!NT_PERM_IND_ctr requires +RTS -Z
1178 [... lots more info omitted ...]
1179       0 GC_SEL_ABANDONED_ctr
1180       0 GC_SEL_MINOR_ctr
1181       0 GC_SEL_MAJOR_ctr
1182       0 GC_FAILED_PROMOTION_ctr
1183   47524 GC_WORDS_COPIED_ctr
1184 </screen>
1185
1186     <para>The formatting of the information above the row of asterisks
1187     is subject to change, but hopefully provides a useful
1188     human-readable summary.  Below the asterisks <Emphasis>all
1189     counters</Emphasis> maintained by the ticky-ticky system are
1190     dumped, in a format intended to be machine-readable: zero or more
1191     spaces, an integer, a space, the counter name, and a newline.</para>
1192
1193     <para>In fact, not <Emphasis>all</Emphasis> counters are
1194     necessarily dumped; compile- or run-time flags can render certain
1195     counters invalid.  In this case, either the counter will simply
1196     not appear, or it will appear with a modified counter name,
1197     possibly along with an explanation for the omission (notice
1198     <literal>ENT&lowbar;PERM&lowbar;IND&lowbar;ctr</literal> appears
1199     with an inserted <literal>!</literal> above).  Software analysing
1200     this output should always check that it has the counters it
1201     expects.  Also, beware: some of the counters can have
1202     <Emphasis>large</Emphasis> values!</para>
1203
1204   </sect1>
1205
1206 </chapter>
1207
1208 <!-- Emacs stuff:
1209      ;;; Local Variables: ***
1210      ;;; mode: sgml ***
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1213  -->