Move Eq, Ord, Show instances for ThreadId to GHC.Conc
[haskell-directory.git] / Control / Concurrent.hs
index 5484fc1..f05ee5a 100644 (file)
@@ -21,11 +21,15 @@ module Control.Concurrent (
        -- * Basic concurrency operations
 
         ThreadId,
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
        myThreadId,
+#endif
 
        forkIO,
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
        killThread,
        throwTo,
+#endif
 
        -- * Scheduling
 
@@ -52,13 +56,25 @@ module Control.Concurrent (
        module Control.Concurrent.SampleVar,
 
        -- * Merging of streams
+#ifndef __HUGS__
        mergeIO,                -- :: [a]   -> [a] -> IO [a]
        nmergeIO,               -- :: [[a]] -> IO [a]
+#endif
        -- $merge
 
-       -- * GHC\'s implementation of concurrency
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
+       -- * Bound Threads
+       -- $boundthreads
+       rtsSupportsBoundThreads,
+       forkOS,
+       isCurrentThreadBound,
+       runInBoundThread,
+       runInUnboundThread
+#endif
+
+       -- * GHC's implementation of concurrency
 
-       -- |This section describes features specific to GHC\'s
+       -- |This section describes features specific to GHC's
        -- implementation of Concurrent Haskell.
        
        -- ** Terminating the program
@@ -68,7 +84,6 @@ module Control.Concurrent (
        -- ** Pre-emption
 
        -- $preemption
-
     ) where
 
 import Prelude
@@ -76,16 +91,22 @@ import Prelude
 import Control.Exception as Exception
 
 #ifdef __GLASGOW_HASKELL__
-import GHC.Conc
+import GHC.Conc                ( ThreadId(..), myThreadId, killThread, yield,
+                         threadDelay, threadWaitRead, threadWaitWrite,
+                         forkIO, childHandler )
 import GHC.TopHandler   ( reportStackOverflow, reportError )
 import GHC.IOBase      ( IO(..) )
 import GHC.IOBase      ( unsafeInterleaveIO )
+import GHC.IOBase      ( newIORef, readIORef, writeIORef )
 import GHC.Base
+
+import Foreign.StablePtr
+import Foreign.C.Types  ( CInt )
+import Control.Monad    ( when )
 #endif
 
 #ifdef __HUGS__
-import IOExts ( unsafeInterleaveIO )
-import ConcBase
+import Hugs.ConcBase
 #endif
 
 import Control.Concurrent.MVar
@@ -94,6 +115,10 @@ import Control.Concurrent.QSem
 import Control.Concurrent.QSemN
 import Control.Concurrent.SampleVar
 
+#ifdef __HUGS__
+type ThreadId = ()
+#endif
+
 {- $conc_intro
 
 The concurrency extension for Haskell is described in the paper
@@ -103,26 +128,30 @@ The concurrency extension for Haskell is described in the paper
 Concurrency is \"lightweight\", which means that both thread creation
 and context switching overheads are extremely low.  Scheduling of
 Haskell threads is done internally in the Haskell runtime system, and
-doesn\'t make use of any operating system-supplied thread packages.
+doesn't make use of any operating system-supplied thread packages.
+
+However, if you want to interact with a foreign library that expects your
+program to use the operating system-supplied thread package, you can do so
+by using 'forkOS' instead of 'forkIO'.
 
 Haskell threads can communicate via 'MVar's, a kind of synchronised
 mutable variable (see "Control.Concurrent.MVar").  Several common
 concurrency abstractions can be built from 'MVar's, and these are
-provided by the "Concurrent" library.  Threads may also communicate
-via exceptions. 
+provided by the "Control.Concurrent" library.
+In GHC, threads may also communicate via exceptions.
 -}
 
 {- $conc_scheduling
 
     Scheduling may be either pre-emptive or co-operative,
     depending on the implementation of Concurrent Haskell (see below
-    for imformation related to specific compilers).  In a co-operative
+    for information related to specific compilers).  In a co-operative
     system, context switches only occur when you use one of the
     primitives defined in this module.  This means that programs such
     as:
 
 
->   main = forkIO (write \'a\') >> write \'b\'
+>   main = forkIO (write 'a') >> write 'b'
 >     where write c = putChar c >> write c
 
     will print either @aaaaaaaaaaaaaa...@ or @bbbbbbbbbbbb...@,
@@ -135,73 +164,12 @@ via exceptions.
 Calling a foreign C procedure (such as @getchar@) that blocks waiting
 for input will block /all/ threads, unless the @threadsafe@ attribute
 is used on the foreign call (and your compiler \/ operating system
-supports it).  GHC\'s I\/O system uses non-blocking I\/O internally to
+supports it).  GHC's I\/O system uses non-blocking I\/O internally to
 implement thread-friendly I\/O, so calling standard Haskell I\/O
-functions blocks only the thead making the call.
--}
-
--- Thread Ids, specifically the instances of Eq and Ord for these things.
--- The ThreadId type itself is defined in std/PrelConc.lhs.
-
--- Rather than define a new primitve, we use a little helper function
--- cmp_thread in the RTS.
-
-#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
-foreign import ccall unsafe "cmp_thread" cmp_thread :: Addr# -> Addr# -> Int
--- Returns -1, 0, 1
-
-cmpThread :: ThreadId -> ThreadId -> Ordering
-cmpThread (ThreadId t1) (ThreadId t2) = 
-   case cmp_thread (unsafeCoerce# t1) (unsafeCoerce# t2) of
-      -1 -> LT
-      0  -> EQ
-      _  -> GT -- must be 1
-
-instance Eq ThreadId where
-   t1 == t2 = 
-      case t1 `cmpThread` t2 of
-         EQ -> True
-         _  -> False
-
-instance Ord ThreadId where
-   compare = cmpThread
-
-foreign import ccall unsafe "rts_getThreadId" getThreadId :: Addr# -> Int
-
-instance Show ThreadId where
-   showsPrec d (ThreadId t) = 
-       showString "ThreadId " . 
-        showsPrec d (getThreadId (unsafeCoerce# t))
-
-{- |
-This sparks off a new thread to run the 'IO' computation passed as the
-first argument, and returns the 'ThreadId' of the newly created
-thread.
+functions blocks only the thread making the call.
 -}
-forkIO :: IO () -> IO ThreadId
-forkIO action = IO $ \ s -> 
-   case (fork# action_plus s) of (# s1, id #) -> (# s1, ThreadId id #)
- where
-  action_plus = Exception.catch action childHandler
-
-childHandler :: Exception -> IO ()
-childHandler err = Exception.catch (real_handler err) childHandler
-
-real_handler :: Exception -> IO ()
-real_handler ex =
-  case ex of
-       -- ignore thread GC and killThread exceptions:
-       BlockedOnDeadMVar            -> return ()
-       AsyncException ThreadKilled  -> return ()
-
-       -- report all others:
-       AsyncException StackOverflow -> reportStackOverflow False
-       ErrorCall s -> reportError False s
-       other       -> reportError False (showsPrec 0 other "\n")
-
-#endif /* __GLASGOW_HASKELL__ */
-
 
+#ifndef __HUGS__
 max_buff_size :: Int
 max_buff_size = 1
 
@@ -273,6 +241,156 @@ nmergeIO lss
     return val
   where
     mapIO f xs = sequence (map f xs)
+#endif /* __HUGS__ */
+
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
+-- ---------------------------------------------------------------------------
+-- Bound Threads
+
+{- $boundthreads
+
+Support for multiple operating system threads and bound threads as described
+below is currently only available in the GHC runtime system if you use the
+/-threaded/ option when linking.
+
+Other Haskell systems do not currently support multiple operating system threads.
+
+A bound thread is a haskell thread that is /bound/ to an operating system
+thread. While the bound thread is still scheduled by the Haskell run-time
+system, the operating system thread takes care of all the foreign calls made
+by the bound thread.
+
+To a foreign library, the bound thread will look exactly like an ordinary
+operating system thread created using OS functions like @pthread_create@
+or @CreateThread@.
+
+Bound threads can be created using the 'forkOS' function below. All foreign
+exported functions are run in a bound thread (bound to the OS thread that
+called the function). Also, the @main@ action of every Haskell program is
+run in a bound thread.
+
+Why do we need this? Because if a foreign library is called from a thread
+created using 'forkIO', it won't have access to any /thread-local state/ - 
+state variables that have specific values for each OS thread
+(see POSIX's @pthread_key_create@ or Win32's @TlsAlloc@). Therefore, some
+libraries (OpenGL, for example) will not work from a thread created using
+'forkIO'. They work fine in threads created using 'forkOS' or when called
+from @main@ or from a @foreign export@.
+-}
+
+-- | 'True' if bound threads are supported.
+-- If @rtsSupportsBoundThreads@ is 'False', 'isCurrentThreadBound'
+-- will always return 'False' and both 'forkOS' and 'runInBoundThread' will
+-- fail.
+foreign import ccall rtsSupportsBoundThreads :: Bool
+
+
+{- |
+Like 'forkIO', this sparks off a new thread to run the 'IO' computation passed as the
+first argument, and returns the 'ThreadId' of the newly created
+thread.
+
+However, @forkOS@ uses operating system-supplied multithreading support to create
+a new operating system thread. The new thread is /bound/, which means that
+all foreign calls made by the 'IO' computation are guaranteed to be executed
+in this new operating system thread; also, the operating system thread is not
+used for any other foreign calls.
+
+This means that you can use all kinds of foreign libraries from this thread 
+(even those that rely on thread-local state), without the limitations of 'forkIO'.
+-}
+forkOS :: IO () -> IO ThreadId
+
+foreign export ccall forkOS_entry
+    :: StablePtr (IO ()) -> IO ()
+
+foreign import ccall "forkOS_entry" forkOS_entry_reimported
+    :: StablePtr (IO ()) -> IO ()
+
+forkOS_entry stableAction = do
+       action <- deRefStablePtr stableAction
+       action
+
+foreign import ccall forkOS_createThread
+    :: StablePtr (IO ()) -> IO CInt
+
+failNonThreaded = fail $ "RTS doesn't support multiple OS threads "
+                       ++"(use ghc -threaded when linking)"
+    
+forkOS action 
+    | rtsSupportsBoundThreads = do
+       mv <- newEmptyMVar
+       let action_plus = Exception.catch action childHandler
+       entry <- newStablePtr (myThreadId >>= putMVar mv >> action_plus)
+       err <- forkOS_createThread entry
+       when (err /= 0) $ fail "Cannot create OS thread."
+       tid <- takeMVar mv
+       freeStablePtr entry
+       return tid
+    | otherwise = failNonThreaded
+
+-- | Returns 'True' if the calling thread is /bound/, that is, if it is
+-- safe to use foreign libraries that rely on thread-local state from the
+-- calling thread.
+isCurrentThreadBound :: IO Bool
+isCurrentThreadBound = IO $ \ s# -> 
+    case isCurrentThreadBound# s# of
+        (# s2#, flg #) -> (# s2#, not (flg ==# 0#) #)
+
+
+{- | 
+Run the 'IO' computation passed as the first argument. If the calling thread
+is not /bound/, a bound thread is created temporarily. @runInBoundThread@
+doesn't finish until the 'IO' computation finishes.
+
+You can wrap a series of foreign function calls that rely on thread-local state
+with @runInBoundThread@ so that you can use them without knowing whether the
+current thread is /bound/.
+-}
+runInBoundThread :: IO a -> IO a
+
+runInBoundThread action
+    | rtsSupportsBoundThreads = do
+       bound <- isCurrentThreadBound
+       if bound
+           then action
+           else do
+               ref <- newIORef undefined
+               let action_plus = Exception.try action >>= writeIORef ref
+               resultOrException <- 
+                   bracket (newStablePtr action_plus)
+                           freeStablePtr
+                           (\cEntry -> forkOS_entry_reimported cEntry >> readIORef ref)
+               case resultOrException of
+                   Left exception -> Exception.throw exception
+                   Right result -> return result
+    | otherwise = failNonThreaded
+
+{- | 
+Run the 'IO' computation passed as the first argument. If the calling thread
+is /bound/, an unbound thread is created temporarily using 'forkIO'.
+@runInBoundThread@ doesn't finish until the 'IO' computation finishes.
+
+Use this function /only/ in the rare case that you have actually observed a
+performance loss due to the use of bound threads. A program that
+doesn't need it's main thread to be bound and makes /heavy/ use of concurrency
+(e.g. a web server), might want to wrap it's @main@ action in
+@runInUnboundThread@.
+-}
+runInUnboundThread :: IO a -> IO a
+
+runInUnboundThread action = do
+    bound <- isCurrentThreadBound
+    if bound
+        then do
+            mv <- newEmptyMVar
+            forkIO (Exception.try action >>= putMVar mv)
+            takeMVar mv >>= \either -> case either of
+                Left exception -> Exception.throw exception
+                Right result -> return result
+        else action
+       
+#endif /* __GLASGOW_HASKELL__ */
 
 -- ---------------------------------------------------------------------------
 -- More docs
@@ -294,37 +412,38 @@ nmergeIO lss
 
 >   myForkIO :: IO () -> IO (MVar ())
 >   myForkIO io = do
->     mvar \<- newEmptyMVar
->     forkIO (io \`finally\` putMVar mvar ())
+>     mvar <- newEmptyMVar
+>     forkIO (io `finally` putMVar mvar ())
 >     return mvar
 
       Note that we use 'finally' from the
-      "Exception" module to make sure that the
+      "Control.Exception" module to make sure that the
       'MVar' is written to even if the thread dies or
       is killed for some reason.
 
       A better method is to keep a global list of all child
       threads which we should wait for at the end of the program:
 
->     children :: MVar [MVar ()]
->     children = unsafePerformIO (newMVar [])
->     
->     waitForChildren :: IO ()
->     waitForChildren = do
->      (mvar:mvars) \<- takeMVar children
->      putMVar children mvars
->      takeMVar mvar
->      waitForChildren
->     
->     forkChild :: IO () -> IO ()
->     forkChild io = do
->       mvar \<- newEmptyMVar
->       forkIO (p \`finally\` putMVar mvar ())
->       childs \<- takeMVar children
->       putMVar children (mvar:childs)
->     
->     later = flip finally
->     
+>    children :: MVar [MVar ()]
+>    children = unsafePerformIO (newMVar [])
+>    
+>    waitForChildren :: IO ()
+>    waitForChildren = do
+>      cs <- takeMVar children
+>      case cs of
+>        []   -> return ()
+>        m:ms -> do
+>          putMVar children ms
+>          takeMVar m
+>          waitForChildren
+>    
+>    forkChild :: IO () -> IO ()
+>    forkChild io = do
+>       mvar <- newEmptyMVar
+>       childs <- takeMVar children
+>       putMVar children (mvar:childs)
+>       forkIO (io `finally` putMVar mvar ())
+>
 >     main =
 >      later waitForChildren $
 >      ...
@@ -344,25 +463,25 @@ nmergeIO lss
       a thread may be pre-empted whenever it allocates some memory,
       which unfortunately means that tight loops which do no
       allocation tend to lock out other threads (this only seems to
-      happen with pathalogical benchmark-style code, however).
+      happen with pathological benchmark-style code, however).
 
       The rescheduling timer runs on a 20ms granularity by
       default, but this may be altered using the
-      @-i<n>@ RTS option.  After a rescheduling
+      @-i\<n\>@ RTS option.  After a rescheduling
       \"tick\" the running thread is pre-empted as soon as
       possible.
 
       One final note: the
       @aaaa@ @bbbb@ example may not
       work too well on GHC (see Scheduling, above), due
-      to the locking on a 'Handle'.  Only one thread
-      may hold the lock on a 'Handle' at any one
+      to the locking on a 'System.IO.Handle'.  Only one thread
+      may hold the lock on a 'System.IO.Handle' at any one
       time, so if a reschedule happens while a thread is holding the
-      lock, the other thread won\'t be able to run.  The upshot is that
+      lock, the other thread won't be able to run.  The upshot is that
       the switch from @aaaa@ to
       @bbbbb@ happens infrequently.  It can be
       improved by lowering the reschedule tick period.  We also have a
       patch that causes a reschedule whenever a thread waiting on a
-      lock is woken up, but haven\'t found it to be useful for anything
+      lock is woken up, but haven't found it to be useful for anything
       other than this example :-)
 -}