Fix the SPECIALISE error in the haddock invocation of validate
[ghc-hetmet.git] / docs / users_guide / ffi-chap.xml
index f9f52ae..2fef135 100644 (file)
@@ -6,10 +6,10 @@
 Foreign function interface (FFI)
  </title>
 
-  <para>GHC (mostly) conforms to the Haskell 98 Foreign Function Interface
-  Addendum 1.0, whose definition is available from <ulink url="http://www.haskell.org/"><literal>http://www.haskell.org/</literal></ulink>.</para>
+  <para>GHC (mostly) conforms to the Haskell Foreign Function Interface,
+  whose definition is part of the Haskell Report on <ulink url="http://www.haskell.org/"><literal>http://www.haskell.org/</literal></ulink>.</para>
 
-  <para>To enable FFI support in GHC, give the <option>-XForeignFunctionInterface</option><indexterm><primary><option>-XForeignFunctionInterface</option></primary>
+  <para>FFI support is enabled by default, but can be enabled or disabled explicitly with the <option>-XForeignFunctionInterface</option><indexterm><primary><option>-XForeignFunctionInterface</option></primary>
     </indexterm> flag.</para>
 
   <para>GHC implements a number of GHC-specific extensions to the FFI
@@ -19,7 +19,7 @@ Foreign function interface (FFI)
 
   <para>The FFI libraries are documented in the accompanying library
   documentation; see for example the
-    <ulink url="../libraries/base/Control-Concurrent.html"><literal>Foreign</literal></ulink> module.</para>
+    <ulink url="&libraryBaseLocation;/Control-Concurrent.html"><literal>Foreign</literal></ulink> module.</para>
 
   <sect1 id="ffi-ghcexts">
     <title>GHC extensions to the FFI Addendum</title>
@@ -51,7 +51,7 @@ Foreign function interface (FFI)
        calling arbitrary IO procedures in some part of the program.)
 </para>
 <para>The Haskell FFI already specifies that arguments and results of
-foreign imports and exports will be automatically unwrapped if they are 
+foreign imports and exports will be automatically unwrapped if they are
 newtypes (Section 3.2 of the FFI addendum).  GHC extends the FFI by automatically unwrapping any newtypes that
 wrap the IO monad itself.
 More precisely, wherever the FFI specification requires an IO type, GHC will
@@ -78,6 +78,86 @@ OK:
          details see the GHC developer wiki.
        </para>
       </sect2>
+
+      <sect2 id="ffi-interruptible">
+        <title>Interruptible foreign calls</title>
+        <para>
+          This concerns the interaction of foreign calls
+          with <literal>Control.Concurrent.throwTo</literal>.
+          Normally when the target of a <literal>throwTo</literal> is
+          involved in a foreign call, the exception is not raised
+          until the call returns, and in the meantime the caller is
+          blocked.  This can result in unresponsiveness, which is
+          particularly undesirable in the case of user interrupt
+          (e.g. Control-C).  The default behaviour when a Control-C
+          signal is received (<literal>SIGINT</literal> on Unix) is to raise
+          the <literal>UserInterrupt</literal> exception in the main
+          thread; if the main thread is blocked in a foreign call at
+          the time, then the program will not respond to the user
+          interrupt.
+        </para>
+
+        <para>
+          The problem is that it is not possible in general to
+          interrupt a foreign call safely.  However, GHC does provide
+          a way to interrupt blocking system calls which works for
+          most system calls on both Unix and Windows.  A foreign call
+          can be annotated with <literal>interruptible</literal> instead
+          of <literal>safe</literal> or <literal>unsafe</literal>:
+
+<programlisting>
+foreign import ccall interruptible
+   "sleep" :: CUint -> IO CUint
+</programlisting>
+
+          <literal>interruptible</literal> behaves exactly as
+          <literal>safe</literal>, except that when
+          a <literal>throwTo</literal> is directed at a thread in an
+          interruptible foreign call, an OS-specific mechanism will be
+          used to attempt to cause the foreign call to return:
+
+          <variablelist>
+            <varlistentry>
+              <term>Unix systems</term>
+              <listitem>
+                <para>
+                  The thread making the foreign call is sent
+                  a <literal>SIGPIPE</literal> signal
+                  using <literal>pthread_kill()</literal>.  This is
+                  usually enough to cause a blocking system call to
+                  return with <literal>EINTR</literal> (GHC by default
+                  installs an empty signal handler
+                  for <literal>SIGPIPE</literal>, to override the
+                  default behaviour which is to terminate the process
+                  immediately).
+                </para>
+              </listitem>
+            </varlistentry>
+            <varlistentry>
+              <term>Windows systems</term>
+              <listitem>
+                <para>
+                  [Vista and later only] The RTS calls the Win32
+                  function <literal>CancelSynchronousIO</literal>,
+                  which will cause a blocking I/O operation to return
+                  with the
+                  error <literal>ERROR_OPERATION_ABORTED</literal>.
+                </para>
+              </listitem>
+            </varlistentry>
+          </variablelist>
+
+          If the system call is successfully interrupted, it will
+          return to Haskell whereupon the exception can be raised.  Be
+          especially careful when
+          using <literal>interruptible</literal> that the caller of
+          the foreign function is prepared to deal with the
+          consequences of the call being interrupted; on Unix it is
+          good practice to check for <literal>EINTR</literal> always,
+          but on Windows it is not typically necessary to
+          handle <literal>ERROR_OPERATION_ABORTED</literal>.
+        </para>
+      </sect2>
   </sect1>
 
   <sect1 id="ffi-ghc">
@@ -94,7 +174,7 @@ OK:
       </indexterm>
 
       <para>When GHC compiles a module (say <filename>M.hs</filename>)
-      which uses <literal>foreign export</literal> or 
+      which uses <literal>foreign export</literal> or
       <literal>foreign import "wrapper"</literal>, it generates two
       additional files, <filename>M_stub.c</filename> and
       <filename>M_stub.h</filename>.  GHC will automatically compile
@@ -143,7 +223,7 @@ extern HsInt foo(HsInt a0);</programlisting>
         &ndash;&ndash;make</literal>, as GHC will automatically link in the
         correct bits).</para>
 
-      <sect3 id="using-own-main"> 
+      <sect3 id="using-own-main">
        <title>Using your own <literal>main()</literal></title>
 
        <para>Normally, GHC's runtime system provides a
@@ -165,18 +245,11 @@ extern HsInt foo(HsInt a0);</programlisting>
 #include "foo_stub.h"
 #endif
 
-#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
-extern void __stginit_Foo ( void );
-#endif
-
 int main(int argc, char *argv[])
 {
   int i;
 
   hs_init(&amp;argc, &amp;argv);
-#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
-  hs_add_root(__stginit_Foo);
-#endif
 
   for (i = 0; i &lt; 5; i++) {
     printf("%d\n", foo(2500));
@@ -203,26 +276,6 @@ int main(int argc, char *argv[])
        (i.e. those arguments between
        <literal>+RTS...-RTS</literal>).</para>
 
-       <para>Next, we call
-       <function>hs_add_root</function><indexterm><primary><function>hs_add_root</function></primary>
-       </indexterm>, a GHC-specific interface which is required to
-       initialise the Haskell modules in the program.  The argument
-       to <function>hs_add_root</function> should be the name of the
-       initialization function for the "root" module in your program
-       - in other words, the module which directly or indirectly
-       imports all the other Haskell modules in the program.  In a
-       standalone Haskell program the root module is normally
-       <literal>Main</literal>, but when you are using Haskell code
-       from a library it may not be.  If your program has multiple
-       root modules, then you can call
-       <function>hs_add_root</function> multiple times, one for each
-       root.  The name of the initialization function for module
-       <replaceable>M</replaceable> is
-       <literal>__stginit_<replaceable>M</replaceable></literal>, and
-       it may be declared as an external function symbol as in the
-       code above.  Note that the symbol name should be transformed
-       according to the Z-encoding:</para>
-
       <informaltable>
        <tgroup cols="2" align="left" colsep="1" rowsep="1">
          <thead>
@@ -300,9 +353,6 @@ int main(int argc, char *argv[])
    // Initialize Haskell runtime
    hs_init(&amp;argc, &amp;argv);
 
-   // Tell Haskell about all root modules
-   hs_add_root(__stginit_Foo);
-
    // do any other initialization here and
    // return false if there was a problem
    return HS_BOOL_TRUE;
@@ -314,14 +364,14 @@ int main(int argc, char *argv[])
 </programlisting>
 
         <para>The initialisation routine, <literal>mylib_init</literal>, calls
-          <literal>hs_init()</literal> and <literal>hs_add_root()</literal> as
+          <literal>hs_init()</literal> as
           normal to initialise the Haskell runtime, and the corresponding
           deinitialisation function <literal>mylib_end()</literal> calls
           <literal>hs_exit()</literal> to shut down the runtime.</para>
       </sect3>
 
     </sect2>
-    
+
     <sect2 id="glasgow-foreign-headers">
       <title>Using header files</title>
 
@@ -346,7 +396,7 @@ int main(int argc, char *argv[])
         available when compiling an inlined version of a foreign call,
         so the compiler is free to inline foreign calls in any
         context.</para>
-        
+
       <para>The <literal>-&num;include</literal> option is now
         deprecated, and the <literal>include-files</literal> field
         in a Cabal package specification is ignored.</para>
@@ -431,17 +481,17 @@ int main(int argc, char *argv[])
        </varlistentry>
       </variablelist>
     </sect2>
-    
+
     <sect2 id="ffi-threads">
       <title>Multi-threading and the FFI</title>
-      
+
       <para>In order to use the FFI in a multi-threaded setting, you must
         use the <option>-threaded</option> option
         (see <xref linkend="options-linker" />).</para>
-        
+
       <sect3>
         <title>Foreign imports and multi-threading</title>
-        
+
         <para>When you call a <literal>foreign import</literal>ed
           function that is annotated as <literal>safe</literal> (the
           default), and the program was linked
@@ -450,7 +500,7 @@ int main(int argc, char *argv[])
           program was linked without <option>-threaded</option>,
           then the other Haskell threads will be blocked until the
           call returns.</para>
-        
+
         <para>This means that if you need to make a foreign call to
           a function that takes a long time or blocks indefinitely,
           then you should mark it <literal>safe</literal> and
@@ -476,12 +526,21 @@ int main(int argc, char *argv[])
           threads, but there may be an arbitrary number of foreign
           calls in progress at any one time, regardless of
           the <literal>+RTS -N</literal> value.</para>
+
+        <para>If a call is annotated as <literal>interruptible</literal>
+          and the program was multithreaded, the call may be
+          interrupted in the event that the Haskell thread receives an
+          exception.  The mechanism by which the interrupt occurs
+          is platform dependent, but is intended to cause blocking
+          system calls to return immediately with an interrupted error
+          code.  The underlying operating system thread is not to be
+          destroyed.  See <xref linkend="ffi-interruptible"/> for more details.</para>
       </sect3>
 
       <sect3 id="haskell-threads-and-os-threads">
         <title>The relationship between Haskell threads and OS
           threads</title>
-        
+
         <para>Normally there is no fixed relationship between Haskell
           threads and OS threads.  This means that when you make a
           foreign call, that call may take place in an unspecified OS
@@ -498,20 +557,19 @@ int main(int argc, char *argv[])
           threads</emphasis>, which are Haskell threads tied to a
           particular OS thread.  For information on bound threads, see
           the documentation
-          for the <ulink url="../libraries/base/Control-Concurrent.html"><literal>Control.Concurrent</literal></ulink>
+          for the <ulink url="&libraryBaseLocation;/Control-Concurrent.html"><literal>Control.Concurrent</literal></ulink>
           module.</para>
       </sect3>
-      
+
       <sect3>
         <title>Foreign exports and multi-threading</title>
-        
+
         <para>When the program is linked
           with <option>-threaded</option>, then you may
           invoke <literal>foreign export</literal>ed functions from
           multiple OS threads concurrently.  The runtime system must
           be initialised as usual by
-          calling <literal>hs_init()</literal>
-          and <literal>hs_add_root</literal>, and these calls must
+          calling <literal>hs_init()</literal>, and this call must
           complete before invoking any <literal>foreign
           export</literal>ed functions.</para>
       </sect3>
@@ -554,16 +612,73 @@ int main(int argc, char *argv[])
           isn't necessary to ensure that the threads have exited first.
           (Unofficially, if you want to use this fast and loose version of
           <literal>hs_exit()</literal>, then call
-          <literal>shutdownHaskellAndExit()</literal> instead).</para> 
+          <literal>shutdownHaskellAndExit()</literal> instead).</para>
       </sect3>
     </sect2>
-        
+
+    <sect2 id="ffi-floating-point">
+      <title>Floating point and the FFI</title>
+
+      <para>
+        The standard C99 <literal>fenv.h</literal> header
+        provides operations for inspecting and modifying the state of
+        the floating point unit.  In particular, the rounding mode
+        used by floating point operations can be changed, and the
+        exception flags can be tested.
+      </para>
+
+      <para>
+        In Haskell, floating-point operations have pure types, and the
+        evaluation order is unspecified.  So strictly speaking, since
+        the <literal>fenv.h</literal> functions let you change the
+        results of, or observe the effects of floating point
+        operations, use of <literal>fenv.h</literal> renders the
+        behaviour of floating-point operations anywhere in the program
+        undefined.
+      </para>
+
+      <para>
+        Having said that, we <emphasis>can</emphasis> document exactly
+        what GHC does with respect to the floating point state, so
+        that if you really need to use <literal>fenv.h</literal> then
+        you can do so with full knowledge of the pitfalls:
+        <itemizedlist>
+          <listitem>
+            <para>
+              GHC completely ignores the floating-point
+              environment, the runtime neither modifies nor reads it.
+            </para>
+          </listitem>
+          <listitem>
+            <para>
+              The floating-point environment is not saved over a
+              normal thread context-switch.  So if you modify the
+              floating-point state in one thread, those changes may be
+              visible in other threads.  Furthermore, testing the
+              exception state is not reliable, because a context
+              switch may change it.  If you need to modify or test the
+              floating point state and use threads, then you must use
+              bound threads
+              (<literal>Control.Concurrent.forkOS</literal>), because
+              a bound thread has its own OS thread, and OS threads do
+              save and restore the floating-point state.
+            </para>
+          </listitem>
+          <listitem>
+            <para>
+              It is safe to modify the floating-point unit state
+              temporarily during a foreign call, because foreign calls
+              are never pre-empted by GHC.
+            </para>
+          </listitem>
+        </itemizedlist>
+      </para>
+    </sect2>
   </sect1>
 </chapter>
 
 <!-- Emacs stuff:
      ;;; Local Variables: ***
-     ;;; mode: xml ***
      ;;; sgml-parent-document: ("users_guide.xml" "book" "chapter") ***
      ;;; End: ***
  -->