40c757cbfc252aea46c6858f4d2ec5e8f74aeddb
[ghc-hetmet.git] / docs / users_guide / profiling.xml
1 <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?>
2 <chapter id="profiling">
3   <title>Profiling</title>
4   <indexterm><primary>profiling</primary>
5   </indexterm>
6   <indexterm><primary>cost-centre profiling</primary></indexterm>
7
8   <para> Glasgow Haskell comes with a time and space profiling
9   system. Its purpose is to help you improve your understanding of
10   your program's execution behaviour, so you can improve it.</para>
11
12   <para> Any comments, suggestions and/or improvements you have are
13   welcome.  Recommended &ldquo;profiling tricks&rdquo; would be
14   especially cool! </para>
15
16   <para>Profiling a program is a three-step process:</para>
17
18   <orderedlist>
19     <listitem>
20       <para> Re-compile your program for profiling with the
21       <literal>-prof</literal> option, and probably one of the
22       <literal>-auto</literal> or <literal>-auto-all</literal>
23       options.  These options are described in more detail in <xref
24       linkend="prof-compiler-options"/> </para>
25       <indexterm><primary><literal>-prof</literal></primary>
26       </indexterm>
27       <indexterm><primary><literal>-auto</literal></primary>
28       </indexterm>
29       <indexterm><primary><literal>-auto-all</literal></primary>
30       </indexterm>
31     </listitem>
32
33     <listitem>
34       <para> Run your program with one of the profiling options, eg.
35       <literal>+RTS -p -RTS</literal>.  This generates a file of
36       profiling information.  Note that multi-processor execution
37       (e.g. <literal>+RTS -N2</literal>) is not supported while
38       profiling.</para>
39       <indexterm><primary><option>-p</option></primary><secondary>RTS
40       option</secondary></indexterm>
41     </listitem>
42
43     <listitem>
44       <para> Examine the generated profiling information, using one of
45       GHC's profiling tools.  The tool to use will depend on the kind
46       of profiling information generated.</para>
47     </listitem>
48
49   </orderedlist>
50
51   <sect1 id="cost-centres">
52     <title>Cost centres and cost-centre stacks</title>
53
54     <para>GHC's profiling system assigns <firstterm>costs</firstterm>
55     to <firstterm>cost centres</firstterm>.  A cost is simply the time
56     or space required to evaluate an expression.  Cost centres are
57     program annotations around expressions; all costs incurred by the
58     annotated expression are assigned to the enclosing cost centre.
59     Furthermore, GHC will remember the stack of enclosing cost centres
60     for any given expression at run-time and generate a call-graph of
61     cost attributions.</para>
62
63     <para>Let's take a look at an example:</para>
64
65     <programlisting>
66 main = print (nfib 25)
67 nfib n = if n &lt; 2 then 1 else nfib (n-1) + nfib (n-2)
68 </programlisting>
69
70     <para>Compile and run this program as follows:</para>
71
72     <screen>
73 $ ghc -prof -auto-all -o Main Main.hs
74 $ ./Main +RTS -p
75 121393
76 $
77 </screen>
78
79     <para>When a GHC-compiled program is run with the
80     <option>-p</option> RTS option, it generates a file called
81     <filename>&lt;prog&gt;.prof</filename>.  In this case, the file
82     will contain something like this:</para>
83
84 <screen>
85           Fri May 12 14:06 2000 Time and Allocation Profiling Report  (Final)
86
87            Main +RTS -p -RTS
88
89         total time  =        0.14 secs   (7 ticks @ 20 ms)
90         total alloc =   8,741,204 bytes  (excludes profiling overheads)
91
92 COST CENTRE          MODULE     %time %alloc
93
94 nfib                 Main       100.0  100.0
95
96
97                                               individual     inherited
98 COST CENTRE              MODULE      entries %time %alloc   %time %alloc
99
100 MAIN                     MAIN             0    0.0   0.0    100.0 100.0
101  main                    Main             0    0.0   0.0      0.0   0.0
102  CAF                     PrelHandle       3    0.0   0.0      0.0   0.0
103  CAF                     PrelAddr         1    0.0   0.0      0.0   0.0
104  CAF                     Main             6    0.0   0.0    100.0 100.0
105   main                   Main             1    0.0   0.0    100.0 100.0
106    nfib                  Main        242785  100.0 100.0    100.0 100.0
107 </screen>
108
109
110     <para>The first part of the file gives the program name and
111     options, and the total time and total memory allocation measured
112     during the run of the program (note that the total memory
113     allocation figure isn't the same as the amount of
114     <emphasis>live</emphasis> memory needed by the program at any one
115     time; the latter can be determined using heap profiling, which we
116     will describe shortly).</para>
117
118     <para>The second part of the file is a break-down by cost centre
119     of the most costly functions in the program.  In this case, there
120     was only one significant function in the program, namely
121     <function>nfib</function>, and it was responsible for 100&percnt;
122     of both the time and allocation costs of the program.</para>
123
124     <para>The third and final section of the file gives a profile
125     break-down by cost-centre stack.  This is roughly a call-graph
126     profile of the program.  In the example above, it is clear that
127     the costly call to <function>nfib</function> came from
128     <function>main</function>.</para>
129
130     <para>The time and allocation incurred by a given part of the
131     program is displayed in two ways: &ldquo;individual&rdquo;, which
132     are the costs incurred by the code covered by this cost centre
133     stack alone, and &ldquo;inherited&rdquo;, which includes the costs
134     incurred by all the children of this node.</para>
135
136     <para>The usefulness of cost-centre stacks is better demonstrated
137     by  modifying the example slightly:</para>
138
139     <programlisting>
140 main = print (f 25 + g 25)
141 f n  = nfib n
142 g n  = nfib (n `div` 2)
143 nfib n = if n &lt; 2 then 1 else nfib (n-1) + nfib (n-2)
144 </programlisting>
145
146     <para>Compile and run this program as before, and take a look at
147     the new profiling results:</para>
148
149 <screen>
150 COST CENTRE              MODULE         scc  %time %alloc   %time %alloc
151
152 MAIN                     MAIN             0    0.0   0.0    100.0 100.0
153  main                    Main             0    0.0   0.0      0.0   0.0
154  CAF                     PrelHandle       3    0.0   0.0      0.0   0.0
155  CAF                     PrelAddr         1    0.0   0.0      0.0   0.0
156  CAF                     Main             9    0.0   0.0    100.0 100.0
157   main                   Main             1    0.0   0.0    100.0 100.0
158    g                     Main             1    0.0   0.0      0.0   0.2
159     nfib                 Main           465    0.0   0.2      0.0   0.2
160    f                     Main             1    0.0   0.0    100.0  99.8
161     nfib                 Main        242785  100.0  99.8    100.0  99.8
162 </screen>
163
164     <para>Now although we had two calls to <function>nfib</function>
165     in the program, it is immediately clear that it was the call from
166     <function>f</function> which took all the time.</para>
167
168     <para>The actual meaning of the various columns in the output is:</para>
169
170     <variablelist>
171       <varlistentry>
172         <term>entries</term>
173         <listitem>
174           <para>The number of times this particular point in the call
175           graph was entered.</para>
176         </listitem>
177       </varlistentry>
178
179       <varlistentry>
180         <term>individual &percnt;time</term>
181         <listitem>
182           <para>The percentage of the total run time of the program
183           spent at this point in the call graph.</para>
184         </listitem>
185       </varlistentry>
186
187       <varlistentry>
188         <term>individual &percnt;alloc</term>
189         <listitem>
190           <para>The percentage of the total memory allocations
191           (excluding profiling overheads) of the program made by this
192           call.</para>
193         </listitem>
194       </varlistentry>
195
196       <varlistentry>
197         <term>inherited &percnt;time</term>
198         <listitem>
199           <para>The percentage of the total run time of the program
200           spent below this point in the call graph.</para>
201         </listitem>
202       </varlistentry>
203
204       <varlistentry>
205         <term>inherited &percnt;alloc</term>
206         <listitem>
207           <para>The percentage of the total memory allocations
208           (excluding profiling overheads) of the program made by this
209           call and all of its sub-calls.</para>
210         </listitem>
211       </varlistentry>
212     </variablelist>
213
214     <para>In addition you can use the <option>-P</option> RTS option
215     <indexterm><primary><option>-P</option></primary></indexterm> to
216     get the following additional information:</para>
217
218     <variablelist>
219       <varlistentry>
220         <term><literal>ticks</literal></term>
221         <listitem>
222           <para>The raw number of time &ldquo;ticks&rdquo; which were
223           attributed to this cost-centre; from this, we get the
224           <literal>&percnt;time</literal> figure mentioned
225           above.</para>
226         </listitem>
227       </varlistentry>
228
229       <varlistentry>
230         <term><literal>bytes</literal></term>
231         <listitem>
232           <para>Number of bytes allocated in the heap while in this
233           cost-centre; again, this is the raw number from which we get
234           the <literal>&percnt;alloc</literal> figure mentioned
235           above.</para>
236         </listitem>
237       </varlistentry>
238     </variablelist>
239
240     <para>What about recursive functions, and mutually recursive
241     groups of functions?  Where are the costs attributed?  Well,
242     although GHC does keep information about which groups of functions
243     called each other recursively, this information isn't displayed in
244     the basic time and allocation profile, instead the call-graph is
245     flattened into a tree.</para>
246
247     <sect2><title>Inserting cost centres by hand</title>
248
249       <para>Cost centres are just program annotations.  When you say
250       <option>-auto-all</option> to the compiler, it automatically
251       inserts a cost centre annotation around every top-level function
252       not marked INLINE in your program, but you are entirely free to
253       add the cost centre annotations yourself.</para>
254
255       <para>The syntax of a cost centre annotation is</para>
256
257       <programlisting>
258      {-# SCC "name" #-} &lt;expression&gt;
259 </programlisting>
260
261       <para>where <literal>"name"</literal> is an arbitrary string,
262       that will become the name of your cost centre as it appears
263       in the profiling output, and
264       <literal>&lt;expression&gt;</literal> is any Haskell
265       expression.  An <literal>SCC</literal> annotation extends as
266       far to the right as possible when parsing. (SCC stands for "Set
267       Cost Centre").</para>
268
269       <para>Here is an example of a program with a couple of SCCs:</para>
270
271 <programlisting>
272 main :: IO ()
273 main = do let xs = {-# SCC "X" #-} [1..1000000]
274           let ys = {-# SCC "Y" #-} [1..2000000]
275           print $ last xs
276           print $ last $ init xs
277           print $ last ys
278           print $ last $ init ys
279 </programlisting>
280
281       <para>which gives this heap profile when run:</para>
282
283       <!-- contentwidth/contentheight don't appear to have any effect
284            other than making the PS file generation work, rather than
285            falling over.  The result seems to be broken PS on the page
286            with the image. -->
287       <imagedata fileref="prof_scc" contentwidth="645px"
288       contentdepth="428px"/>
289
290     </sect2>
291
292     <sect2 id="prof-rules">
293       <title>Rules for attributing costs</title>
294
295       <para>The cost of evaluating any expression in your program is
296       attributed to a cost-centre stack using the following rules:</para>
297
298       <itemizedlist>
299         <listitem>
300           <para>If the expression is part of the
301           <firstterm>one-off</firstterm> costs of evaluating the
302           enclosing top-level definition, then costs are attributed to
303           the stack of lexically enclosing <literal>SCC</literal>
304           annotations on top of the special <literal>CAF</literal>
305           cost-centre. </para>
306         </listitem>
307
308         <listitem>
309           <para>Otherwise, costs are attributed to the stack of
310           lexically-enclosing <literal>SCC</literal> annotations,
311           appended to the cost-centre stack in effect at the
312           <firstterm>call site</firstterm> of the current top-level
313           definition<footnote> <para>The call-site is just the place
314           in the source code which mentions the particular function or
315           variable.</para></footnote>.  Notice that this is a recursive
316           definition.</para>
317         </listitem>
318
319         <listitem>
320           <para>Time spent in foreign code (see <xref linkend="ffi"/>)
321           is always attributed to the cost centre in force at the
322           Haskell call-site of the foreign function.</para>
323         </listitem>
324       </itemizedlist>
325
326       <para>What do we mean by one-off costs?  Well, Haskell is a lazy
327       language, and certain expressions are only ever evaluated once.
328       For example, if we write:</para>
329
330       <programlisting>
331 x = nfib 25
332 </programlisting>
333
334       <para>then <varname>x</varname> will only be evaluated once (if
335       at all), and subsequent demands for <varname>x</varname> will
336       immediately get to see the cached result.  The definition
337       <varname>x</varname> is called a CAF (Constant Applicative
338       Form), because it has no arguments.</para>
339
340       <para>For the purposes of profiling, we say that the expression
341       <literal>nfib 25</literal> belongs to the one-off costs of
342       evaluating <varname>x</varname>.</para>
343
344       <para>Since one-off costs aren't strictly speaking part of the
345       call-graph of the program, they are attributed to a special
346       top-level cost centre, <literal>CAF</literal>.  There may be one
347       <literal>CAF</literal> cost centre for each module (the
348       default), or one for each top-level definition with any one-off
349       costs (this behaviour can be selected by giving GHC the
350       <option>-caf-all</option> flag).</para>
351
352       <indexterm><primary><literal>-caf-all</literal></primary>
353       </indexterm>
354
355       <para>If you think you have a weird profile, or the call-graph
356       doesn't look like you expect it to, feel free to send it (and
357       your program) to us at
358       <email>glasgow-haskell-bugs@haskell.org</email>.</para>
359     </sect2>
360   </sect1>
361
362   <sect1 id="prof-compiler-options">
363     <title>Compiler options for profiling</title>
364
365     <indexterm><primary>profiling</primary><secondary>options</secondary></indexterm>
366     <indexterm><primary>options</primary><secondary>for profiling</secondary></indexterm>
367
368     <variablelist>
369       <varlistentry>
370         <term>
371           <option>-prof</option>:
372           <indexterm><primary><option>-prof</option></primary></indexterm>
373         </term>
374         <listitem>
375           <para> To make use of the profiling system
376           <emphasis>all</emphasis> modules must be compiled and linked
377           with the <option>-prof</option> option. Any
378           <literal>SCC</literal> annotations you've put in your source
379           will spring to life.</para>
380
381           <para> Without a <option>-prof</option> option, your
382           <literal>SCC</literal>s are ignored; so you can compile
383           <literal>SCC</literal>-laden code without changing
384           it.</para>
385         </listitem>
386       </varlistentry>
387     </variablelist>
388
389     <para>There are a few other profiling-related compilation options.
390     Use them <emphasis>in addition to</emphasis>
391     <option>-prof</option>.  These do not have to be used consistently
392     for all modules in a program.</para>
393
394     <variablelist>
395       <varlistentry>
396         <term>
397           <option>-auto</option>:
398           <indexterm><primary><option>-auto</option></primary></indexterm>
399           <indexterm><primary>cost centres</primary><secondary>automatically inserting</secondary></indexterm>
400         </term>
401         <listitem>
402           <para> GHC will automatically add
403           <function>&lowbar;scc&lowbar;</function> constructs for all
404           top-level, exported functions not marked INLINE. If you
405           want a cost centre on an INLINE function, you have to add
406           it manually.</para>
407         </listitem>
408       </varlistentry>
409
410       <varlistentry>
411         <term>
412           <option>-auto-all</option>:
413           <indexterm><primary><option>-auto-all</option></primary></indexterm>
414         </term>
415         <listitem>
416           <para> <emphasis>All</emphasis> top-level functions
417           not marked INLINE, exported or not, will be automatically
418           <function>&lowbar;scc&lowbar;</function>'d.
419           The functions marked INLINE must be given a cost centre
420           manually.</para>
421         </listitem>
422       </varlistentry>
423
424       <varlistentry>
425         <term>
426           <option>-caf-all</option>:
427           <indexterm><primary><option>-caf-all</option></primary></indexterm>
428         </term>
429         <listitem>
430           <para> The costs of all CAFs in a module are usually
431           attributed to one &ldquo;big&rdquo; CAF cost-centre. With
432           this option, all CAFs get their own cost-centre.  An
433           &ldquo;if all else fails&rdquo; option&hellip;</para>
434         </listitem>
435       </varlistentry>
436
437       <varlistentry>
438         <term>
439           <option>-ignore-scc</option>:
440           <indexterm><primary><option>-ignore-scc</option></primary></indexterm>
441         </term>
442         <listitem>
443           <para>Ignore any <function>&lowbar;scc&lowbar;</function>
444           constructs, so a module which already has
445           <function>&lowbar;scc&lowbar;</function>s can be compiled
446           for profiling with the annotations ignored.</para>
447         </listitem>
448       </varlistentry>
449
450     </variablelist>
451
452   </sect1>
453
454   <sect1 id="prof-time-options">
455     <title>Time and allocation profiling</title>
456
457     <para>To generate a time and allocation profile, give one of the
458     following RTS options to the compiled program when you run it (RTS
459     options should be enclosed between <literal>+RTS...-RTS</literal>
460     as usual):</para>
461
462     <variablelist>
463       <varlistentry>
464         <term>
465           <option>-p</option> or <option>-P</option> or <option>-pa</option>:
466           <indexterm><primary><option>-p</option></primary></indexterm>
467           <indexterm><primary><option>-P</option></primary></indexterm>
468           <indexterm><primary><option>-pa</option></primary></indexterm>
469           <indexterm><primary>time profile</primary></indexterm>
470         </term>
471         <listitem>
472           <para>The <option>-p</option> option produces a standard
473           <emphasis>time profile</emphasis> report.  It is written
474           into the file
475           <filename><replaceable>program</replaceable>.prof</filename>.</para>
476
477           <para>The <option>-P</option> option produces a more
478           detailed report containing the actual time and allocation
479           data as well.  (Not used much.)</para>
480
481           <para>The <option>-pa</option> option produces the most detailed
482           report containing all cost centres in addition to the actual time
483           and allocation data.</para>
484         </listitem>
485       </varlistentry>
486
487      <varlistentry>
488        <term><option>-V<replaceable>secs</replaceable></option>
489        <indexterm><primary><option>-V</option></primary><secondary>RTS
490        option</secondary></indexterm></term>
491        <listitem>
492          <para>Sets the interval that the RTS clock ticks at, which is
493          also the sampling interval of the time and allocation profile.
494          The default is 0.02&nbsp;second.</para>
495        </listitem>
496      </varlistentry>
497
498       <varlistentry>
499         <term>
500           <option>-xc</option>
501           <indexterm><primary><option>-xc</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
502         </term>
503         <listitem>
504           <para>This option makes use of the extra information
505           maintained by the cost-centre-stack profiler to provide
506           useful information about the location of runtime errors.
507           See <xref linkend="rts-options-debugging"/>.</para>
508         </listitem>
509       </varlistentry>
510
511     </variablelist>
512
513   </sect1>
514
515   <sect1 id="prof-heap">
516     <title>Profiling memory usage</title>
517
518     <para>In addition to profiling the time and allocation behaviour
519     of your program, you can also generate a graph of its memory usage
520     over time.  This is useful for detecting the causes of
521     <firstterm>space leaks</firstterm>, when your program holds on to
522     more memory at run-time that it needs to.  Space leaks lead to
523     longer run-times due to heavy garbage collector activity, and may
524     even cause the program to run out of memory altogether.</para>
525
526     <para>To generate a heap profile from your program:</para>
527
528     <orderedlist>
529       <listitem>
530         <para>Compile the program for profiling (<xref
531         linkend="prof-compiler-options"/>).</para>
532       </listitem>
533       <listitem>
534         <para>Run it with one of the heap profiling options described
535         below (eg. <option>-hc</option> for a basic producer profile).
536         This generates the file
537         <filename><replaceable>prog</replaceable>.hp</filename>.</para>
538       </listitem>
539       <listitem>
540         <para>Run <command>hp2ps</command> to produce a Postscript
541         file,
542         <filename><replaceable>prog</replaceable>.ps</filename>.  The
543         <command>hp2ps</command> utility is described in detail in
544         <xref linkend="hp2ps"/>.</para>
545       </listitem>
546       <listitem>
547         <para>Display the heap profile using a postscript viewer such
548         as <application>Ghostview</application>, or print it out on a
549         Postscript-capable printer.</para>
550       </listitem>
551     </orderedlist>
552
553     <para>You might also want to take a look
554       at <ulink url="http://www.haskell.org/haskellwiki/Hp2any">hp2any</ulink>,
555       a more advanced suite of tools (not distributed with GHC) for
556       displaying heap profiles.</para>
557
558     <sect2 id="rts-options-heap-prof">
559       <title>RTS options for heap profiling</title>
560
561       <para>There are several different kinds of heap profile that can
562       be generated.  All the different profile types yield a graph of
563       live heap against time, but they differ in how the live heap is
564       broken down into bands.  The following RTS options select which
565       break-down to use:</para>
566
567       <variablelist>
568         <varlistentry>
569           <term>
570             <option>-hc</option>
571             <indexterm><primary><option>-hc</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
572           </term>
573           <listitem>
574             <para>Breaks down the graph by the cost-centre stack which
575             produced the data.</para>
576           </listitem>
577         </varlistentry>
578
579         <varlistentry>
580           <term>
581             <option>-hm</option>
582             <indexterm><primary><option>-hm</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
583           </term>
584           <listitem>
585             <para>Break down the live heap by the module containing
586             the code which produced the data.</para>
587           </listitem>
588         </varlistentry>
589
590         <varlistentry>
591           <term>
592             <option>-hd</option>
593             <indexterm><primary><option>-hd</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
594           </term>
595           <listitem>
596             <para>Breaks down the graph by <firstterm>closure
597             description</firstterm>.  For actual data, the description
598             is just the constructor name, for other closures it is a
599             compiler-generated string identifying the closure.</para>
600           </listitem>
601         </varlistentry>
602
603         <varlistentry>
604           <term>
605             <option>-hy</option>
606             <indexterm><primary><option>-hy</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
607           </term>
608           <listitem>
609             <para>Breaks down the graph by
610             <firstterm>type</firstterm>.  For closures which have
611             function type or unknown/polymorphic type, the string will
612             represent an approximation to the actual type.</para>
613           </listitem>
614         </varlistentry>
615
616         <varlistentry>
617           <term>
618             <option>-hr</option>
619             <indexterm><primary><option>-hr</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
620           </term>
621           <listitem>
622             <para>Break down the graph by <firstterm>retainer
623             set</firstterm>.  Retainer profiling is described in more
624             detail below (<xref linkend="retainer-prof"/>).</para>
625           </listitem>
626         </varlistentry>
627
628         <varlistentry>
629           <term>
630             <option>-hb</option>
631             <indexterm><primary><option>-hb</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
632           </term>
633           <listitem>
634             <para>Break down the graph by
635             <firstterm>biography</firstterm>.  Biographical profiling
636             is described in more detail below (<xref
637             linkend="biography-prof"/>).</para>
638           </listitem>
639         </varlistentry>
640       </variablelist>
641
642       <para>In addition, the profile can be restricted to heap data
643       which satisfies certain criteria - for example, you might want
644       to display a profile by type but only for data produced by a
645       certain module, or a profile by retainer for a certain type of
646       data.  Restrictions are specified as follows:</para>
647
648       <variablelist>
649         <varlistentry>
650           <term>
651             <option>-hc</option><replaceable>name</replaceable>,...
652             <indexterm><primary><option>-hc</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
653           </term>
654           <listitem>
655             <para>Restrict the profile to closures produced by
656             cost-centre stacks with one of the specified cost centres
657             at the top.</para>
658           </listitem>
659         </varlistentry>
660
661         <varlistentry>
662           <term>
663             <option>-hC</option><replaceable>name</replaceable>,...
664             <indexterm><primary><option>-hC</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
665           </term>
666           <listitem>
667             <para>Restrict the profile to closures produced by
668             cost-centre stacks with one of the specified cost centres
669             anywhere in the stack.</para>
670           </listitem>
671         </varlistentry>
672
673         <varlistentry>
674           <term>
675             <option>-hm</option><replaceable>module</replaceable>,...
676             <indexterm><primary><option>-hm</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
677           </term>
678           <listitem>
679             <para>Restrict the profile to closures produced by the
680             specified modules.</para>
681           </listitem>
682         </varlistentry>
683
684         <varlistentry>
685           <term>
686             <option>-hd</option><replaceable>desc</replaceable>,...
687             <indexterm><primary><option>-hd</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
688           </term>
689           <listitem>
690             <para>Restrict the profile to closures with the specified
691             description strings.</para>
692           </listitem>
693         </varlistentry>
694
695         <varlistentry>
696           <term>
697             <option>-hy</option><replaceable>type</replaceable>,...
698             <indexterm><primary><option>-hy</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
699           </term>
700           <listitem>
701             <para>Restrict the profile to closures with the specified
702             types.</para>
703           </listitem>
704         </varlistentry>
705
706         <varlistentry>
707           <term>
708             <option>-hr</option><replaceable>cc</replaceable>,...
709             <indexterm><primary><option>-hr</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
710           </term>
711           <listitem>
712             <para>Restrict the profile to closures with retainer sets
713             containing cost-centre stacks with one of the specified
714             cost centres at the top.</para>
715           </listitem>
716         </varlistentry>
717
718         <varlistentry>
719           <term>
720             <option>-hb</option><replaceable>bio</replaceable>,...
721             <indexterm><primary><option>-hb</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
722           </term>
723           <listitem>
724             <para>Restrict the profile to closures with one of the
725             specified biographies, where
726             <replaceable>bio</replaceable> is one of
727             <literal>lag</literal>, <literal>drag</literal>,
728             <literal>void</literal>, or <literal>use</literal>.</para>
729           </listitem>
730         </varlistentry>
731       </variablelist>
732
733       <para>For example, the following options will generate a
734       retainer profile restricted to <literal>Branch</literal> and
735       <literal>Leaf</literal> constructors:</para>
736
737 <screen>
738 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hdBranch,Leaf
739 </screen>
740
741       <para>There can only be one "break-down" option
742       (eg. <option>-hr</option> in the example above), but there is no
743       limit on the number of further restrictions that may be applied.
744       All the options may be combined, with one exception: GHC doesn't
745       currently support mixing the <option>-hr</option> and
746       <option>-hb</option> options.</para>
747
748       <para>There are three more options which relate to heap
749       profiling:</para>
750
751       <variablelist>
752         <varlistentry>
753           <term>
754             <option>-i<replaceable>secs</replaceable></option>:
755             <indexterm><primary><option>-i</option></primary></indexterm>
756           </term>
757           <listitem>
758             <para>Set the profiling (sampling) interval to
759             <replaceable>secs</replaceable> seconds (the default is
760             0.1&nbsp;second).  Fractions are allowed: for example
761             <option>-i0.2</option> will get 5 samples per second.
762             This only affects heap profiling; time profiles are always
763             sampled with the frequency of the RTS clock. See
764             <xref linkend="prof-time-options"/> for changing that.</para>
765           </listitem>
766         </varlistentry>
767
768         <varlistentry>
769           <term>
770             <option>-xt</option>
771             <indexterm><primary><option>-xt</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
772           </term>
773           <listitem>
774             <para>Include the memory occupied by threads in a heap
775             profile.  Each thread takes up a small area for its thread
776             state in addition to the space allocated for its stack
777             (stacks normally start small and then grow as
778             necessary).</para>
779
780             <para>This includes the main thread, so using
781             <option>-xt</option> is a good way to see how much stack
782             space the program is using.</para>
783
784             <para>Memory occupied by threads and their stacks is
785             labelled as &ldquo;TSO&rdquo; when displaying the profile
786             by closure description or type description.</para>
787           </listitem>
788         </varlistentry>
789
790         <varlistentry>
791           <term>
792             <option>-L<replaceable>num</replaceable></option>
793             <indexterm><primary><option>-L</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
794           </term>
795           <listitem>
796             <para>
797           Sets the maximum length of a cost-centre stack name in a
798           heap profile. Defaults to 25.
799             </para>
800           </listitem>
801         </varlistentry>
802       </variablelist>
803
804     </sect2>
805
806     <sect2 id="retainer-prof">
807       <title>Retainer Profiling</title>
808
809       <para>Retainer profiling is designed to help answer questions
810       like <quote>why is this data being retained?</quote>.  We start
811       by defining what we mean by a retainer:</para>
812
813       <blockquote>
814         <para>A retainer is either the system stack, or an unevaluated
815         closure (thunk).</para>
816       </blockquote>
817
818       <para>In particular, constructors are <emphasis>not</emphasis>
819       retainers.</para>
820
821       <para>An object B retains object A if (i) B is a retainer object and
822      (ii) object A can be reached by recursively following pointers
823      starting from object B, but not meeting any other retainer
824      objects on the way. Each live object is retained by one or more
825      retainer objects, collectively called its retainer set, or its
826       <firstterm>retainer set</firstterm>, or its
827       <firstterm>retainers</firstterm>.</para>
828
829       <para>When retainer profiling is requested by giving the program
830       the <option>-hr</option> option, a graph is generated which is
831       broken down by retainer set.  A retainer set is displayed as a
832       set of cost-centre stacks; because this is usually too large to
833       fit on the profile graph, each retainer set is numbered and
834       shown abbreviated on the graph along with its number, and the
835       full list of retainer sets is dumped into the file
836       <filename><replaceable>prog</replaceable>.prof</filename>.</para>
837
838       <para>Retainer profiling requires multiple passes over the live
839       heap in order to discover the full retainer set for each
840       object, which can be quite slow.  So we set a limit on the
841       maximum size of a retainer set, where all retainer sets larger
842       than the maximum retainer set size are replaced by the special
843       set <literal>MANY</literal>.  The maximum set size defaults to 8
844       and can be altered with the <option>-R</option> RTS
845       option:</para>
846
847       <variablelist>
848         <varlistentry>
849           <term><option>-R</option><replaceable>size</replaceable></term>
850           <listitem>
851             <para>Restrict the number of elements in a retainer set to
852             <replaceable>size</replaceable> (default 8).</para>
853           </listitem>
854         </varlistentry>
855       </variablelist>
856
857       <sect3>
858         <title>Hints for using retainer profiling</title>
859
860         <para>The definition of retainers is designed to reflect a
861         common cause of space leaks: a large structure is retained by
862         an unevaluated computation, and will be released once the
863         computation is forced.  A good example is looking up a value in
864         a finite map, where unless the lookup is forced in a timely
865         manner the unevaluated lookup will cause the whole mapping to
866         be retained.  These kind of space leaks can often be
867         eliminated by forcing the relevant computations to be
868         performed eagerly, using <literal>seq</literal> or strictness
869         annotations on data constructor fields.</para>
870
871         <para>Often a particular data structure is being retained by a
872         chain of unevaluated closures, only the nearest of which will
873         be reported by retainer profiling - for example A retains B, B
874         retains C, and C retains a large structure.  There might be a
875         large number of Bs but only a single A, so A is really the one
876         we're interested in eliminating.  However, retainer profiling
877         will in this case report B as the retainer of the large
878         structure.  To move further up the chain of retainers, we can
879         ask for another retainer profile but this time restrict the
880         profile to B objects, so we get a profile of the retainers of
881         B:</para>
882
883 <screen>
884 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hcB
885 </screen>
886
887         <para>This trick isn't foolproof, because there might be other
888         B closures in the heap which aren't the retainers we are
889         interested in, but we've found this to be a useful technique
890         in most cases.</para>
891       </sect3>
892     </sect2>
893
894     <sect2 id="biography-prof">
895       <title>Biographical Profiling</title>
896
897       <para>A typical heap object may be in one of the following four
898       states at each point in its lifetime:</para>
899
900       <itemizedlist>
901         <listitem>
902           <para>The <firstterm>lag</firstterm> stage, which is the
903           time between creation and the first use of the
904           object,</para>
905         </listitem>
906         <listitem>
907           <para>the <firstterm>use</firstterm> stage, which lasts from
908           the first use until the last use of the object, and</para>
909         </listitem>
910         <listitem>
911           <para>The <firstterm>drag</firstterm> stage, which lasts
912           from the final use until the last reference to the object
913           is dropped.</para>
914         </listitem>
915         <listitem>
916           <para>An object which is never used is said to be in the
917           <firstterm>void</firstterm> state for its whole
918           lifetime.</para>
919         </listitem>
920       </itemizedlist>
921
922       <para>A biographical heap profile displays the portion of the
923       live heap in each of the four states listed above.  Usually the
924       most interesting states are the void and drag states: live heap
925       in these states is more likely to be wasted space than heap in
926       the lag or use states.</para>
927
928       <para>It is also possible to break down the heap in one or more
929       of these states by a different criteria, by restricting a
930       profile by biography.  For example, to show the portion of the
931       heap in the drag or void state by producer: </para>
932
933 <screen>
934 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hc -hbdrag,void
935 </screen>
936
937       <para>Once you know the producer or the type of the heap in the
938       drag or void states, the next step is usually to find the
939       retainer(s):</para>
940
941 <screen>
942 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hc<replaceable>cc</replaceable>...
943 </screen>
944
945       <para>NOTE: this two stage process is required because GHC
946       cannot currently profile using both biographical and retainer
947       information simultaneously.</para>
948     </sect2>
949
950     <sect2 id="mem-residency">
951       <title>Actual memory residency</title>
952
953       <para>How does the heap residency reported by the heap profiler relate to
954         the actual memory residency of your program when you run it?  You might
955         see a large discrepancy between the residency reported by the heap
956         profiler, and the residency reported by tools on your system
957         (eg. <literal>ps</literal> or <literal>top</literal> on Unix, or the
958         Task Manager on Windows).  There are several reasons for this:</para>
959
960       <itemizedlist>
961         <listitem>
962           <para>There is an overhead of profiling itself, which is subtracted
963             from the residency figures by the profiler.  This overhead goes
964             away when compiling without profiling support, of course.  The
965             space overhead is currently 2 extra
966             words per heap object, which probably results in
967             about a 30% overhead.</para>
968         </listitem>
969
970         <listitem>
971           <para>Garbage collection requires more memory than the actual
972             residency.  The factor depends on the kind of garbage collection
973             algorithm in use:  a major GC in the standard
974             generation copying collector will usually require 3L bytes of
975             memory, where L is the amount of live data.  This is because by
976             default (see the <option>+RTS -F</option> option) we allow the old
977             generation to grow to twice its size (2L) before collecting it, and
978             we require additionally L bytes to copy the live data into.  When
979             using compacting collection (see the <option>+RTS -c</option>
980             option), this is reduced to 2L, and can further be reduced by
981             tweaking the <option>-F</option> option.  Also add the size of the
982             allocation area (currently a fixed 512Kb).</para>
983         </listitem>
984
985         <listitem>
986           <para>The stack isn't counted in the heap profile by default.  See the
987     <option>+RTS -xt</option> option.</para>
988         </listitem>
989
990         <listitem>
991           <para>The program text itself, the C stack, any non-heap data (eg. data
992             allocated by foreign libraries, and data allocated by the RTS), and
993             <literal>mmap()</literal>'d memory are not counted in the heap profile.</para>
994         </listitem>
995       </itemizedlist>
996     </sect2>
997
998   </sect1>
999
1000   <sect1 id="hp2ps">
1001     <title><command>hp2ps</command>&ndash;&ndash;heap profile to PostScript</title>
1002
1003     <indexterm><primary><command>hp2ps</command></primary></indexterm>
1004     <indexterm><primary>heap profiles</primary></indexterm>
1005     <indexterm><primary>postscript, from heap profiles</primary></indexterm>
1006     <indexterm><primary><option>-h&lt;break-down&gt;</option></primary></indexterm>
1007
1008     <para>Usage:</para>
1009
1010 <screen>
1011 hp2ps [flags] [&lt;file&gt;[.hp]]
1012 </screen>
1013
1014     <para>The program
1015     <command>hp2ps</command><indexterm><primary>hp2ps
1016     program</primary></indexterm> converts a heap profile as produced
1017     by the <option>-h&lt;break-down&gt;</option> runtime option into a
1018     PostScript graph of the heap profile. By convention, the file to
1019     be processed by <command>hp2ps</command> has a
1020     <filename>.hp</filename> extension. The PostScript output is
1021     written to <filename>&lt;file&gt;@.ps</filename>. If
1022     <filename>&lt;file&gt;</filename> is omitted entirely, then the
1023     program behaves as a filter.</para>
1024
1025     <para><command>hp2ps</command> is distributed in
1026     <filename>ghc/utils/hp2ps</filename> in a GHC source
1027     distribution. It was originally developed by Dave Wakeling as part
1028     of the HBC/LML heap profiler.</para>
1029
1030     <para>The flags are:</para>
1031
1032     <variablelist>
1033
1034       <varlistentry>
1035         <term><option>-d</option></term>
1036         <listitem>
1037           <para>In order to make graphs more readable,
1038           <command>hp2ps</command> sorts the shaded bands for each
1039           identifier. The default sort ordering is for the bands with
1040           the largest area to be stacked on top of the smaller ones.
1041           The <option>-d</option> option causes rougher bands (those
1042           representing series of values with the largest standard
1043           deviations) to be stacked on top of smoother ones.</para>
1044         </listitem>
1045       </varlistentry>
1046
1047       <varlistentry>
1048         <term><option>-b</option></term>
1049         <listitem>
1050           <para>Normally, <command>hp2ps</command> puts the title of
1051           the graph in a small box at the top of the page. However, if
1052           the JOB string is too long to fit in a small box (more than
1053           35 characters), then <command>hp2ps</command> will choose to
1054           use a big box instead.  The <option>-b</option> option
1055           forces <command>hp2ps</command> to use a big box.</para>
1056         </listitem>
1057       </varlistentry>
1058
1059       <varlistentry>
1060         <term><option>-e&lt;float&gt;[in&verbar;mm&verbar;pt]</option></term>
1061         <listitem>
1062           <para>Generate encapsulated PostScript suitable for
1063           inclusion in LaTeX documents.  Usually, the PostScript graph
1064           is drawn in landscape mode in an area 9 inches wide by 6
1065           inches high, and <command>hp2ps</command> arranges for this
1066           area to be approximately centred on a sheet of a4 paper.
1067           This format is convenient of studying the graph in detail,
1068           but it is unsuitable for inclusion in LaTeX documents.  The
1069           <option>-e</option> option causes the graph to be drawn in
1070           portrait mode, with float specifying the width in inches,
1071           millimetres or points (the default).  The resulting
1072           PostScript file conforms to the Encapsulated PostScript
1073           (EPS) convention, and it can be included in a LaTeX document
1074           using Rokicki's dvi-to-PostScript converter
1075           <command>dvips</command>.</para>
1076         </listitem>
1077       </varlistentry>
1078
1079       <varlistentry>
1080         <term><option>-g</option></term>
1081         <listitem>
1082           <para>Create output suitable for the <command>gs</command>
1083           PostScript previewer (or similar). In this case the graph is
1084           printed in portrait mode without scaling. The output is
1085           unsuitable for a laser printer.</para>
1086         </listitem>
1087       </varlistentry>
1088
1089       <varlistentry>
1090         <term><option>-l</option></term>
1091         <listitem>
1092           <para>Normally a profile is limited to 20 bands with
1093           additional identifiers being grouped into an
1094           <literal>OTHER</literal> band. The <option>-l</option> flag
1095           removes this 20 band and limit, producing as many bands as
1096           necessary. No key is produced as it won't fit!. It is useful
1097           for creation time profiles with many bands.</para>
1098         </listitem>
1099       </varlistentry>
1100
1101       <varlistentry>
1102         <term><option>-m&lt;int&gt;</option></term>
1103         <listitem>
1104           <para>Normally a profile is limited to 20 bands with
1105           additional identifiers being grouped into an
1106           <literal>OTHER</literal> band. The <option>-m</option> flag
1107           specifies an alternative band limit (the maximum is
1108           20).</para>
1109
1110           <para><option>-m0</option> requests the band limit to be
1111           removed. As many bands as necessary are produced. However no
1112           key is produced as it won't fit! It is useful for displaying
1113           creation time profiles with many bands.</para>
1114         </listitem>
1115       </varlistentry>
1116
1117       <varlistentry>
1118         <term><option>-p</option></term>
1119         <listitem>
1120           <para>Use previous parameters. By default, the PostScript
1121           graph is automatically scaled both horizontally and
1122           vertically so that it fills the page.  However, when
1123           preparing a series of graphs for use in a presentation, it
1124           is often useful to draw a new graph using the same scale,
1125           shading and ordering as a previous one. The
1126           <option>-p</option> flag causes the graph to be drawn using
1127           the parameters determined by a previous run of
1128           <command>hp2ps</command> on <filename>file</filename>. These
1129           are extracted from <filename>file@.aux</filename>.</para>
1130         </listitem>
1131       </varlistentry>
1132
1133       <varlistentry>
1134         <term><option>-s</option></term>
1135         <listitem>
1136           <para>Use a small box for the title.</para>
1137         </listitem>
1138       </varlistentry>
1139
1140       <varlistentry>
1141         <term><option>-t&lt;float&gt;</option></term>
1142         <listitem>
1143           <para>Normally trace elements which sum to a total of less
1144           than 1&percnt; of the profile are removed from the
1145           profile. The <option>-t</option> option allows this
1146           percentage to be modified (maximum 5&percnt;).</para>
1147
1148           <para><option>-t0</option> requests no trace elements to be
1149           removed from the profile, ensuring that all the data will be
1150           displayed.</para>
1151         </listitem>
1152       </varlistentry>
1153
1154       <varlistentry>
1155         <term><option>-c</option></term>
1156         <listitem>
1157           <para>Generate colour output.</para>
1158         </listitem>
1159       </varlistentry>
1160
1161       <varlistentry>
1162         <term><option>-y</option></term>
1163         <listitem>
1164           <para>Ignore marks.</para>
1165         </listitem>
1166       </varlistentry>
1167
1168       <varlistentry>
1169         <term><option>-?</option></term>
1170         <listitem>
1171           <para>Print out usage information.</para>
1172         </listitem>
1173       </varlistentry>
1174     </variablelist>
1175
1176
1177     <sect2 id="manipulating-hp">
1178       <title>Manipulating the hp file</title>
1179
1180 <para>(Notes kindly offered by Jan-Willem Maessen.)</para>
1181
1182 <para>
1183 The <filename>FOO.hp</filename> file produced when you ask for the
1184 heap profile of a program <filename>FOO</filename> is a text file with a particularly
1185 simple structure. Here's a representative example, with much of the
1186 actual data omitted:
1187 <screen>
1188 JOB "FOO -hC"
1189 DATE "Thu Dec 26 18:17 2002"
1190 SAMPLE_UNIT "seconds"
1191 VALUE_UNIT "bytes"
1192 BEGIN_SAMPLE 0.00
1193 END_SAMPLE 0.00
1194 BEGIN_SAMPLE 15.07
1195   ... sample data ...
1196 END_SAMPLE 15.07
1197 BEGIN_SAMPLE 30.23
1198   ... sample data ...
1199 END_SAMPLE 30.23
1200 ... etc.
1201 BEGIN_SAMPLE 11695.47
1202 END_SAMPLE 11695.47
1203 </screen>
1204 The first four lines (<literal>JOB</literal>, <literal>DATE</literal>, <literal>SAMPLE_UNIT</literal>, <literal>VALUE_UNIT</literal>) form a
1205 header.  Each block of lines starting with <literal>BEGIN_SAMPLE</literal> and ending
1206 with <literal>END_SAMPLE</literal> forms a single sample (you can think of this as a
1207 vertical slice of your heap profile).  The hp2ps utility should accept
1208 any input with a properly-formatted header followed by a series of
1209 *complete* samples.
1210 </para>
1211 </sect2>
1212
1213     <sect2>
1214       <title>Zooming in on regions of your profile</title>
1215
1216 <para>
1217 You can look at particular regions of your profile simply by loading a
1218 copy of the <filename>.hp</filename> file into a text editor and deleting the unwanted
1219 samples.  The resulting <filename>.hp</filename> file can be run through <command>hp2ps</command> and viewed
1220 or printed.
1221 </para>
1222 </sect2>
1223
1224     <sect2>
1225       <title>Viewing the heap profile of a running program</title>
1226
1227 <para>
1228 The <filename>.hp</filename> file is generated incrementally as your
1229 program runs.  In principle, running <command>hp2ps</command> on the incomplete file
1230 should produce a snapshot of your program's heap usage.  However, the
1231 last sample in the file may be incomplete, causing <command>hp2ps</command> to fail.  If
1232 you are using a machine with UNIX utilities installed, it's not too
1233 hard to work around this problem (though the resulting command line
1234 looks rather Byzantine):
1235 <screen>
1236   head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1237     | hp2ps > FOO.ps
1238 </screen>
1239
1240 The command <command>fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp</command> finds the
1241 end of every complete sample in <filename>FOO.hp</filename>, and labels each sample with
1242 its ending line number.  We then select the line number of the last
1243 complete sample using <command>tail</command> and <command>cut</command>.  This is used as a
1244 parameter to <command>head</command>; the result is as if we deleted the final
1245 incomplete sample from <filename>FOO.hp</filename>.  This results in a properly-formatted
1246 .hp file which we feed directly to <command>hp2ps</command>.
1247 </para>
1248 </sect2>
1249     <sect2>
1250       <title>Viewing a heap profile in real time</title>
1251
1252 <para>
1253 The <command>gv</command> and <command>ghostview</command> programs
1254 have a "watch file" option can be used to view an up-to-date heap
1255 profile of your program as it runs.  Simply generate an incremental
1256 heap profile as described in the previous section.  Run <command>gv</command> on your
1257 profile:
1258 <screen>
1259   gv -watch -seascape FOO.ps
1260 </screen>
1261 If you forget the <literal>-watch</literal> flag you can still select
1262 "Watch file" from the "State" menu.  Now each time you generate a new
1263 profile <filename>FOO.ps</filename> the view will update automatically.
1264 </para>
1265
1266 <para>
1267 This can all be encapsulated in a little script:
1268 <screen>
1269   #!/bin/sh
1270   head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1271     | hp2ps > FOO.ps
1272   gv -watch -seascape FOO.ps &amp;
1273   while [ 1 ] ; do
1274     sleep 10 # We generate a new profile every 10 seconds.
1275     head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1276       | hp2ps > FOO.ps
1277   done
1278 </screen>
1279 Occasionally <command>gv</command> will choke as it tries to read an incomplete copy of
1280 <filename>FOO.ps</filename> (because <command>hp2ps</command> is still running as an update
1281 occurs).  A slightly more complicated script works around this
1282 problem, by using the fact that sending a SIGHUP to gv will cause it
1283 to re-read its input file:
1284 <screen>
1285   #!/bin/sh
1286   head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1287     | hp2ps > FOO.ps
1288   gv FOO.ps &amp;
1289   gvpsnum=$!
1290   while [ 1 ] ; do
1291     sleep 10
1292     head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1293       | hp2ps > FOO.ps
1294     kill -HUP $gvpsnum
1295   done
1296 </screen>
1297 </para>
1298 </sect2>
1299   </sect1>
1300
1301   <sect1 id="hpc">
1302     <title>Observing Code Coverage</title>
1303     <indexterm><primary>code coverage</primary></indexterm>
1304     <indexterm><primary>Haskell Program Coverage</primary></indexterm>
1305     <indexterm><primary>hpc</primary></indexterm>
1306
1307     <para>
1308       Code coverage tools allow a programmer to determine what parts of
1309       their code have been actually executed, and which parts have
1310       never actually been invoked.  GHC has an option for generating
1311       instrumented code that records code coverage as part of the
1312       <ulink url="http://www.haskell.org/hpc">Haskell Program Coverage
1313       </ulink>(HPC) toolkit, which is included with GHC. HPC tools can
1314       be used to render the generated code coverage information into
1315       human understandable format.  </para>
1316
1317     <para>
1318       Correctly instrumented code provides coverage information of two
1319       kinds: source coverage and boolean-control coverage. Source
1320       coverage is the extent to which every part of the program was
1321       used, measured at three different levels: declarations (both
1322       top-level and local), alternatives (among several equations or
1323       case branches) and expressions (at every level).  Boolean
1324       coverage is the extent to which each of the values True and
1325       False is obtained in every syntactic boolean context (ie. guard,
1326       condition, qualifier).  </para>
1327
1328     <para>
1329       HPC displays both kinds of information in two primary ways:
1330       textual reports with summary statistics (hpc report) and sources
1331       with color mark-up (hpc markup).  For boolean coverage, there
1332       are four possible outcomes for each guard, condition or
1333       qualifier: both True and False values occur; only True; only
1334       False; never evaluated. In hpc-markup output, highlighting with
1335       a yellow background indicates a part of the program that was
1336       never evaluated; a green background indicates an always-True
1337       expression and a red background indicates an always-False one.
1338     </para>
1339
1340    <sect2><title>A small example: Reciprocation</title>
1341
1342     <para>
1343      For an example we have a program, called Recip.hs, which computes exact decimal
1344      representations of reciprocals, with recurring parts indicated in
1345      brackets.
1346     </para>
1347 <programlisting>
1348 reciprocal :: Int -> (String, Int)
1349 reciprocal n | n > 1 = ('0' : '.' : digits, recur)
1350              | otherwise = error
1351                   "attempting to compute reciprocal of number &lt;= 1"
1352   where
1353   (digits, recur) = divide n 1 []
1354 divide :: Int -> Int -> [Int] -> (String, Int)
1355 divide n c cs | c `elem` cs = ([], position c cs)
1356               | r == 0      = (show q, 0)
1357               | r /= 0      = (show q ++ digits, recur)
1358   where
1359   (q, r) = (c*10) `quotRem` n
1360   (digits, recur) = divide n r (c:cs)
1361
1362 position :: Int -> [Int] -> Int
1363 position n (x:xs) | n==x      = 1
1364                   | otherwise = 1 + position n xs
1365
1366 showRecip :: Int -> String
1367 showRecip n =
1368   "1/" ++ show n ++ " = " ++
1369   if r==0 then d else take p d ++ "(" ++ drop p d ++ ")"
1370   where
1371   p = length d - r
1372   (d, r) = reciprocal n
1373
1374 main = do
1375   number &lt;- readLn
1376   putStrLn (showRecip number)
1377   main
1378 </programlisting>
1379
1380     <para>The HPC instrumentation is enabled using the -fhpc flag.
1381     </para>
1382
1383 <screen>
1384 $ ghc -fhpc Recip.hs --make
1385 </screen>
1386     <para>HPC index (.mix) files are placed placed in .hpc subdirectory. These can be considered like
1387     the .hi files for HPC.
1388    </para>
1389 <screen>
1390 $ ./Recip
1391 1/3
1392 = 0.(3)
1393 </screen>
1394     <para>We can generate a textual summary of coverage:</para>
1395 <screen>
1396 $ hpc report Recip
1397  80% expressions used (81/101)
1398  12% boolean coverage (1/8)
1399       14% guards (1/7), 3 always True,
1400                         1 always False,
1401                         2 unevaluated
1402        0% 'if' conditions (0/1), 1 always False
1403      100% qualifiers (0/0)
1404  55% alternatives used (5/9)
1405 100% local declarations used (9/9)
1406 100% top-level declarations used (5/5)
1407 </screen>
1408     <para>We can also generate a marked-up version of the source.</para>
1409 <screen>
1410 $ hpc markup Recip
1411 writing Recip.hs.html
1412 </screen>
1413     <para>
1414                 This generates one file per Haskell module, and 4 index files,
1415                 hpc_index.html, hpc_index_alt.html, hpc_index_exp.html,
1416                 hpc_index_fun.html.
1417         </para>
1418      </sect2>
1419
1420      <sect2><title>Options for instrumenting code for coverage</title>
1421         <para>
1422                 Turning on code coverage is easy, use the -fhpc flag.
1423                 Instrumented and non-instrumented can be freely mixed.
1424                 When compiling the Main module GHC automatically detects when there
1425                 is an hpc compiled file, and adds the correct initialization code.
1426         </para>
1427
1428      </sect2>
1429
1430      <sect2><title>The hpc toolkit</title>
1431
1432       <para>
1433       The hpc toolkit uses a cvs/svn/darcs-like interface, where a
1434       single binary contains many function units.</para>
1435 <screen>
1436 $ hpc
1437 Usage: hpc COMMAND ...
1438
1439 Commands:
1440   help        Display help for hpc or a single command
1441 Reporting Coverage:
1442   report      Output textual report about program coverage
1443   markup      Markup Haskell source with program coverage
1444 Processing Coverage files:
1445   sum         Sum multiple .tix files in a single .tix file
1446   combine     Combine two .tix files in a single .tix file
1447   map         Map a function over a single .tix file
1448 Coverage Overlays:
1449   overlay     Generate a .tix file from an overlay file
1450   draft       Generate draft overlay that provides 100% coverage
1451 Others:
1452   show        Show .tix file in readable, verbose format
1453   version     Display version for hpc
1454 </screen>
1455
1456      <para>In general, these options act on .tix file after an
1457      instrumented binary has generated it, which hpc acting as a
1458      conduit between the raw .tix file, and the more detailed reports
1459      produced.
1460         </para>
1461
1462         <para>
1463                 The hpc tool assumes you are in the top-level directory of
1464                 the location where you built your application, and the .tix
1465                 file is in the same top-level directory. You can use the
1466                 flag --srcdir to use hpc for any other directory, and use
1467                 --srcdir multiple times to analyse programs compiled from
1468                 difference locations, as is typical for packages.
1469         </para>
1470
1471         <para>
1472         We now explain in more details the major modes of hpc.
1473      </para>
1474
1475        <sect3><title>hpc report</title>
1476                 <para>hpc report gives a textual report of coverage. By default,
1477                         all modules and packages are considered in generating report,
1478                         unless include or exclude are used. The report is a summary
1479                         unless the --per-module flag is used. The --xml-output option
1480                         allows for tools to use hpc to glean coverage.
1481                 </para>
1482 <screen>
1483 $ hpc help report
1484 Usage: hpc report [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; [&lt;MODULE&gt; [&lt;MODULE&gt; ..]]
1485
1486 Options:
1487
1488     --per-module                  show module level detail
1489     --decl-list                   show unused decls
1490     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1491     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1492     --srcdir=DIR                  path to source directory of .hs files
1493                                   multi-use of srcdir possible
1494     --hpcdir=DIR                  sub-directory that contains .mix files
1495                                   default .hpc [rarely used]
1496     --xml-output                  show output in XML
1497 </screen>
1498        </sect3>
1499        <sect3><title>hpc markup</title>
1500                 <para>hpc markup marks up source files into colored html.
1501                 </para>
1502 <screen>
1503 $ hpc help markup
1504 Usage: hpc markup [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; [&lt;MODULE&gt; [&lt;MODULE&gt; ..]]
1505
1506 Options:
1507
1508     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1509     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1510     --srcdir=DIR                  path to source directory of .hs files
1511                                   multi-use of srcdir possible
1512     --hpcdir=DIR                  sub-directory that contains .mix files
1513                                   default .hpc [rarely used]
1514     --fun-entry-count             show top-level function entry counts
1515     --highlight-covered           highlight covered code, rather that code gaps
1516     --destdir=DIR                 path to write output to
1517 </screen>
1518
1519        </sect3>
1520        <sect3><title>hpc sum</title>
1521                 <para>hpc sum adds together any number of .tix files into a single
1522                 .tix file. hpc sum does not change the original .tix file; it generates a new .tix file.
1523                 </para>
1524 <screen>
1525 $ hpc help sum
1526 Usage: hpc sum [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; [&lt;TIX_FILE&gt; [&lt;TIX_FILE&gt; ..]]
1527 Sum multiple .tix files in a single .tix file
1528
1529 Options:
1530
1531     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1532     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1533     --output=FILE                 output FILE
1534     --union                       use the union of the module namespace (default is intersection)
1535 </screen>
1536        </sect3>
1537        <sect3><title>hpc combine</title>
1538                 <para>hpc combine is the swiss army knife of hpc. It can be
1539                  used to take the difference between .tix files, to subtract one
1540                 .tix file from another, or to add two .tix files. hpc combine does not
1541                 change the original .tix file; it generates a new .tix file.
1542                 </para>
1543 <screen>
1544 $ hpc help combine
1545 Usage: hpc combine [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; &lt;TIX_FILE&gt;
1546 Combine two .tix files in a single .tix file
1547
1548 Options:
1549
1550     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1551     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1552     --output=FILE                 output FILE
1553     --function=FUNCTION           combine .tix files with join function, default = ADD
1554                                   FUNCTION = ADD | DIFF | SUB
1555     --union                       use the union of the module namespace (default is intersection)
1556 </screen>
1557        </sect3>
1558        <sect3><title>hpc map</title>
1559                 <para>hpc map inverts or zeros a .tix file. hpc map does not
1560                 change the original .tix file; it generates a new .tix file.
1561                 </para>
1562 <screen>
1563 $ hpc help map
1564 Usage: hpc map [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt;
1565 Map a function over a single .tix file
1566
1567 Options:
1568
1569     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1570     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1571     --output=FILE                 output FILE
1572     --function=FUNCTION           apply function to .tix files, default = ID
1573                                   FUNCTION = ID | INV | ZERO
1574     --union                       use the union of the module namespace (default is intersection)
1575 </screen>
1576        </sect3>
1577        <sect3><title>hpc overlay and hpc draft</title>
1578                 <para>
1579                         Overlays are an experimental feature of HPC, a textual description
1580                         of coverage. hpc draft is used to generate a draft overlay from a .tix file,
1581                         and hpc overlay generates a .tix files from an overlay.
1582                 </para>
1583 <screen>
1584 % hpc help overlay
1585 Usage: hpc overlay [OPTION] .. &lt;OVERLAY_FILE&gt; [&lt;OVERLAY_FILE&gt; [...]]
1586
1587 Options:
1588
1589     --srcdir=DIR   path to source directory of .hs files
1590                    multi-use of srcdir possible
1591     --hpcdir=DIR   sub-directory that contains .mix files
1592                    default .hpc [rarely used]
1593     --output=FILE  output FILE
1594 % hpc help draft
1595 Usage: hpc draft [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt;
1596
1597 Options:
1598
1599     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1600     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1601     --srcdir=DIR                  path to source directory of .hs files
1602                                   multi-use of srcdir possible
1603     --hpcdir=DIR                  sub-directory that contains .mix files
1604                                   default .hpc [rarely used]
1605     --output=FILE                 output FILE
1606 </screen>
1607       </sect3>
1608      </sect2>
1609      <sect2><title>Caveats and Shortcomings of Haskell Program Coverage</title>
1610           <para>
1611                 HPC does not attempt to lock the .tix file, so multiple concurrently running
1612                 binaries in the same directory will exhibit a race condition. There is no way
1613                 to change the name of the .tix file generated, apart from renaming the binary.
1614                 HPC does not work with GHCi.
1615           </para>
1616     </sect2>
1617   </sect1>
1618
1619   <sect1 id="ticky-ticky">
1620     <title>Using &ldquo;ticky-ticky&rdquo; profiling (for implementors)</title>
1621     <indexterm><primary>ticky-ticky profiling</primary></indexterm>
1622
1623     <para>(ToDo: document properly.)</para>
1624
1625     <para>It is possible to compile Haskell programs so that
1626     they will count lots and lots of interesting things, e.g., number
1627     of updates, number of data constructors entered, etc., etc.  We
1628     call this &ldquo;ticky-ticky&rdquo;
1629     profiling,<indexterm><primary>ticky-ticky
1630     profiling</primary></indexterm> <indexterm><primary>profiling,
1631     ticky-ticky</primary></indexterm> because that's the sound a CPU
1632     makes when it is running up all those counters
1633     (<emphasis>slowly</emphasis>).</para>
1634
1635     <para>Ticky-ticky profiling is mainly intended for implementors;
1636     it is quite separate from the main &ldquo;cost-centre&rdquo;
1637     profiling system, intended for all users everywhere.</para>
1638
1639     <para>
1640       You don't need to build GHC, the libraries, or the RTS a special
1641       way in order to use ticky-ticky profiling.  You can decide on a
1642       module-by-module basis which parts of a program have the
1643       counters compiled in, using the
1644       compile-time <option>-ticky</option> option.  Those modules that
1645       were not compiled with <option>-ticky</option> won't contribute
1646       to the ticky-ticky profiling results, and that will normally
1647       include all the pre-compiled packages that your program links
1648       with.
1649     </para>
1650
1651     <para>
1652       To get your compiled program to spit out the ticky-ticky
1653       numbers:
1654
1655       <itemizedlist>
1656         <listitem>
1657           <para>
1658             Link the program with <option>-debug</option>
1659             (<option>-ticky</option> is a synonym
1660             for <option>-debug</option> at link-time).  This links in
1661             the debug version of the RTS, which includes the code for
1662             aggregating and reporting the results of ticky-ticky
1663             profiling.
1664           </para>
1665         </listitem>
1666         <listitem>
1667           <para>
1668             Run the program with the <option>-r</option> RTS
1669             option<indexterm><primary>-r RTS option</primary></indexterm>.
1670             See <xref linkend="runtime-control"/>.
1671           </para>
1672         </listitem>
1673       </itemizedlist>
1674     </para>
1675
1676     <para>
1677       Here is a sample ticky-ticky statistics file, generated by
1678       the invocation
1679       <command>foo +RTS -rfoo.ticky</command>.
1680       </para>
1681
1682 <screen>
1683  foo +RTS -rfoo.ticky
1684
1685 ALLOCATIONS: 3964631 (11330900 words total: 3999476 admin, 6098829 goods, 1232595 slop)
1686                                 total words:        2     3     4     5    6+
1687   69647 (  1.8%) function values                 50.0  50.0   0.0   0.0   0.0
1688 2382937 ( 60.1%) thunks                           0.0  83.9  16.1   0.0   0.0
1689 1477218 ( 37.3%) data values                     66.8  33.2   0.0   0.0   0.0
1690       0 (  0.0%) big tuples
1691       2 (  0.0%) black holes                      0.0 100.0   0.0   0.0   0.0
1692       0 (  0.0%) prim things
1693   34825 (  0.9%) partial applications             0.0   0.0   0.0 100.0   0.0
1694       2 (  0.0%) thread state objects             0.0   0.0   0.0   0.0 100.0
1695
1696 Total storage-manager allocations: 3647137 (11882004 words)
1697         [551104 words lost to speculative heap-checks]
1698
1699 STACK USAGE:
1700
1701 ENTERS: 9400092  of which 2005772 (21.3%) direct to the entry code
1702                   [the rest indirected via Node's info ptr]
1703 1860318 ( 19.8%) thunks
1704 3733184 ( 39.7%) data values
1705 3149544 ( 33.5%) function values
1706                   [of which 1999880 (63.5%) bypassed arg-satisfaction chk]
1707  348140 (  3.7%) partial applications
1708  308906 (  3.3%) normal indirections
1709       0 (  0.0%) permanent indirections
1710
1711 RETURNS: 5870443
1712 2137257 ( 36.4%) from entering a new constructor
1713                   [the rest from entering an existing constructor]
1714 2349219 ( 40.0%) vectored [the rest unvectored]
1715
1716 RET_NEW:         2137257:  32.5% 46.2% 21.3%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1717 RET_OLD:         3733184:   2.8% 67.9% 29.3%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1718 RET_UNBOXED_TUP:       2:   0.0%  0.0%100.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1719
1720 RET_VEC_RETURN : 2349219:   0.0%  0.0%100.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1721
1722 UPDATE FRAMES: 2241725 (0 omitted from thunks)
1723 SEQ FRAMES:    1
1724 CATCH FRAMES:  1
1725 UPDATES: 2241725
1726       0 (  0.0%) data values
1727   34827 (  1.6%) partial applications
1728                   [2 in place, 34825 allocated new space]
1729 2206898 ( 98.4%) updates to existing heap objects (46 by squeezing)
1730 UPD_CON_IN_NEW:         0:       0      0      0      0      0      0      0      0      0
1731 UPD_PAP_IN_NEW:     34825:       0      0      0  34825      0      0      0      0      0
1732
1733 NEW GEN UPDATES: 2274700 ( 99.9%)
1734
1735 OLD GEN UPDATES: 1852 (  0.1%)
1736
1737 Total bytes copied during GC: 190096
1738
1739 **************************************************
1740 3647137 ALLOC_HEAP_ctr
1741 11882004 ALLOC_HEAP_tot
1742   69647 ALLOC_FUN_ctr
1743   69647 ALLOC_FUN_adm
1744   69644 ALLOC_FUN_gds
1745   34819 ALLOC_FUN_slp
1746   34831 ALLOC_FUN_hst_0
1747   34816 ALLOC_FUN_hst_1
1748       0 ALLOC_FUN_hst_2
1749       0 ALLOC_FUN_hst_3
1750       0 ALLOC_FUN_hst_4
1751 2382937 ALLOC_UP_THK_ctr
1752       0 ALLOC_SE_THK_ctr
1753  308906 ENT_IND_ctr
1754       0 E!NT_PERM_IND_ctr requires +RTS -Z
1755 [... lots more info omitted ...]
1756       0 GC_SEL_ABANDONED_ctr
1757       0 GC_SEL_MINOR_ctr
1758       0 GC_SEL_MAJOR_ctr
1759       0 GC_FAILED_PROMOTION_ctr
1760   47524 GC_WORDS_COPIED_ctr
1761 </screen>
1762
1763     <para>The formatting of the information above the row of asterisks
1764     is subject to change, but hopefully provides a useful
1765     human-readable summary.  Below the asterisks <emphasis>all
1766     counters</emphasis> maintained by the ticky-ticky system are
1767     dumped, in a format intended to be machine-readable: zero or more
1768     spaces, an integer, a space, the counter name, and a newline.</para>
1769
1770     <para>In fact, not <emphasis>all</emphasis> counters are
1771     necessarily dumped; compile- or run-time flags can render certain
1772     counters invalid.  In this case, either the counter will simply
1773     not appear, or it will appear with a modified counter name,
1774     possibly along with an explanation for the omission (notice
1775     <literal>ENT&lowbar;PERM&lowbar;IND&lowbar;ctr</literal> appears
1776     with an inserted <literal>!</literal> above).  Software analysing
1777     this output should always check that it has the counters it
1778     expects.  Also, beware: some of the counters can have
1779     <emphasis>large</emphasis> values!</para>
1780
1781   </sect1>
1782
1783 </chapter>
1784
1785 <!-- Emacs stuff:
1786      ;;; Local Variables: ***
1787      ;;; sgml-parent-document: ("users_guide.xml" "book" "chapter") ***
1788      ;;; End: ***
1789  -->