Make some profiling flags dynamic
[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       in your program, but you are entirely free to add the cost
253       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       <imagedata fileref="prof_scc.png"/>
284
285     </sect2>
286
287     <sect2 id="prof-rules">
288       <title>Rules for attributing costs</title>
289
290       <para>The cost of evaluating any expression in your program is
291       attributed to a cost-centre stack using the following rules:</para>
292
293       <itemizedlist>
294         <listitem>
295           <para>If the expression is part of the
296           <firstterm>one-off</firstterm> costs of evaluating the
297           enclosing top-level definition, then costs are attributed to
298           the stack of lexically enclosing <literal>SCC</literal>
299           annotations on top of the special <literal>CAF</literal>
300           cost-centre. </para>
301         </listitem>
302
303         <listitem>
304           <para>Otherwise, costs are attributed to the stack of
305           lexically-enclosing <literal>SCC</literal> annotations,
306           appended to the cost-centre stack in effect at the
307           <firstterm>call site</firstterm> of the current top-level
308           definition<footnote> <para>The call-site is just the place
309           in the source code which mentions the particular function or
310           variable.</para></footnote>.  Notice that this is a recursive
311           definition.</para>
312         </listitem>
313
314         <listitem>
315           <para>Time spent in foreign code (see <xref linkend="ffi"/>)
316           is always attributed to the cost centre in force at the
317           Haskell call-site of the foreign function.</para>
318         </listitem>
319       </itemizedlist>
320
321       <para>What do we mean by one-off costs?  Well, Haskell is a lazy
322       language, and certain expressions are only ever evaluated once.
323       For example, if we write:</para>
324
325       <programlisting>
326 x = nfib 25
327 </programlisting>
328
329       <para>then <varname>x</varname> will only be evaluated once (if
330       at all), and subsequent demands for <varname>x</varname> will
331       immediately get to see the cached result.  The definition
332       <varname>x</varname> is called a CAF (Constant Applicative
333       Form), because it has no arguments.</para>
334
335       <para>For the purposes of profiling, we say that the expression
336       <literal>nfib 25</literal> belongs to the one-off costs of
337       evaluating <varname>x</varname>.</para>
338
339       <para>Since one-off costs aren't strictly speaking part of the
340       call-graph of the program, they are attributed to a special
341       top-level cost centre, <literal>CAF</literal>.  There may be one
342       <literal>CAF</literal> cost centre for each module (the
343       default), or one for each top-level definition with any one-off
344       costs (this behaviour can be selected by giving GHC the
345       <option>-caf-all</option> flag).</para>
346
347       <indexterm><primary><literal>-caf-all</literal></primary>
348       </indexterm>
349
350       <para>If you think you have a weird profile, or the call-graph
351       doesn't look like you expect it to, feel free to send it (and
352       your program) to us at
353       <email>glasgow-haskell-bugs@haskell.org</email>.</para>
354     </sect2>
355   </sect1>
356
357   <sect1 id="prof-compiler-options">
358     <title>Compiler options for profiling</title>
359
360     <indexterm><primary>profiling</primary><secondary>options</secondary></indexterm>
361     <indexterm><primary>options</primary><secondary>for profiling</secondary></indexterm>
362
363     <variablelist>
364       <varlistentry>
365         <term>
366           <option>-prof</option>:
367           <indexterm><primary><option>-prof</option></primary></indexterm>
368         </term>
369         <listitem>
370           <para> To make use of the profiling system
371           <emphasis>all</emphasis> modules must be compiled and linked
372           with the <option>-prof</option> option. Any
373           <literal>SCC</literal> annotations you've put in your source
374           will spring to life.</para>
375
376           <para> Without a <option>-prof</option> option, your
377           <literal>SCC</literal>s are ignored; so you can compile
378           <literal>SCC</literal>-laden code without changing
379           it.</para>
380         </listitem>
381       </varlistentry>
382     </variablelist>
383       
384     <para>There are a few other profiling-related compilation options.
385     Use them <emphasis>in addition to</emphasis>
386     <option>-prof</option>.  These do not have to be used consistently
387     for all modules in a program.</para>
388
389     <variablelist>
390       <varlistentry>
391         <term>
392           <option>-auto</option>:
393           <indexterm><primary><option>-auto</option></primary></indexterm>
394           <indexterm><primary>cost centres</primary><secondary>automatically inserting</secondary></indexterm>
395         </term>
396         <listitem>
397           <para> GHC will automatically add
398           <function>&lowbar;scc&lowbar;</function> constructs for all
399           top-level, exported functions.</para>
400         </listitem>
401       </varlistentry>
402       
403       <varlistentry>
404         <term>
405           <option>-auto-all</option>:
406           <indexterm><primary><option>-auto-all</option></primary></indexterm>
407         </term>
408         <listitem>
409           <para> <emphasis>All</emphasis> top-level functions,
410           exported or not, will be automatically
411           <function>&lowbar;scc&lowbar;</function>'d.</para>
412         </listitem>
413       </varlistentry>
414
415       <varlistentry>
416         <term>
417           <option>-caf-all</option>:
418           <indexterm><primary><option>-caf-all</option></primary></indexterm>
419         </term>
420         <listitem>
421           <para> The costs of all CAFs in a module are usually
422           attributed to one &ldquo;big&rdquo; CAF cost-centre. With
423           this option, all CAFs get their own cost-centre.  An
424           &ldquo;if all else fails&rdquo; option&hellip;</para>
425         </listitem>
426       </varlistentry>
427
428       <varlistentry>
429         <term>
430           <option>-ignore-scc</option>:
431           <indexterm><primary><option>-ignore-scc</option></primary></indexterm>
432         </term>
433         <listitem>
434           <para>Ignore any <function>&lowbar;scc&lowbar;</function>
435           constructs, so a module which already has
436           <function>&lowbar;scc&lowbar;</function>s can be compiled
437           for profiling with the annotations ignored.</para>
438         </listitem>
439       </varlistentry>
440
441     </variablelist>
442
443   </sect1>
444
445   <sect1 id="prof-time-options">
446     <title>Time and allocation profiling</title>
447
448     <para>To generate a time and allocation profile, give one of the
449     following RTS options to the compiled program when you run it (RTS
450     options should be enclosed between <literal>+RTS...-RTS</literal>
451     as usual):</para>
452
453     <variablelist>
454       <varlistentry>
455         <term>
456           <option>-p</option> or <option>-P</option>:
457           <indexterm><primary><option>-p</option></primary></indexterm>
458           <indexterm><primary><option>-P</option></primary></indexterm>
459           <indexterm><primary>time profile</primary></indexterm>
460         </term>
461         <listitem>
462           <para>The <option>-p</option> option produces a standard
463           <emphasis>time profile</emphasis> report.  It is written
464           into the file
465           <filename><replaceable>program</replaceable>.prof</filename>.</para>
466
467           <para>The <option>-P</option> option produces a more
468           detailed report containing the actual time and allocation
469           data as well.  (Not used much.)</para>
470         </listitem>
471       </varlistentry>
472
473       <varlistentry>
474         <term>
475           <option>-xc</option>
476           <indexterm><primary><option>-xc</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
477         </term>
478         <listitem>
479           <para>This option makes use of the extra information
480           maintained by the cost-centre-stack profiler to provide
481           useful information about the location of runtime errors.
482           See <xref linkend="rts-options-debugging"/>.</para>
483         </listitem>
484       </varlistentry>
485
486     </variablelist>
487     
488   </sect1>
489
490   <sect1 id="prof-heap">
491     <title>Profiling memory usage</title>
492
493     <para>In addition to profiling the time and allocation behaviour
494     of your program, you can also generate a graph of its memory usage
495     over time.  This is useful for detecting the causes of
496     <firstterm>space leaks</firstterm>, when your program holds on to
497     more memory at run-time that it needs to.  Space leaks lead to
498     longer run-times due to heavy garbage collector activity, and may
499     even cause the program to run out of memory altogether.</para>
500
501     <para>To generate a heap profile from your program:</para>
502
503     <orderedlist>
504       <listitem>
505         <para>Compile the program for profiling (<xref
506         linkend="prof-compiler-options"/>).</para>
507       </listitem>
508       <listitem>
509         <para>Run it with one of the heap profiling options described
510         below (eg. <option>-hc</option> for a basic producer profile).
511         This generates the file
512         <filename><replaceable>prog</replaceable>.hp</filename>.</para>
513       </listitem>
514       <listitem>
515         <para>Run <command>hp2ps</command> to produce a Postscript
516         file,
517         <filename><replaceable>prog</replaceable>.ps</filename>.  The
518         <command>hp2ps</command> utility is described in detail in
519         <xref linkend="hp2ps"/>.</para> 
520       </listitem>
521       <listitem>
522         <para>Display the heap profile using a postscript viewer such
523         as <application>Ghostview</application>, or print it out on a
524         Postscript-capable printer.</para>
525       </listitem>
526     </orderedlist>
527
528     <sect2 id="rts-options-heap-prof">
529       <title>RTS options for heap profiling</title>
530
531       <para>There are several different kinds of heap profile that can
532       be generated.  All the different profile types yield a graph of
533       live heap against time, but they differ in how the live heap is
534       broken down into bands.  The following RTS options select which
535       break-down to use:</para>
536
537       <variablelist>
538         <varlistentry>
539           <term>
540             <option>-hc</option>
541             <indexterm><primary><option>-hc</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
542           </term>
543           <listitem>
544             <para>Breaks down the graph by the cost-centre stack which
545             produced the data.</para>
546           </listitem>
547         </varlistentry>
548
549         <varlistentry>
550           <term>
551             <option>-hm</option>
552             <indexterm><primary><option>-hm</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
553           </term>
554           <listitem>
555             <para>Break down the live heap by the module containing
556             the code which produced the data.</para>
557           </listitem>
558         </varlistentry>
559
560         <varlistentry>
561           <term>
562             <option>-hd</option>
563             <indexterm><primary><option>-hd</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
564           </term>
565           <listitem>
566             <para>Breaks down the graph by <firstterm>closure
567             description</firstterm>.  For actual data, the description
568             is just the constructor name, for other closures it is a
569             compiler-generated string identifying the closure.</para>
570           </listitem>
571         </varlistentry>
572
573         <varlistentry>
574           <term>
575             <option>-hy</option>
576             <indexterm><primary><option>-hy</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
577           </term>
578           <listitem>
579             <para>Breaks down the graph by
580             <firstterm>type</firstterm>.  For closures which have
581             function type or unknown/polymorphic type, the string will
582             represent an approximation to the actual type.</para>
583           </listitem>
584         </varlistentry>
585         
586         <varlistentry>
587           <term>
588             <option>-hr</option>
589             <indexterm><primary><option>-hr</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
590           </term>
591           <listitem>
592             <para>Break down the graph by <firstterm>retainer
593             set</firstterm>.  Retainer profiling is described in more
594             detail below (<xref linkend="retainer-prof"/>).</para>
595           </listitem>
596         </varlistentry>
597
598         <varlistentry>
599           <term>
600             <option>-hb</option>
601             <indexterm><primary><option>-hb</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
602           </term>
603           <listitem>
604             <para>Break down the graph by
605             <firstterm>biography</firstterm>.  Biographical profiling
606             is described in more detail below (<xref
607             linkend="biography-prof"/>).</para>
608           </listitem>
609         </varlistentry>
610       </variablelist>
611
612       <para>In addition, the profile can be restricted to heap data
613       which satisfies certain criteria - for example, you might want
614       to display a profile by type but only for data produced by a
615       certain module, or a profile by retainer for a certain type of
616       data.  Restrictions are specified as follows:</para>
617       
618       <variablelist>
619         <varlistentry>
620           <term>
621             <option>-hc</option><replaceable>name</replaceable>,...
622             <indexterm><primary><option>-hc</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
623           </term>
624           <listitem>
625             <para>Restrict the profile to closures produced by
626             cost-centre stacks with one of the specified cost centres
627             at the top.</para>
628           </listitem>
629         </varlistentry>
630
631         <varlistentry>
632           <term>
633             <option>-hC</option><replaceable>name</replaceable>,...
634             <indexterm><primary><option>-hC</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
635           </term>
636           <listitem>
637             <para>Restrict the profile to closures produced by
638             cost-centre stacks with one of the specified cost centres
639             anywhere in the stack.</para>
640           </listitem>
641         </varlistentry>
642
643         <varlistentry>
644           <term>
645             <option>-hm</option><replaceable>module</replaceable>,...
646             <indexterm><primary><option>-hm</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
647           </term>
648           <listitem>
649             <para>Restrict the profile to closures produced by the
650             specified modules.</para>
651           </listitem>
652         </varlistentry>
653
654         <varlistentry>
655           <term>
656             <option>-hd</option><replaceable>desc</replaceable>,...
657             <indexterm><primary><option>-hd</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
658           </term>
659           <listitem>
660             <para>Restrict the profile to closures with the specified
661             description strings.</para>
662           </listitem>
663         </varlistentry>
664
665         <varlistentry>
666           <term>
667             <option>-hy</option><replaceable>type</replaceable>,...
668             <indexterm><primary><option>-hy</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
669           </term>
670           <listitem>
671             <para>Restrict the profile to closures with the specified
672             types.</para>
673           </listitem>
674         </varlistentry>
675         
676         <varlistentry>
677           <term>
678             <option>-hr</option><replaceable>cc</replaceable>,...
679             <indexterm><primary><option>-hr</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
680           </term>
681           <listitem>
682             <para>Restrict the profile to closures with retainer sets
683             containing cost-centre stacks with one of the specified
684             cost centres at the top.</para>
685           </listitem>
686         </varlistentry>
687
688         <varlistentry>
689           <term>
690             <option>-hb</option><replaceable>bio</replaceable>,...
691             <indexterm><primary><option>-hb</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
692           </term>
693           <listitem>
694             <para>Restrict the profile to closures with one of the
695             specified biographies, where
696             <replaceable>bio</replaceable> is one of
697             <literal>lag</literal>, <literal>drag</literal>,
698             <literal>void</literal>, or <literal>use</literal>.</para>
699           </listitem>
700         </varlistentry>
701       </variablelist>
702
703       <para>For example, the following options will generate a
704       retainer profile restricted to <literal>Branch</literal> and
705       <literal>Leaf</literal> constructors:</para>
706
707 <screen>
708 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hdBranch,Leaf
709 </screen>
710
711       <para>There can only be one "break-down" option
712       (eg. <option>-hr</option> in the example above), but there is no
713       limit on the number of further restrictions that may be applied.
714       All the options may be combined, with one exception: GHC doesn't
715       currently support mixing the <option>-hr</option> and
716       <option>-hb</option> options.</para>
717
718       <para>There are three more options which relate to heap
719       profiling:</para>
720
721       <variablelist>
722         <varlistentry>
723           <term>
724             <option>-i<replaceable>secs</replaceable></option>:
725             <indexterm><primary><option>-i</option></primary></indexterm>
726           </term>
727           <listitem>
728             <para>Set the profiling (sampling) interval to
729             <replaceable>secs</replaceable> seconds (the default is
730             0.1&nbsp;second).  Fractions are allowed: for example
731             <option>-i0.2</option> will get 5 samples per second.
732             This only affects heap profiling; time profiles are always
733             sampled on a 1/50 second frequency.</para>
734           </listitem>
735         </varlistentry>
736
737         <varlistentry>
738           <term>
739             <option>-xt</option>
740             <indexterm><primary><option>-xt</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
741           </term>
742           <listitem>
743             <para>Include the memory occupied by threads in a heap
744             profile.  Each thread takes up a small area for its thread
745             state in addition to the space allocated for its stack
746             (stacks normally start small and then grow as
747             necessary).</para>
748             
749             <para>This includes the main thread, so using
750             <option>-xt</option> is a good way to see how much stack
751             space the program is using.</para>
752
753             <para>Memory occupied by threads and their stacks is
754             labelled as &ldquo;TSO&rdquo; when displaying the profile
755             by closure description or type description.</para>
756           </listitem>
757         </varlistentry>
758
759         <varlistentry>
760           <term>
761             <option>-L<replaceable>num</replaceable></option>
762             <indexterm><primary><option>-L</option></primary><secondary>RTS option</secondary></indexterm>
763           </term>
764           <listitem>
765             <para>
766           Sets the maximum length of a cost-centre stack name in a
767           heap profile. Defaults to 25.
768             </para>
769           </listitem>
770         </varlistentry>
771       </variablelist>
772
773     </sect2>
774     
775     <sect2 id="retainer-prof">
776       <title>Retainer Profiling</title>
777
778       <para>Retainer profiling is designed to help answer questions
779       like <quote>why is this data being retained?</quote>.  We start
780       by defining what we mean by a retainer:</para>
781
782       <blockquote>
783         <para>A retainer is either the system stack, or an unevaluated
784         closure (thunk).</para>
785       </blockquote>
786
787       <para>In particular, constructors are <emphasis>not</emphasis>
788       retainers.</para>
789
790       <para>An object B retains object A if (i) B is a retainer object and
791      (ii) object A can be reached by recursively following pointers
792      starting from object B, but not meeting any other retainer
793      objects on the way. Each live object is retained by one or more
794      retainer objects, collectively called its retainer set, or its
795       <firstterm>retainer set</firstterm>, or its
796       <firstterm>retainers</firstterm>.</para>
797
798       <para>When retainer profiling is requested by giving the program
799       the <option>-hr</option> option, a graph is generated which is
800       broken down by retainer set.  A retainer set is displayed as a
801       set of cost-centre stacks; because this is usually too large to
802       fit on the profile graph, each retainer set is numbered and
803       shown abbreviated on the graph along with its number, and the
804       full list of retainer sets is dumped into the file
805       <filename><replaceable>prog</replaceable>.prof</filename>.</para>
806
807       <para>Retainer profiling requires multiple passes over the live
808       heap in order to discover the full retainer set for each
809       object, which can be quite slow.  So we set a limit on the
810       maximum size of a retainer set, where all retainer sets larger
811       than the maximum retainer set size are replaced by the special
812       set <literal>MANY</literal>.  The maximum set size defaults to 8
813       and can be altered with the <option>-R</option> RTS
814       option:</para>
815       
816       <variablelist>
817         <varlistentry>
818           <term><option>-R</option><replaceable>size</replaceable></term>
819           <listitem>
820             <para>Restrict the number of elements in a retainer set to
821             <replaceable>size</replaceable> (default 8).</para>
822           </listitem>
823         </varlistentry>
824       </variablelist>
825
826       <sect3>
827         <title>Hints for using retainer profiling</title>
828
829         <para>The definition of retainers is designed to reflect a
830         common cause of space leaks: a large structure is retained by
831         an unevaluated computation, and will be released once the
832         computation is forced.  A good example is looking up a value in
833         a finite map, where unless the lookup is forced in a timely
834         manner the unevaluated lookup will cause the whole mapping to
835         be retained.  These kind of space leaks can often be
836         eliminated by forcing the relevant computations to be
837         performed eagerly, using <literal>seq</literal> or strictness
838         annotations on data constructor fields.</para>
839
840         <para>Often a particular data structure is being retained by a
841         chain of unevaluated closures, only the nearest of which will
842         be reported by retainer profiling - for example A retains B, B
843         retains C, and C retains a large structure.  There might be a
844         large number of Bs but only a single A, so A is really the one
845         we're interested in eliminating.  However, retainer profiling
846         will in this case report B as the retainer of the large
847         structure.  To move further up the chain of retainers, we can
848         ask for another retainer profile but this time restrict the
849         profile to B objects, so we get a profile of the retainers of
850         B:</para>
851
852 <screen>
853 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hcB
854 </screen>
855         
856         <para>This trick isn't foolproof, because there might be other
857         B closures in the heap which aren't the retainers we are
858         interested in, but we've found this to be a useful technique
859         in most cases.</para>
860       </sect3>
861     </sect2>
862
863     <sect2 id="biography-prof">
864       <title>Biographical Profiling</title>
865
866       <para>A typical heap object may be in one of the following four
867       states at each point in its lifetime:</para>
868
869       <itemizedlist>
870         <listitem>
871           <para>The <firstterm>lag</firstterm> stage, which is the
872           time between creation and the first use of the
873           object,</para>
874         </listitem>
875         <listitem>
876           <para>the <firstterm>use</firstterm> stage, which lasts from
877           the first use until the last use of the object, and</para>
878         </listitem>
879         <listitem>
880           <para>The <firstterm>drag</firstterm> stage, which lasts
881           from the final use until the last reference to the object
882           is dropped.</para>
883         </listitem>
884         <listitem>
885           <para>An object which is never used is said to be in the
886           <firstterm>void</firstterm> state for its whole
887           lifetime.</para>
888         </listitem>
889       </itemizedlist>
890
891       <para>A biographical heap profile displays the portion of the
892       live heap in each of the four states listed above.  Usually the
893       most interesting states are the void and drag states: live heap
894       in these states is more likely to be wasted space than heap in
895       the lag or use states.</para>
896
897       <para>It is also possible to break down the heap in one or more
898       of these states by a different criteria, by restricting a
899       profile by biography.  For example, to show the portion of the
900       heap in the drag or void state by producer: </para>
901
902 <screen>
903 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hc -hbdrag,void
904 </screen>
905
906       <para>Once you know the producer or the type of the heap in the
907       drag or void states, the next step is usually to find the
908       retainer(s):</para>
909
910 <screen>
911 <replaceable>prog</replaceable> +RTS -hr -hc<replaceable>cc</replaceable>...
912 </screen>
913
914       <para>NOTE: this two stage process is required because GHC
915       cannot currently profile using both biographical and retainer
916       information simultaneously.</para>
917     </sect2>
918
919     <sect2 id="mem-residency">
920       <title>Actual memory residency</title>
921
922       <para>How does the heap residency reported by the heap profiler relate to
923         the actual memory residency of your program when you run it?  You might
924         see a large discrepancy between the residency reported by the heap
925         profiler, and the residency reported by tools on your system
926         (eg. <literal>ps</literal> or <literal>top</literal> on Unix, or the
927         Task Manager on Windows).  There are several reasons for this:</para>
928
929       <itemizedlist>
930         <listitem>
931           <para>There is an overhead of profiling itself, which is subtracted
932             from the residency figures by the profiler.  This overhead goes
933             away when compiling without profiling support, of course.  The
934             space overhead is currently 2 extra
935             words per heap object, which probably results in
936             about a 30% overhead.</para>
937         </listitem>
938
939         <listitem>
940           <para>Garbage collection requires more memory than the actual
941             residency.  The factor depends on the kind of garbage collection
942             algorithm in use:  a major GC in the standard
943             generation copying collector will usually require 3L bytes of
944             memory, where L is the amount of live data.  This is because by
945             default (see the <option>+RTS -F</option> option) we allow the old
946             generation to grow to twice its size (2L) before collecting it, and
947             we require additionally L bytes to copy the live data into.  When
948             using compacting collection (see the <option>+RTS -c</option>
949             option), this is reduced to 2L, and can further be reduced by
950             tweaking the <option>-F</option> option.  Also add the size of the
951             allocation area (currently a fixed 512Kb).</para>
952         </listitem>
953
954         <listitem>
955           <para>The stack isn't counted in the heap profile by default.  See the
956     <option>+RTS -xt</option> option.</para>
957         </listitem>
958
959         <listitem>
960           <para>The program text itself, the C stack, any non-heap data (eg. data
961             allocated by foreign libraries, and data allocated by the RTS), and
962             <literal>mmap()</literal>'d memory are not counted in the heap profile.</para>
963         </listitem>
964       </itemizedlist>
965     </sect2>
966
967   </sect1>
968
969   <sect1 id="hp2ps">
970     <title><command>hp2ps</command>&ndash;&ndash;heap profile to PostScript</title>
971
972     <indexterm><primary><command>hp2ps</command></primary></indexterm>
973     <indexterm><primary>heap profiles</primary></indexterm>
974     <indexterm><primary>postscript, from heap profiles</primary></indexterm>
975     <indexterm><primary><option>-h&lt;break-down&gt;</option></primary></indexterm>
976     
977     <para>Usage:</para>
978     
979 <screen>
980 hp2ps [flags] [&lt;file&gt;[.hp]]
981 </screen>
982
983     <para>The program
984     <command>hp2ps</command><indexterm><primary>hp2ps
985     program</primary></indexterm> converts a heap profile as produced
986     by the <option>-h&lt;break-down&gt;</option> runtime option into a
987     PostScript graph of the heap profile. By convention, the file to
988     be processed by <command>hp2ps</command> has a
989     <filename>.hp</filename> extension. The PostScript output is
990     written to <filename>&lt;file&gt;@.ps</filename>. If
991     <filename>&lt;file&gt;</filename> is omitted entirely, then the
992     program behaves as a filter.</para>
993
994     <para><command>hp2ps</command> is distributed in
995     <filename>ghc/utils/hp2ps</filename> in a GHC source
996     distribution. It was originally developed by Dave Wakeling as part
997     of the HBC/LML heap profiler.</para>
998
999     <para>The flags are:</para>
1000
1001     <variablelist>
1002       
1003       <varlistentry>
1004         <term><option>-d</option></term>
1005         <listitem>
1006           <para>In order to make graphs more readable,
1007           <command>hp2ps</command> sorts the shaded bands for each
1008           identifier. The default sort ordering is for the bands with
1009           the largest area to be stacked on top of the smaller ones.
1010           The <option>-d</option> option causes rougher bands (those
1011           representing series of values with the largest standard
1012           deviations) to be stacked on top of smoother ones.</para>
1013         </listitem>
1014       </varlistentry>
1015
1016       <varlistentry>
1017         <term><option>-b</option></term>
1018         <listitem>
1019           <para>Normally, <command>hp2ps</command> puts the title of
1020           the graph in a small box at the top of the page. However, if
1021           the JOB string is too long to fit in a small box (more than
1022           35 characters), then <command>hp2ps</command> will choose to
1023           use a big box instead.  The <option>-b</option> option
1024           forces <command>hp2ps</command> to use a big box.</para>
1025         </listitem>
1026       </varlistentry>
1027
1028       <varlistentry>
1029         <term><option>-e&lt;float&gt;[in&verbar;mm&verbar;pt]</option></term>
1030         <listitem>
1031           <para>Generate encapsulated PostScript suitable for
1032           inclusion in LaTeX documents.  Usually, the PostScript graph
1033           is drawn in landscape mode in an area 9 inches wide by 6
1034           inches high, and <command>hp2ps</command> arranges for this
1035           area to be approximately centred on a sheet of a4 paper.
1036           This format is convenient of studying the graph in detail,
1037           but it is unsuitable for inclusion in LaTeX documents.  The
1038           <option>-e</option> option causes the graph to be drawn in
1039           portrait mode, with float specifying the width in inches,
1040           millimetres or points (the default).  The resulting
1041           PostScript file conforms to the Encapsulated PostScript
1042           (EPS) convention, and it can be included in a LaTeX document
1043           using Rokicki's dvi-to-PostScript converter
1044           <command>dvips</command>.</para>
1045         </listitem>
1046       </varlistentry>
1047
1048       <varlistentry>
1049         <term><option>-g</option></term>
1050         <listitem>
1051           <para>Create output suitable for the <command>gs</command>
1052           PostScript previewer (or similar). In this case the graph is
1053           printed in portrait mode without scaling. The output is
1054           unsuitable for a laser printer.</para>
1055         </listitem>
1056       </varlistentry>
1057
1058       <varlistentry>
1059         <term><option>-l</option></term>
1060         <listitem>
1061           <para>Normally a profile is limited to 20 bands with
1062           additional identifiers being grouped into an
1063           <literal>OTHER</literal> band. The <option>-l</option> flag
1064           removes this 20 band and limit, producing as many bands as
1065           necessary. No key is produced as it won't fit!. It is useful
1066           for creation time profiles with many bands.</para>
1067         </listitem>
1068       </varlistentry>
1069
1070       <varlistentry>
1071         <term><option>-m&lt;int&gt;</option></term>
1072         <listitem>
1073           <para>Normally a profile is limited to 20 bands with
1074           additional identifiers being grouped into an
1075           <literal>OTHER</literal> band. The <option>-m</option> flag
1076           specifies an alternative band limit (the maximum is
1077           20).</para>
1078
1079           <para><option>-m0</option> requests the band limit to be
1080           removed. As many bands as necessary are produced. However no
1081           key is produced as it won't fit! It is useful for displaying
1082           creation time profiles with many bands.</para>
1083         </listitem>
1084       </varlistentry>
1085
1086       <varlistentry>
1087         <term><option>-p</option></term>
1088         <listitem>
1089           <para>Use previous parameters. By default, the PostScript
1090           graph is automatically scaled both horizontally and
1091           vertically so that it fills the page.  However, when
1092           preparing a series of graphs for use in a presentation, it
1093           is often useful to draw a new graph using the same scale,
1094           shading and ordering as a previous one. The
1095           <option>-p</option> flag causes the graph to be drawn using
1096           the parameters determined by a previous run of
1097           <command>hp2ps</command> on <filename>file</filename>. These
1098           are extracted from <filename>file@.aux</filename>.</para>
1099         </listitem>
1100       </varlistentry>
1101
1102       <varlistentry>
1103         <term><option>-s</option></term>
1104         <listitem>
1105           <para>Use a small box for the title.</para>
1106         </listitem>
1107       </varlistentry>
1108       
1109       <varlistentry>
1110         <term><option>-t&lt;float&gt;</option></term>
1111         <listitem>
1112           <para>Normally trace elements which sum to a total of less
1113           than 1&percnt; of the profile are removed from the
1114           profile. The <option>-t</option> option allows this
1115           percentage to be modified (maximum 5&percnt;).</para>
1116
1117           <para><option>-t0</option> requests no trace elements to be
1118           removed from the profile, ensuring that all the data will be
1119           displayed.</para>
1120         </listitem>
1121       </varlistentry>
1122
1123       <varlistentry>
1124         <term><option>-c</option></term>
1125         <listitem>
1126           <para>Generate colour output.</para>
1127         </listitem>
1128       </varlistentry>
1129       
1130       <varlistentry>
1131         <term><option>-y</option></term>
1132         <listitem>
1133           <para>Ignore marks.</para>
1134         </listitem>
1135       </varlistentry>
1136       
1137       <varlistentry>
1138         <term><option>-?</option></term>
1139         <listitem>
1140           <para>Print out usage information.</para>
1141         </listitem>
1142       </varlistentry>
1143     </variablelist>
1144
1145
1146     <sect2 id="manipulating-hp">
1147       <title>Manipulating the hp file</title>
1148
1149 <para>(Notes kindly offered by Jan-Willhem Maessen.)</para>
1150
1151 <para>
1152 The <filename>FOO.hp</filename> file produced when you ask for the
1153 heap profile of a program <filename>FOO</filename> is a text file with a particularly
1154 simple structure. Here's a representative example, with much of the
1155 actual data omitted:
1156 <screen>
1157 JOB "FOO -hC"
1158 DATE "Thu Dec 26 18:17 2002"
1159 SAMPLE_UNIT "seconds"
1160 VALUE_UNIT "bytes"
1161 BEGIN_SAMPLE 0.00
1162 END_SAMPLE 0.00
1163 BEGIN_SAMPLE 15.07
1164   ... sample data ...
1165 END_SAMPLE 15.07
1166 BEGIN_SAMPLE 30.23
1167   ... sample data ...
1168 END_SAMPLE 30.23
1169 ... etc.
1170 BEGIN_SAMPLE 11695.47
1171 END_SAMPLE 11695.47
1172 </screen>
1173 The first four lines (<literal>JOB</literal>, <literal>DATE</literal>, <literal>SAMPLE_UNIT</literal>, <literal>VALUE_UNIT</literal>) form a
1174 header.  Each block of lines starting with <literal>BEGIN_SAMPLE</literal> and ending
1175 with <literal>END_SAMPLE</literal> forms a single sample (you can think of this as a
1176 vertical slice of your heap profile).  The hp2ps utility should accept
1177 any input with a properly-formatted header followed by a series of
1178 *complete* samples.
1179 </para>
1180 </sect2>
1181
1182     <sect2>
1183       <title>Zooming in on regions of your profile</title>
1184
1185 <para>
1186 You can look at particular regions of your profile simply by loading a
1187 copy of the <filename>.hp</filename> file into a text editor and deleting the unwanted
1188 samples.  The resulting <filename>.hp</filename> file can be run through <command>hp2ps</command> and viewed
1189 or printed.
1190 </para>
1191 </sect2>
1192
1193     <sect2>
1194       <title>Viewing the heap profile of a running program</title>
1195
1196 <para>
1197 The <filename>.hp</filename> file is generated incrementally as your
1198 program runs.  In principle, running <command>hp2ps</command> on the incomplete file
1199 should produce a snapshot of your program's heap usage.  However, the
1200 last sample in the file may be incomplete, causing <command>hp2ps</command> to fail.  If
1201 you are using a machine with UNIX utilities installed, it's not too
1202 hard to work around this problem (though the resulting command line
1203 looks rather Byzantine):
1204 <screen>
1205   head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1206     | hp2ps > FOO.ps
1207 </screen>
1208
1209 The command <command>fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp</command> finds the
1210 end of every complete sample in <filename>FOO.hp</filename>, and labels each sample with
1211 its ending line number.  We then select the line number of the last
1212 complete sample using <command>tail</command> and <command>cut</command>.  This is used as a
1213 parameter to <command>head</command>; the result is as if we deleted the final
1214 incomplete sample from <filename>FOO.hp</filename>.  This results in a properly-formatted
1215 .hp file which we feed directly to <command>hp2ps</command>.
1216 </para>
1217 </sect2>
1218     <sect2>
1219       <title>Viewing a heap profile in real time</title>
1220
1221 <para>
1222 The <command>gv</command> and <command>ghostview</command> programs
1223 have a "watch file" option can be used to view an up-to-date heap
1224 profile of your program as it runs.  Simply generate an incremental
1225 heap profile as described in the previous section.  Run <command>gv</command> on your
1226 profile:
1227 <screen>
1228   gv -watch -seascape FOO.ps 
1229 </screen>
1230 If you forget the <literal>-watch</literal> flag you can still select
1231 "Watch file" from the "State" menu.  Now each time you generate a new
1232 profile <filename>FOO.ps</filename> the view will update automatically.
1233 </para>
1234
1235 <para>
1236 This can all be encapsulated in a little script:
1237 <screen>
1238   #!/bin/sh
1239   head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1240     | hp2ps > FOO.ps
1241   gv -watch -seascape FOO.ps &amp;
1242   while [ 1 ] ; do
1243     sleep 10 # We generate a new profile every 10 seconds.
1244     head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1245       | hp2ps > FOO.ps
1246   done
1247 </screen>
1248 Occasionally <command>gv</command> will choke as it tries to read an incomplete copy of
1249 <filename>FOO.ps</filename> (because <command>hp2ps</command> is still running as an update
1250 occurs).  A slightly more complicated script works around this
1251 problem, by using the fact that sending a SIGHUP to gv will cause it
1252 to re-read its input file:
1253 <screen>
1254   #!/bin/sh
1255   head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1256     | hp2ps > FOO.ps
1257   gv FOO.ps &amp;
1258   gvpsnum=$!
1259   while [ 1 ] ; do
1260     sleep 10
1261     head -`fgrep -n END_SAMPLE FOO.hp | tail -1 | cut -d : -f 1` FOO.hp \
1262       | hp2ps > FOO.ps
1263     kill -HUP $gvpsnum
1264   done    
1265 </screen>
1266 </para>
1267 </sect2>
1268   </sect1>
1269
1270   <sect1 id="hpc">
1271     <title>Observing Code Coverage</title>
1272     <indexterm><primary>code coverage</primary></indexterm>
1273     <indexterm><primary>Haskell Program Coverage</primary></indexterm>
1274     <indexterm><primary>hpc</primary></indexterm>
1275
1276     <para>
1277       Code coverage tools allow a programmer to determine what parts of
1278       their code have been actually executed, and which parts have
1279       never actually been invoked.  GHC has an option for generating
1280       instrumented code that records code coverage as part of the
1281       <ulink url="http://www.haskell.org/hpc">Haskell Program Coverage
1282       </ulink>(HPC) toolkit, which is included with GHC. HPC tools can
1283       be used to render the generated code coverage information into
1284       human understandable format.  </para>
1285
1286     <para>
1287       Correctly instrumented code provides coverage information of two
1288       kinds: source coverage and boolean-control coverage. Source
1289       coverage is the extent to which every part of the program was
1290       used, measured at three different levels: declarations (both
1291       top-level and local), alternatives (among several equations or
1292       case branches) and expressions (at every level).  Boolean
1293       coverage is the extent to which each of the values True and
1294       False is obtained in every syntactic boolean context (ie. guard,
1295       condition, qualifier).  </para>
1296
1297     <para>
1298       HPC displays both kinds of information in two primary ways:
1299       textual reports with summary statistics (hpc report) and sources
1300       with color mark-up (hpc markup).  For boolean coverage, there
1301       are four possible outcomes for each guard, condition or
1302       qualifier: both True and False values occur; only True; only
1303       False; never evaluated. In hpc-markup output, highlighting with
1304       a yellow background indicates a part of the program that was
1305       never evaluated; a green background indicates an always-True
1306       expression and a red background indicates an always-False one.
1307     </para> 
1308
1309    <sect2><title>A small example: Reciprocation</title>
1310
1311     <para>
1312      For an example we have a program, called Recip.hs, which computes exact decimal
1313      representations of reciprocals, with recurring parts indicated in
1314      brackets.
1315     </para>
1316 <programlisting>
1317 reciprocal :: Int -> (String, Int)
1318 reciprocal n | n > 1 = ('0' : '.' : digits, recur)
1319              | otherwise = error
1320                   "attempting to compute reciprocal of number &lt;= 1"
1321   where
1322   (digits, recur) = divide n 1 []
1323 divide :: Int -> Int -> [Int] -> (String, Int)
1324 divide n c cs | c `elem` cs = ([], position c cs)
1325               | r == 0      = (show q, 0)
1326               | r /= 0      = (show q ++ digits, recur)
1327   where
1328   (q, r) = (c*10) `quotRem` n
1329   (digits, recur) = divide n r (c:cs)
1330
1331 position :: Int -> [Int] -> Int
1332 position n (x:xs) | n==x      = 1
1333                   | otherwise = 1 + position n xs
1334
1335 showRecip :: Int -> String
1336 showRecip n =
1337   "1/" ++ show n ++ " = " ++
1338   if r==0 then d else take p d ++ "(" ++ drop p d ++ ")"
1339   where
1340   p = length d - r
1341   (d, r) = reciprocal n
1342
1343 main = do
1344   number &lt;- readLn
1345   putStrLn (showRecip number)
1346   main
1347 </programlisting>
1348
1349     <para>The HPC instrumentation is enabled using the -fhpc flag.
1350     </para>
1351
1352 <screen>
1353 $ ghc -fhpc Recip.hs --make 
1354 </screen>
1355     <para>HPC index (.mix) files are placed placed in .hpc subdirectory. These can be considered like
1356     the .hi files for HPC. 
1357    </para>
1358 <screen>
1359 $ ./Recip
1360 1/3
1361 = 0.(3)
1362 </screen>
1363     <para>We can generate a textual summary of coverage:</para>
1364 <screen>
1365 $ hpc report Recip
1366  80% expressions used (81/101)
1367  12% boolean coverage (1/8)
1368       14% guards (1/7), 3 always True, 
1369                         1 always False, 
1370                         2 unevaluated
1371        0% 'if' conditions (0/1), 1 always False
1372      100% qualifiers (0/0)
1373  55% alternatives used (5/9)
1374 100% local declarations used (9/9)
1375 100% top-level declarations used (5/5)
1376 </screen>
1377     <para>We can also generate a marked-up version of the source.</para>
1378 <screen>
1379 $ hpc markup Recip
1380 writing Recip.hs.html
1381 </screen>
1382     <para>
1383                 This generates one file per Haskell module, and 4 index files,
1384                 hpc_index.html, hpc_index_alt.html, hpc_index_exp.html,
1385                 hpc_index_fun.html.
1386         </para>
1387      </sect2> 
1388
1389      <sect2><title>Options for instrumenting code for coverage</title>
1390         <para>
1391                 Turning on code coverage is easy, use the -fhpc flag. 
1392                 Instrumented and non-instrumented can be freely mixed.
1393                 When compiling the Main module GHC automatically detects when there
1394                 is an hpc compiled file, and adds the correct initialization code.
1395         </para>
1396
1397      </sect2>
1398
1399      <sect2><title>The hpc toolkit</title>
1400
1401       <para>
1402       The hpc toolkit uses a cvs/svn/darcs-like interface, where a
1403       single binary contains many function units.</para> 
1404 <screen>
1405 $ hpc 
1406 Usage: hpc COMMAND ...
1407
1408 Commands:
1409   help        Display help for hpc or a single command
1410 Reporting Coverage:
1411   report      Output textual report about program coverage
1412   markup      Markup Haskell source with program coverage
1413 Processing Coverage files:
1414   sum         Sum multiple .tix files in a single .tix file
1415   combine     Combine two .tix files in a single .tix file
1416   map         Map a function over a single .tix file
1417 Coverage Overlays:
1418   overlay     Generate a .tix file from an overlay file
1419   draft       Generate draft overlay that provides 100% coverage
1420 Others:
1421   show        Show .tix file in readable, verbose format
1422   version     Display version for hpc
1423 </screen>
1424
1425      <para>In general, these options act on .tix file after an
1426      instrumented binary has generated it, which hpc acting as a
1427      conduit between the raw .tix file, and the more detailed reports
1428      produced. 
1429         </para>
1430           
1431         <para>
1432                 The hpc tool assumes you are in the top-level directory of
1433                 the location where you built your application, and the .tix
1434                 file is in the same top-level directory. You can use the
1435                 flag --srcdir to use hpc for any other directory, and use
1436                 --srcdir multiple times to analyse programs compiled from
1437                 difference locations, as is typical for packages.
1438         </para>
1439           
1440         <para>
1441         We now explain in more details the major modes of hpc.
1442      </para>
1443
1444        <sect3><title>hpc report</title>
1445                 <para>hpc report gives a textual report of coverage. By default,
1446                         all modules and packages are considered in generating report,
1447                         unless include or exclude are used. The report is a summary
1448                         unless the --per-module flag is used. The --xml-output option
1449                         allows for tools to use hpc to glean coverage. 
1450                 </para> 
1451 <screen>
1452 $ hpc help report
1453 Usage: hpc report [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; [&lt;MODULE&gt; [&lt;MODULE&gt; ..]]
1454
1455 Options:
1456
1457     --per-module                  show module level detail
1458     --decl-list                   show unused decls
1459     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1460     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1461     --srcdir=DIR                  path to source directory of .hs files
1462                                   multi-use of srcdir possible
1463     --hpcdir=DIR                  sub-directory that contains .mix files
1464                                   default .hpc [rarely used]
1465     --xml-output                  show output in XML
1466 </screen>
1467        </sect3>
1468        <sect3><title>hpc markup</title>
1469                 <para>hpc markup marks up source files into colored html.
1470                 </para>
1471 <screen>
1472 $ hpc help markup
1473 Usage: hpc markup [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; [&lt;MODULE&gt; [&lt;MODULE&gt; ..]]
1474
1475 Options:
1476
1477     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1478     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1479     --srcdir=DIR                  path to source directory of .hs files
1480                                   multi-use of srcdir possible
1481     --hpcdir=DIR                  sub-directory that contains .mix files
1482                                   default .hpc [rarely used]
1483     --fun-entry-count             show top-level function entry counts
1484     --highlight-covered           highlight covered code, rather that code gaps
1485     --destdir=DIR                 path to write output to
1486 </screen>
1487
1488        </sect3>
1489        <sect3><title>hpc sum</title>
1490                 <para>hpc sum adds together any number of .tix files into a single 
1491                 .tix file. hpc sum does not change the original .tix file; it generates a new .tix file. 
1492                 </para>
1493 <screen>
1494 $ hpc help sum
1495 Usage: hpc sum [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; [&lt;TIX_FILE&gt; [&lt;TIX_FILE&gt; ..]]
1496 Sum multiple .tix files in a single .tix file
1497
1498 Options:
1499
1500     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1501     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1502     --output=FILE                 output FILE
1503     --union                       use the union of the module namespace (default is intersection)
1504 </screen>
1505        </sect3>
1506        <sect3><title>hpc combine</title>
1507                 <para>hpc combine is the swiss army knife of hpc. It can be 
1508                  used to take the difference between .tix files, to subtract one
1509                 .tix file from another, or to add two .tix files. hpc combine does not
1510                 change the original .tix file; it generates a new .tix file. 
1511                 </para>
1512 <screen>
1513 $ hpc help combine
1514 Usage: hpc combine [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; &lt;TIX_FILE&gt;
1515 Combine two .tix files in a single .tix file
1516
1517 Options:
1518
1519     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1520     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1521     --output=FILE                 output FILE
1522     --function=FUNCTION           combine .tix files with join function, default = ADD
1523                                   FUNCTION = ADD | DIFF | SUB
1524     --union                       use the union of the module namespace (default is intersection)
1525 </screen>
1526        </sect3>
1527        <sect3><title>hpc map</title>
1528                 <para>hpc map inverts or zeros a .tix file. hpc map does not
1529                 change the original .tix file; it generates a new .tix file. 
1530                 </para>
1531 <screen>
1532 $ hpc help map
1533 Usage: hpc map [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt; 
1534 Map a function over a single .tix file
1535
1536 Options:
1537
1538     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1539     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1540     --output=FILE                 output FILE
1541     --function=FUNCTION           apply function to .tix files, default = ID
1542                                   FUNCTION = ID | INV | ZERO
1543     --union                       use the union of the module namespace (default is intersection)
1544 </screen>
1545        </sect3>
1546        <sect3><title>hpc overlay and hpc draft</title>
1547                 <para>
1548                         Overlays are an experimental feature of HPC, a textual description
1549                         of coverage. hpc draft is used to generate a draft overlay from a .tix file,
1550                         and hpc overlay generates a .tix files from an overlay.
1551                 </para>
1552 <screen>
1553 % hpc help overlay
1554 Usage: hpc overlay [OPTION] .. &lt;OVERLAY_FILE&gt; [&lt;OVERLAY_FILE&gt; [...]]
1555
1556 Options:
1557
1558     --srcdir=DIR   path to source directory of .hs files
1559                    multi-use of srcdir possible
1560     --hpcdir=DIR   sub-directory that contains .mix files
1561                    default .hpc [rarely used]
1562     --output=FILE  output FILE
1563 % hpc help draft  
1564 Usage: hpc draft [OPTION] .. &lt;TIX_FILE&gt;
1565
1566 Options:
1567
1568     --exclude=[PACKAGE:][MODULE]  exclude MODULE and/or PACKAGE
1569     --include=[PACKAGE:][MODULE]  include MODULE and/or PACKAGE
1570     --srcdir=DIR                  path to source directory of .hs files
1571                                   multi-use of srcdir possible
1572     --hpcdir=DIR                  sub-directory that contains .mix files
1573                                   default .hpc [rarely used]
1574     --output=FILE                 output FILE
1575 </screen>
1576       </sect3>
1577      </sect2>
1578      <sect2><title>Caveats and Shortcomings of Haskell Program Coverage</title>
1579           <para>
1580                 HPC does not attempt to lock the .tix file, so multiple concurrently running
1581                 binaries in the same directory will exhibit a race condition. There is no way
1582                 to change the name of the .tix file generated, apart from renaming the binary.
1583                 HPC does not work with GHCi.
1584           </para>
1585     </sect2>
1586   </sect1>
1587
1588   <sect1 id="ticky-ticky">
1589     <title>Using &ldquo;ticky-ticky&rdquo; profiling (for implementors)</title>
1590     <indexterm><primary>ticky-ticky profiling</primary></indexterm>
1591
1592     <para>(ToDo: document properly.)</para>
1593
1594     <para>It is possible to compile Glasgow Haskell programs so that
1595     they will count lots and lots of interesting things, e.g., number
1596     of updates, number of data constructors entered, etc., etc.  We
1597     call this &ldquo;ticky-ticky&rdquo;
1598     profiling,<indexterm><primary>ticky-ticky
1599     profiling</primary></indexterm> <indexterm><primary>profiling,
1600     ticky-ticky</primary></indexterm> because that's the sound a Sun4
1601     makes when it is running up all those counters
1602     (<emphasis>slowly</emphasis>).</para>
1603
1604     <para>Ticky-ticky profiling is mainly intended for implementors;
1605     it is quite separate from the main &ldquo;cost-centre&rdquo;
1606     profiling system, intended for all users everywhere.</para>
1607
1608     <para>To be able to use ticky-ticky profiling, you will need to
1609     have built the ticky RTS. (This should be described in 
1610     the building guide, but amounts to building the RTS with way
1611     "t" enabled.)</para>
1612
1613     <para>To get your compiled program to spit out the ticky-ticky
1614     numbers, use a <option>-r</option> RTS
1615     option<indexterm><primary>-r RTS option</primary></indexterm>.
1616     See <xref linkend="runtime-control"/>.</para>
1617
1618     <para>Compiling your program with the <option>-ticky</option>
1619     switch yields an executable that performs these counts.  Here is a
1620     sample ticky-ticky statistics file, generated by the invocation
1621     <command>foo +RTS -rfoo.ticky</command>.</para>
1622
1623 <screen>
1624  foo +RTS -rfoo.ticky
1625
1626
1627 ALLOCATIONS: 3964631 (11330900 words total: 3999476 admin, 6098829 goods, 1232595 slop)
1628                                 total words:        2     3     4     5    6+
1629   69647 (  1.8%) function values                 50.0  50.0   0.0   0.0   0.0
1630 2382937 ( 60.1%) thunks                           0.0  83.9  16.1   0.0   0.0
1631 1477218 ( 37.3%) data values                     66.8  33.2   0.0   0.0   0.0
1632       0 (  0.0%) big tuples
1633       2 (  0.0%) black holes                      0.0 100.0   0.0   0.0   0.0
1634       0 (  0.0%) prim things
1635   34825 (  0.9%) partial applications             0.0   0.0   0.0 100.0   0.0
1636       2 (  0.0%) thread state objects             0.0   0.0   0.0   0.0 100.0
1637
1638 Total storage-manager allocations: 3647137 (11882004 words)
1639         [551104 words lost to speculative heap-checks]
1640
1641 STACK USAGE:
1642
1643 ENTERS: 9400092  of which 2005772 (21.3%) direct to the entry code
1644                   [the rest indirected via Node's info ptr]
1645 1860318 ( 19.8%) thunks
1646 3733184 ( 39.7%) data values
1647 3149544 ( 33.5%) function values
1648                   [of which 1999880 (63.5%) bypassed arg-satisfaction chk]
1649  348140 (  3.7%) partial applications
1650  308906 (  3.3%) normal indirections
1651       0 (  0.0%) permanent indirections
1652
1653 RETURNS: 5870443
1654 2137257 ( 36.4%) from entering a new constructor
1655                   [the rest from entering an existing constructor]
1656 2349219 ( 40.0%) vectored [the rest unvectored]
1657
1658 RET_NEW:         2137257:  32.5% 46.2% 21.3%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1659 RET_OLD:         3733184:   2.8% 67.9% 29.3%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1660 RET_UNBOXED_TUP:       2:   0.0%  0.0%100.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1661
1662 RET_VEC_RETURN : 2349219:   0.0%  0.0%100.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%  0.0%
1663
1664 UPDATE FRAMES: 2241725 (0 omitted from thunks)
1665 SEQ FRAMES:    1
1666 CATCH FRAMES:  1
1667 UPDATES: 2241725
1668       0 (  0.0%) data values
1669   34827 (  1.6%) partial applications
1670                   [2 in place, 34825 allocated new space]
1671 2206898 ( 98.4%) updates to existing heap objects (46 by squeezing)
1672 UPD_CON_IN_NEW:         0:       0      0      0      0      0      0      0      0      0
1673 UPD_PAP_IN_NEW:     34825:       0      0      0  34825      0      0      0      0      0
1674
1675 NEW GEN UPDATES: 2274700 ( 99.9%)
1676
1677 OLD GEN UPDATES: 1852 (  0.1%)
1678
1679 Total bytes copied during GC: 190096
1680
1681 **************************************************
1682 3647137 ALLOC_HEAP_ctr
1683 11882004 ALLOC_HEAP_tot
1684   69647 ALLOC_FUN_ctr
1685   69647 ALLOC_FUN_adm
1686   69644 ALLOC_FUN_gds
1687   34819 ALLOC_FUN_slp
1688   34831 ALLOC_FUN_hst_0
1689   34816 ALLOC_FUN_hst_1
1690       0 ALLOC_FUN_hst_2
1691       0 ALLOC_FUN_hst_3
1692       0 ALLOC_FUN_hst_4
1693 2382937 ALLOC_UP_THK_ctr
1694       0 ALLOC_SE_THK_ctr
1695  308906 ENT_IND_ctr
1696       0 E!NT_PERM_IND_ctr requires +RTS -Z
1697 [... lots more info omitted ...]
1698       0 GC_SEL_ABANDONED_ctr
1699       0 GC_SEL_MINOR_ctr
1700       0 GC_SEL_MAJOR_ctr
1701       0 GC_FAILED_PROMOTION_ctr
1702   47524 GC_WORDS_COPIED_ctr
1703 </screen>
1704
1705     <para>The formatting of the information above the row of asterisks
1706     is subject to change, but hopefully provides a useful
1707     human-readable summary.  Below the asterisks <emphasis>all
1708     counters</emphasis> maintained by the ticky-ticky system are
1709     dumped, in a format intended to be machine-readable: zero or more
1710     spaces, an integer, a space, the counter name, and a newline.</para>
1711
1712     <para>In fact, not <emphasis>all</emphasis> counters are
1713     necessarily dumped; compile- or run-time flags can render certain
1714     counters invalid.  In this case, either the counter will simply
1715     not appear, or it will appear with a modified counter name,
1716     possibly along with an explanation for the omission (notice
1717     <literal>ENT&lowbar;PERM&lowbar;IND&lowbar;ctr</literal> appears
1718     with an inserted <literal>!</literal> above).  Software analysing
1719     this output should always check that it has the counters it
1720     expects.  Also, beware: some of the counters can have
1721     <emphasis>large</emphasis> values!</para>
1722
1723   </sect1>
1724
1725 </chapter>
1726
1727 <!-- Emacs stuff:
1728      ;;; Local Variables: ***
1729      ;;; mode: xml ***
1730      ;;; sgml-parent-document: ("users_guide.xml" "book" "chapter") ***
1731      ;;; End: ***
1732  -->