361ea84aa08e01a402f2761201ec734f4d879bce
[ghc-hetmet.git] / ghc / docs / users_guide / sooner.lit
1 %************************************************************************
2 %*                                                                      *
3 \section[sooner-faster-quicker]{Advice on: sooner, faster, smaller, stingier}
4 %*                                                                      *
5 %************************************************************************
6
7 Please advise us of other ``helpful hints'' that should go here!
8
9 %************************************************************************
10 %*                                                                      *
11 \subsection[sooner]{Sooner: producing a program more quickly}
12 \index{compiling faster}
13 \index{faster compiling}
14 %*                                                                      *
15 %************************************************************************
16
17 \begin{description}
18 %----------------------------------------------------------------
19 \item[Don't use \tr{-O} or (especially) \tr{-O2}:]
20 By using them, you are telling GHC that you are willing to suffer
21 longer compilation times for better-quality code.
22
23 GHC is surprisingly zippy for normal compilations without \tr{-O}!
24
25 %----------------------------------------------------------------
26 \item[Use more memory:]
27 Within reason, more memory for heap space means less garbage
28 collection for GHC, which means less compilation time.  If you use
29 the \tr{-Rgc-stats} option, you'll get a garbage-collector report.
30 (Again, you can use the cheap-and-nasty \tr{-optCrts-Sstderr} option to
31 send the GC stats straight to standard error.)
32
33 If it says you're using more than 20\% of total time in garbage
34 collecting, then more memory would help.
35
36 You ask for more heap with the \tr{-H<size>}\index{-H<size> option}
37 option; e.g.: \tr{ghc -c -O -H16m Foo.hs}.
38
39 If GHC persists in being a bad memory citizen, please report it as a
40 bug.
41
42 %----------------------------------------------------------------
43 \item[Don't use too much memory!]
44 As soon as GHC plus its ``fellow citizens'' (other processes on your machine) start
45 using more than the {\em real memory} on your machine, and the machine
46 starts ``thrashing,'' {\em the party is over}.  Compile times will be
47 worse than terrible!  Use something like the csh-builtin \tr{time}
48 command to get a report on how many page faults you're getting.
49
50 If you don't know what virtual memory, thrashing, and page faults are,
51 or you don't know the memory configuration of your machine, {\em
52 don't} try to be clever about memory use: you'll just make your life a
53 misery (and for other people, too, probably).
54
55 %----------------------------------------------------------------
56 \item[Try to use local disks when linking:]
57 Because Haskell objects and libraries tend to be large, it can take
58 many real seconds to slurp the bits to/from an NFS filesystem (say).
59
60 It would be quite sensible to {\em compile} on a fast machine using
61 remotely-mounted disks; then {\em link} on a slow machine that had
62 your disks directly mounted.
63
64 %----------------------------------------------------------------
65 \item[Don't derive \tr{read} for \tr{Text} unnecessarily:]
66 When doing \tr{deriving Text},
67 use \tr{-fomit-derived-read}\index{-fomit-derived-read option}
68 to derive only the \tr{showsPrec} method.  Quicker, smaller code.
69
70 %----------------------------------------------------------------
71 \item[Don't re-export instance declarations:]
72
73 (Note: This recommendation totally violates the Haskell language
74 standard.)
75
76 The Haskell module system dictates that instance declarations are
77 exported and re-exported into interface files with considerable gusto.
78 In a large system, especially one with mutually-recursive modules,
79 this tendency makes your interface files bigger (bad) and decreases
80 the chances that changes will be propagated incorrectly (bad).
81
82 If you wish, you may use a language-violating option,
83 \tr{-fomit-reexported-instances},
84 \index{-fomit-reexported-instances option}
85 to get just the effect you might expect.  It can't help but
86 speed things up.
87
88 %----------------------------------------------------------------
89 \item[GHC compiles some program constructs slowly:]
90 Deeply-nested list comprehensions seem to be one such; in the past,
91 very large constant tables were bad, too.
92
93 We'd rather you reported such behaviour as a bug, so that we can try
94 to correct it.
95
96 The parts of the compiler that seem most prone to wandering off for a
97 long time are the abstract interpreters (strictness and update
98 analysers).  You can turn these off individually with
99 \tr{-fno-strictness}\index{-fno-strictness anti-option} and
100 \tr{-fno-update-analysis}.\index{-fno-update-analysis anti-option}
101
102 If \tr{-ddump-simpl} produces output after a reasonable time, but
103 \tr{-ddump-stg} doesn't, then it's probably the update analyser
104 slowing you down.
105
106 If your module has big wads of constant data, GHC may produce a huge
107 basic block that will cause the native-code generator's register
108 allocator to founder.
109
110 If \tr{-ddump-absC} produces output after a reasonable time, but
111 nothing after that---it's probably the native-code generator.  Bring
112 on \tr{-fvia-C}\index{-fvia-C option} (not that GCC will be that quick about it, either).
113
114 %----------------------------------------------------------------
115 \item[Avoid the consistency-check on linking:]
116 Use \tr{-no-link-chk}\index{-no-link-chk}; saves effort.  This is probably
117 safe in a I-only-compile-things-one-way setup.
118
119 %----------------------------------------------------------------
120 \item[Explicit \tr{import} declarations:]
121 Instead of saying \tr{import Foo}, say
122 \tr{import Foo (...stuff I want...)}.
123
124 Truthfully, the reduction on compilation time will be very small.
125 However, judicious use of \tr{import} declarations can make a
126 program easier to understand, so it may be a good idea anyway.
127 \end{description}
128
129 %************************************************************************
130 %*                                                                      *
131 \subsection[faster]{Faster: producing a program that runs quicker}
132 \index{faster programs, how to produce}
133 %*                                                                      *
134 %************************************************************************
135
136 The key tool to use in making your Haskell program run faster are
137 GHC's profiling facilities, described separately in
138 \sectionref{profiling}.  There is {\em no substitute} for finding
139 where your program's time/space is {\em really} going, as opposed
140 to where you imagine it is going.
141
142 Another point to bear in mind: By far the best way to improve a
143 program's performance {\em dramatically} is to use better algorithms.
144 Once profiling has thrown the spotlight on the guilty
145 time-consumer(s), it may be better to re-think your program than to
146 try all the tweaks listed below.
147
148 Another extremely efficient way to make your program snappy is to use
149 library code that has been Seriously Tuned By Someone Else.  You {\em might} be able
150 to write a better quicksort than the one in the HBC library, but it
151 will take you much longer than typing \tr{import QSort}.
152 (Incidentally, it doesn't hurt if the Someone Else is Lennart
153 Augustsson.)
154
155 Please report any overly-slow GHC-compiled programs.  The current
156 definition of ``overly-slow'' is ``the HBC-compiled version ran
157 faster''...
158
159 \begin{description}
160 %----------------------------------------------------------------
161 \item[Optimise, using \tr{-O} or \tr{-O2}:] This is the most basic way
162 to make your program go faster.  Compilation time will be slower,
163 especially with \tr{-O2}.
164
165 At version~0.26, \tr{-O2} is nearly indistinguishable from \tr{-O}.
166
167 %----------------------------------------------------------------
168 \item[Compile via C and crank up GCC:] Even with \tr{-O}, GHC tries to
169 use a native-code generator, if available.  But the native
170 code-generator is designed to be quick, not mind-bogglingly clever.
171 Better to let GCC have a go, as it tries much harder on register
172 allocation, etc.
173
174 So, when we want very fast code, we use: \tr{-O -fvia-C -O2-for-C}.
175
176 %----------------------------------------------------------------
177 \item[Overloaded functions are not your friend:]
178 Haskell's overloading (using type classes) is elegant, neat, etc.,
179 etc., but it is death to performance if left to linger in an inner
180 loop.  How can you squash it?
181
182 \begin{description}
183 \item[Give explicit type signatures:]
184 Signatures are the basic trick; putting them on exported, top-level
185 functions is good software-engineering practice, anyway.
186
187 The automatic specialisation of overloaded functions should take care
188 of overloaded local and/or unexported functions.
189
190 \item[Use \tr{SPECIALIZE} pragmas:]
191 \index{SPECIALIZE pragma}
192 \index{overloading, death to}
193 (UK spelling also accepted.)  For key overloaded functions, you can
194 create extra versions (NB: more code space) specialised to particular
195 types.  Thus, if you have an overloaded function:
196 \begin{verbatim}
197 hammeredLookup :: Ord key => [(key, value)] -> key -> value
198 \end{verbatim}
199 If it is heavily used on lists with \tr{Widget} keys, you could
200 specialise it as follows:
201 \begin{verbatim}
202 {-# SPECIALIZE hammeredLookup :: [(Widget, value)] -> Widget -> value #-}
203 \end{verbatim}
204
205 To get very fancy, you can also specify a named function to use for
206 the specialised value, by adding \tr{= blah}, as in:
207 \begin{verbatim}
208 {-# SPECIALIZE hammeredLookup :: ...as before... = blah #-}
209 \end{verbatim}
210 It's {\em Your Responsibility} to make sure that \tr{blah} really
211 behaves as a specialised version of \tr{hammeredLookup}!!!
212
213 An example in which the \tr{= blah} form will Win Big:
214 \begin{verbatim}
215 toDouble :: Real a => a -> Double
216 toDouble = fromRational . toRational
217
218 {-# SPECIALIZE toDouble :: Int -> Double = i2d #-}
219 i2d (I# i) = D# (int2Double# i) -- uses Glasgow prim-op directly
220 \end{verbatim}
221 The \tr{i2d} function is virtually one machine instruction; the
222 default conversion---via an intermediate \tr{Rational}---is obscenely
223 expensive by comparison.
224
225 By using the US spelling, your \tr{SPECIALIZE} pragma will work with
226 HBC, too.  Note that HBC doesn't support the \tr{= blah} form.
227
228 A \tr{SPECIALIZE} pragma for a function can be put anywhere its type
229 signature could be put.
230
231 \item[Use \tr{SPECIALIZE instance} pragmas:]
232 Same idea, except for instance declarations.  For example:
233 \begin{verbatim}
234 instance (Eq a) => Eq (Foo a) where { ... usual stuff ... }
235
236 {-# SPECIALIZE instance Eq (Foo [(Int, Bar)] #-}
237 \end{verbatim}
238 Compatible with HBC, by the way.
239
240 See also: overlapping instances, in \Sectionref{glasgow-hbc-exts}.
241 They are to \tr{SPECIALIZE instance} pragmas what \tr{= blah}
242 hacks are to \tr{SPECIALIZE} (value) pragmas...
243
244 \item[``How do I know what's happening with specialisations?'':]
245
246 The \tr{-fshow-specialisations}\index{-fshow-specialisations option}
247 will show the specialisations that actually take place.
248
249 The \tr{-fshow-import-specs}\index{-fshow-import-specs option} will
250 show the specialisations that GHC {\em wished} were available, but
251 were not.  You can add the relevant pragmas to your code if you wish.
252
253 You're a bit stuck if the desired specialisation is of a Prelude
254 function.  If it's Really Important, you can just snap a copy of the
255 Prelude code, rename it, and then SPECIALIZE that to your heart's
256 content.
257
258 \item[``But how do I know where overloading is creeping in?'':]
259
260 A low-tech way: grep (search) your interface files for overloaded
261 type signatures; e.g.,:
262 \begin{verbatim}
263 % egrep '^[a-z].*::.*=>' *.hi
264 \end{verbatim}
265
266 Note: explicit export lists sometimes ``mask'' overloaded top-level
267 functions; i.e., you won't see anything about them in the interface
268 file.  I sometimes remove my export list temporarily, just to see what
269 pops out.
270 \end{description}
271
272 %----------------------------------------------------------------
273 \item[Strict functions are your dear friends:]
274 and, among other things, lazy pattern-matching is your enemy.
275
276 (If you don't know what a ``strict function'' is, please consult a
277 functional-programming textbook.  A sentence or two of
278 explanation here probably would not do much good.)
279
280 Consider these two code fragments:
281 \begin{verbatim}
282 f (Wibble x y) =  ... # strict
283
284 f arg = let { (Wibble x y) = arg } in ... # lazy
285 \end{verbatim}
286 The former will result in far better code.
287
288 A less contrived example shows the use of \tr{cases} instead
289 of \tr{lets} to get stricter code (a good thing):
290 \begin{verbatim}
291 f (Wibble x y)  # beautiful but slow
292   = let
293         (a1, b1, c1) = unpackFoo x
294         (a2, b2, c2) = unpackFoo y
295     in ...
296
297 f (Wibble x y)  # ugly, and proud of it
298   = case (unpackFoo x) of { (a1, b1, c1) ->
299     case (unpackFoo y) of { (a2, b2, c2) ->
300     ...
301     }}
302 \end{verbatim}
303
304 %----------------------------------------------------------------
305 \item[GHC loves single-constructor data-types:]
306
307 It's all the better if a function is strict in a single-constructor
308 type (a type with only one data-constructor; for example, tuples are
309 single-constructor types).
310
311 %----------------------------------------------------------------
312 \item[``How do I find out a function's strictness?'']
313
314 Don't guess---look it up.
315
316 Look for your function in the interface file, then for the third field
317 in the pragma; it should say \tr{_S_ <string>}.  The \tr{<string>}
318 gives the strictness of the function's arguments.  \tr{L} is lazy
319 (bad), \tr{S} and \tr{E} are strict (good), \tr{P} is ``primitive'' (good),
320 \tr{U(...)} is strict and
321 ``unpackable'' (very good), and \tr{A} is absent (very good).
322
323 For an ``unpackable'' \tr{U(...)} argument, the info inside
324 tells the strictness of its components.  So, if the argument is a
325 pair, and it says \tr{U(AU(LSS))}, that means ``the first component of the
326 pair isn't used; the second component is itself unpackable, with three
327 components (lazy in the first, strict in the second \& third).''
328
329 If the function isn't exported, just compile with the extra flag \tr{-ddump-simpl};
330 next to the signature for any binder, it will print the self-same
331 pragmatic information as would be put in an interface file.
332 (Besides, Core syntax is fun to look at!)
333
334 %----------------------------------------------------------------
335 \item[Force key functions to be \tr{INLINE}d (esp. monads):]
336
337 GHC (with \tr{-O}, as always) tries to inline (or ``unfold'')
338 functions/values that are ``small enough,'' thus avoiding the call
339 overhead and possibly exposing other more-wonderful optimisations.
340
341 You will probably see these unfoldings (in Core syntax) in your
342 interface files.
343
344 Normally, if GHC decides a function is ``too expensive'' to inline, it
345 will not do so, nor will it export that unfolding for other modules to
346 use.
347
348 The sledgehammer you can bring to bear is the
349 \tr{INLINE}\index{INLINE pragma} pragma, used thusly:
350 \begin{verbatim}
351 key_function :: Int -> String -> (Bool, Double) 
352
353 #ifdef __GLASGOW_HASKELL__
354 {-# INLINE key_function #-}
355 #endif
356 \end{verbatim}
357 (You don't need to do the C pre-processor carry-on unless you're going
358 to stick the code through HBC---it doesn't like \tr{INLINE} pragmas.)
359
360 The major effect of an \tr{INLINE} pragma is to declare a function's
361 ``cost'' to be very low.  The normal unfolding machinery will then be
362 very keen to inline it.
363
364 An \tr{INLINE} pragma for a function can be put anywhere its type
365 signature could be put.
366
367 \tr{INLINE} pragmas are a particularly good idea for the
368 \tr{then}/\tr{return} (or \tr{bind}/\tr{unit}) functions in a monad.
369 For example, in GHC's own @UniqueSupply@ monad code, we have:
370 \begin{verbatim}
371 #ifdef __GLASGOW_HASKELL__
372 {-# INLINE thenUs #-}
373 {-# INLINE returnUs #-}
374 #endif
375 \end{verbatim}
376
377 GHC reserves the right to {\em disallow} any unfolding, even if you
378 explicitly asked for one.  That's because a function's body may
379 become {\em unexportable}, because it mentions a non-exported value,
380 to which any importing module would have no access.
381
382 If you want to see why candidate unfoldings are rejected, use the
383 \tr{-freport-disallowed-unfoldings}
384 \index{-freport-disallowed-unfoldings}
385 option.
386
387 %----------------------------------------------------------------
388 \item[Don't let GHC ignore pragmatic information:]
389
390 Sort-of by definition, GHC is allowed to ignore pragmas in interfaces.
391 Your program should still work, if not as well.
392
393 Normally, GHC {\em will} ignore an unfolding pragma in an interface if
394 it cannot figure out all the names mentioned in the unfolding.  (A
395 very much hairier implementation could make sure This Never Happens,
396 but life is too short to wage constant battle with Haskell's module
397 system.)
398
399 If you want to prevent such ignorings, give GHC a
400 \tr{-fshow-pragma-name-errs}
401 option.\index{-fshow-pragma-name-errs option}
402 It will then treat any unresolved names in pragmas as {\em
403 errors}, rather than inconveniences.
404
405 %----------------------------------------------------------------
406 \item[Explicit \tr{export} list:]
407 If you do not have an explicit export list in a module, GHC must
408 assume that everything in that module will be exported.  This has
409 various pessimising effect.  For example, if a bit of code is actually
410 {\em unused} (perhaps because of unfolding effects), GHC will not be
411 able to throw it away, because it is exported and some other module
412 may be relying on its existence.
413
414 GHC can be quite a bit more aggressive with pieces of code if it knows
415 they are not exported.
416
417 %----------------------------------------------------------------
418 \item[Look at the Core syntax!]
419 (The form in which GHC manipulates your code.)  Just run your
420 compilation with \tr{-ddump-simpl} (don't forget the \tr{-O}).
421
422 If profiling has pointed the finger at particular functions, look at
423 their Core code.  \tr{lets} are bad, \tr{cases} are good, dictionaries
424 (\tr{d.<Class>.<Unique>}) [or anything overloading-ish] are bad,
425 nested lambdas are bad, explicit data constructors are good, primitive
426 operations (e.g., \tr{eqInt#}) are good, ...
427
428 %----------------------------------------------------------------
429 \item[Use unboxed types (a GHC extension):]
430 When you are {\em really} desperate for speed, and you want to
431 get right down to the ``raw bits.''
432 Please see \sectionref{glasgow-unboxed} for some information about
433 using unboxed types.
434
435 %----------------------------------------------------------------
436 \item[Use \tr{_ccall_s} (a GHC extension) to plug into fast libraries:]
437 This may take real work, but... There exist piles of
438 massively-tuned library code, and the best thing is not
439 to compete with it, but link with it.
440
441 \Sectionref{glasgow-ccalls} says a little about how to use C calls.
442
443 %----------------------------------------------------------------
444 \item[Don't use \tr{Float}s:]
445 We don't provide specialisations of Prelude functions for \tr{Float}
446 (but we do for \tr{Double}).  If you end up executing overloaded
447 code, you will lose on performance, perhaps badly.
448
449 \tr{Floats} (probably 32-bits) are almost always a bad idea, anyway,
450 unless you Really Know What You Are Doing.  Use Doubles.  There's
451 rarely a speed disadvantage---modern machines will use the same
452 floating-point unit for both.  With \tr{Doubles}, you are much less
453 likely to hang yourself with numerical errors.
454
455 %----------------------------------------------------------------
456 \item[Use a bigger heap!]
457 If your program's GC stats (\tr{-S}\index{-S RTS option} RTS option)
458 indicate that it's doing lots of garbage-collection (say, more than
459 20\% of execution time), more memory might help---with the
460 \tr{-H<size>}\index{-H<size> RTS option} RTS option.
461
462 %----------------------------------------------------------------
463 \item[Use a smaller heap!]
464 Some programs with a very small heap residency (toy programs, usually)
465 actually benefit from running the heap size way down.  The
466 \tr{-H<size>} RTS option, as above.
467
468 %----------------------------------------------------------------
469 \item[Use a smaller ``allocation area'':]
470 If you can get the garbage-collector's youngest generation to fit
471 entirely in your machine's cache, it may make quite a difference.
472 The effect is {\em very machine dependent}.  But, for example,
473 a \tr{+RTS -A128k}\index{-A<size> RTS option} option on one of our
474 DEC Alphas was worth an immediate 5\% performance boost.
475 \end{description}
476
477 %************************************************************************
478 %*                                                                      *
479 \subsection[smaller]{Smaller: producing a program that is smaller}
480 \index{smaller programs, how to produce}
481 %*                                                                      *
482 %************************************************************************
483
484 Decrease the ``go-for-it'' threshold for unfolding smallish expressions.
485 Give a \tr{-funfolding-use-threshold0}\index{-funfolding-use-threshold0 option}
486 option for the extreme case. (``Only unfoldings with zero cost should proceed.'')
487
488 (Note: I have not been too successful at producing code smaller
489 than that which comes out with \tr{-O}.  WDP 94/12)
490
491 Use \tr{-fomit-derived-read} if you are using a lot of derived
492 instances of \tr{Text} (and don't need the read methods).
493
494 Use \tr{strip} on your executables.
495
496 %************************************************************************
497 %*                                                                      *
498 \subsection[stingier]{Stingier: producing a program that gobbles less heap space}
499 \index{memory, using less heap}
500 \index{space-leaks, avoiding}
501 \index{heap space, using less}
502 %*                                                                      *
503 %************************************************************************
504
505 ``I think I have a space leak...''  Re-run your program with
506 \tr{+RTS -Sstderr},\index{-Sstderr RTS option} and remove all doubt!
507 (You'll see the heap usage get bigger and bigger...)  [Hmmm... this
508 might be even easier with the \tr{-F2s}\index{-F2s RTS option} RTS
509 option; so...  \tr{./a.out +RTS -Sstderr -F2s}...]
510
511 Once again, the profiling facilities (\sectionref{profiling}) are the
512 basic tool for demystifying the space behaviour of your program.
513
514 Strict functions are good to space usage, as they are for time, as
515 discussed in the previous section.  Strict functions get right down to
516 business, rather than filling up the heap with closures (the system's
517 notes to itself about how to evaluate something, should it eventually
518 be required).
519
520 If you have a true blue ``space leak'' (your program keeps gobbling up
521 memory and never ``lets go''), then 7 times out of 10 the problem is
522 related to a {\em CAF} (constant applicative form).  Real people call
523 them ``top-level values that aren't functions.''  Thus, for example:
524 \begin{verbatim}
525 x = (1 :: Int)
526 f y = x
527 ones = [ 1, (1 :: Float), .. ]
528 \end{verbatim}
529 \tr{x} and \tr{ones} are CAFs; \tr{f} is not.
530
531 The GHC garbage collectors are not clever about CAFs.  The part of the
532 heap reachable from a CAF is never collected.  In the case of
533 \tr{ones} in the example above, it's {\em disastrous}.  For this
534 reason, the GHC ``simplifier'' tries hard to avoid creating CAFs, but
535 it cannot subvert the will of a determined CAF-writing programmer (as
536 in the case above).