rts/Capability.h

   1 /* ---------------------------------------------------------------------------
   2  *
   3  * (c) The GHC Team, 2001-2006
   4  *
   5  * Capabilities
   6  *
   7  * The notion of a capability is used when operating in multi-threaded
   8  * environments (which the THREADED_RTS build of the RTS does), to
   9  * hold all the state an OS thread/task needs to run Haskell code:
  10  * its STG registers, a pointer to its  TSO, a nursery etc. During
  11  * STG execution, a pointer to the capabilitity is kept in a
  12  * register (BaseReg).
  13  *
  14  * Only in an THREADED_RTS build will there be multiple capabilities,
  15  * in the non-threaded builds there is one global capability, namely
  16  * MainCapability.
  17  *
  18  * This header file contains the functions for working with capabilities.
  19  * (the main, and only, consumer of this interface is the scheduler).
  20  *
  21  * --------------------------------------------------------------------------*/
  22
  23 #ifndef CAPABILITY_H
  24 #define CAPABILITY_H
  25
  26 #include "RtsFlags.h"
  27 #include "Task.h"
  28 #include "Sparks.h"
  29
  30 struct Capability_ {
  31     // State required by the STG virtual machine when running Haskell
  32     // code.  During STG execution, the BaseReg register always points
  33     // to the StgRegTable of the current Capability (&cap->r).
  34     StgFunTable f;
  35     StgRegTable r;
  36
  37     nat no;  // capability number.
  38
  39     // The Task currently holding this Capability.  This task has
  40     // exclusive access to the contents of this Capability (apart from
  41     // returning_tasks_hd/returning_tasks_tl).
  42     // Locks required: cap->lock.
  43     Task *running_task;
  44
  45     // true if this Capability is running Haskell code, used for
  46     // catching unsafe call-ins.
  47     rtsBool in_haskell;
  48
  49     // The run queue.  The Task owning this Capability has exclusive
  50     // access to its run queue, so can wake up threads without
  51     // taking a lock, and the common path through the scheduler is
  52     // also lock-free.
  53     StgTSO *run_queue_hd;
  54     StgTSO *run_queue_tl;
  55
  56     // Tasks currently making safe foreign calls.  Doubly-linked.
  57     // When returning, a task first acquires the Capability before
  58     // removing itself from this list, so that the GC can find all
  59     // the suspended TSOs easily.  Hence, when migrating a Task from
  60     // the returning_tasks list, we must also migrate its entry from
  61     // this list.
  62     Task *suspended_ccalling_tasks;
  63
  64     // One mutable list per generation, so we don't need to take any
  65     // locks when updating an old-generation thunk.  These
  66     // mini-mut-lists are moved onto the respective gen->mut_list at
  67     // each GC.
  68     bdescr **mut_lists;
  69
  70     // Context switch flag. We used to have one global flag, now one
  71     // per capability. Locks required  : none (conflicts are harmless)
  72     int context_switch;
  73
  74 #if defined(THREADED_RTS)
  75     // Worker Tasks waiting in the wings.  Singly-linked.
  76     Task *spare_workers;
  77
  78     // This lock protects running_task, returning_tasks_{hd,tl}, wakeup_queue.
  79     Mutex lock;
  80
  81     // Tasks waiting to return from a foreign call, or waiting to make
  82     // a new call-in using this Capability (NULL if empty).
  83     // NB. this field needs to be modified by tasks other than the
  84     // running_task, so it requires cap->lock to modify.  A task can
  85     // check whether it is NULL without taking the lock, however.
  86     Task *returning_tasks_hd; // Singly-linked, with head/tail
  87     Task *returning_tasks_tl;
  88
  89     // A list of threads to append to this Capability's run queue at
  90     // the earliest opportunity.  These are threads that have been
  91     // woken up by another Capability.
  92     StgTSO *wakeup_queue_hd;
  93     StgTSO *wakeup_queue_tl;
  94
  95     SparkPool *sparks;
  96
  97     // Stats on spark creation/conversion
  98     nat sparks_created;
  99     nat sparks_converted;
 100     nat sparks_pruned;
 101 #endif
 102
 103     // Per-capability STM-related data
 104     StgTVarWatchQueue *free_tvar_watch_queues;
 105     StgInvariantCheckQueue *free_invariant_check_queues;
 106     StgTRecChunk *free_trec_chunks;
 107     StgTRecHeader *free_trec_headers;
 108     nat transaction_tokens;
 109
 110 }; // typedef Capability, defined in RtsAPI.h
 111
 112
 113 #if defined(THREADED_RTS)
 114 #define ASSERT_TASK_ID(task) ASSERT(task->id == osThreadId())
 115 #else
 116 #define ASSERT_TASK_ID(task) /*empty*/
 117 #endif
 118
 119 // These properties should be true when a Task is holding a Capability
 120 #define ASSERT_FULL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)                     \
 121   ASSERT(cap->running_task != NULL && cap->running_task == task);       \
 122   ASSERT(task->cap == cap);                                             \
 123   ASSERT_PARTIAL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)
 124
 125 // Sometimes a Task holds a Capability, but the Task is not associated
 126 // with that Capability (ie. task->cap != cap).  This happens when
 127 // (a) a Task holds multiple Capabilities, and (b) when the current
 128 // Task is bound, its thread has just blocked, and it may have been
 129 // moved to another Capability.
 130 #define ASSERT_PARTIAL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)  \
 131   ASSERT(cap->run_queue_hd == END_TSO_QUEUE ?           \
 132             cap->run_queue_tl == END_TSO_QUEUE : 1);    \
 133   ASSERT(myTask() == task);                             \
 134   ASSERT_TASK_ID(task);
 135
 136 // Converts a *StgRegTable into a *Capability.
 137 //
 138 INLINE_HEADER Capability *
 139 regTableToCapability (StgRegTable *reg)
 140 {
 141     return (Capability *)((void *)((unsigned char*)reg - sizeof(StgFunTable)));
 142 }
 143
 144 // Initialise the available capabilities.
 145 //
 146 void initCapabilities (void);
 147
 148 // Release a capability.  This is called by a Task that is exiting
 149 // Haskell to make a foreign call, or in various other cases when we
 150 // want to relinquish a Capability that we currently hold.
 151 //
 152 // ASSUMES: cap->running_task is the current Task.
 153 //
 154 #if defined(THREADED_RTS)
 155 void releaseCapability           (Capability* cap);
 156 void releaseAndWakeupCapability  (Capability* cap);
 157 void releaseCapability_ (Capability* cap, rtsBool always_wakeup);
 158 // assumes cap->lock is held
 159 #else
 160 // releaseCapability() is empty in non-threaded RTS
 161 INLINE_HEADER void releaseCapability  (Capability* cap STG_UNUSED) {};
 162 INLINE_HEADER void releaseAndWakeupCapability  (Capability* cap STG_UNUSED) {};
 163 INLINE_HEADER void releaseCapability_ (Capability* cap STG_UNUSED,
 164                                        rtsBool always_wakeup STG_UNUSED) {};
 165 #endif
 166
 167 #if !IN_STG_CODE
 168 // one global capability
 169 extern Capability MainCapability;
 170 #endif
 171
 172 // Array of all the capabilities
 173 //
 174 extern nat n_capabilities;
 175 extern Capability *capabilities;
 176
 177 // The Capability that was last free.  Used as a good guess for where
 178 // to assign new threads.
 179 //
 180 extern Capability *last_free_capability;
 181
 182 // GC indicator, in scope for the scheduler
 183 extern volatile StgWord waiting_for_gc;
 184
 185 // Acquires a capability at a return point.  If *cap is non-NULL, then
 186 // this is taken as a preference for the Capability we wish to
 187 // acquire.
 188 //
 189 // OS threads waiting in this function get priority over those waiting
 190 // in waitForCapability().
 191 //
 192 // On return, *cap is non-NULL, and points to the Capability acquired.
 193 //
 194 void waitForReturnCapability (Capability **cap/*in/out*/, Task *task);
 195
 196 INLINE_HEADER void recordMutableCap (StgClosure *p, Capability *cap, nat gen);
 197
 198 #if defined(THREADED_RTS)
 199
 200 // Gives up the current capability IFF there is a higher-priority
 201 // thread waiting for it.  This happens in one of two ways:
 202 //
 203 //   (a) we are passing the capability to another OS thread, so
 204 //       that it can run a bound Haskell thread, or
 205 //
 206 //   (b) there is an OS thread waiting to return from a foreign call
 207 //
 208 // On return: *pCap is NULL if the capability was released.  The
 209 // current task should then re-acquire it using waitForCapability().
 210 //
 211 void yieldCapability (Capability** pCap, Task *task);
 212
 213 // Acquires a capability for doing some work.
 214 //
 215 // On return: pCap points to the capability.
 216 //
 217 void waitForCapability (Task *task, Mutex *mutex, Capability **pCap);
 218
 219 // Wakes up a thread on a Capability (probably a different Capability
 220 // from the one held by the current Task).
 221 //
 222 void wakeupThreadOnCapability (Capability *my_cap, Capability *other_cap,
 223                                StgTSO *tso);
 224
 225 // Wakes up a worker thread on just one Capability, used when we
 226 // need to service some global event.
 227 //
 228 void prodOneCapability (void);
 229
 230 // Similar to prodOneCapability(), but prods all of them.
 231 //
 232 void prodAllCapabilities (void);
 233
 234 // Waits for a capability to drain of runnable threads and workers,
 235 // and then acquires it.  Used at shutdown time.
 236 //
 237 void shutdownCapability (Capability *cap, Task *task, rtsBool wait_foreign);
 238
 239 // Attempt to gain control of a Capability if it is free.
 240 //
 241 rtsBool tryGrabCapability (Capability *cap, Task *task);
 242
 243 // Try to steal a spark from other Capabilities
 244 //
 245 rtsBool stealWork (Capability *cap);
 246
 247 INLINE_HEADER rtsBool emptySparkPoolCap (Capability *cap);
 248 INLINE_HEADER nat     sparkPoolSizeCap  (Capability *cap);
 249 INLINE_HEADER void    discardSparksCap  (Capability *cap);
 250
 251 #else // !THREADED_RTS
 252
 253 // Grab a capability.  (Only in the non-threaded RTS; in the threaded
 254 // RTS one of the waitFor*Capability() functions must be used).
 255 //
 256 extern void grabCapability (Capability **pCap);
 257
 258 #endif /* !THREADED_RTS */
 259
 260 // cause all capabilities to context switch as soon as possible.
 261 void setContextSwitches(void);
 262
 263 // Free a capability on exit
 264 void freeCapability (Capability *cap);
 265
 266 // FOr the GC:
 267 void markSomeCapabilities (evac_fn evac, void *user, nat i0, nat delta,
 268                            rtsBool prune_sparks);
 269 void markCapabilities (evac_fn evac, void *user);
 270 void traverseSparkQueues (evac_fn evac, void *user);
 271
 272 /* -----------------------------------------------------------------------------
 273  * INLINE functions... private below here
 274  * -------------------------------------------------------------------------- */
 275
 276 INLINE_HEADER void
 277 recordMutableCap (StgClosure *p, Capability *cap, nat gen)
 278 {
 279     bdescr *bd;
 280
 281     // We must own this Capability in order to modify its mutable list.
 282     ASSERT(cap->running_task == myTask());
 283     bd = cap->mut_lists[gen];
 284     if (bd->free >= bd->start + BLOCK_SIZE_W) {
 285         bdescr *new_bd;
 286         new_bd = allocBlock_lock();
 287         new_bd->link = bd;
 288         bd = new_bd;
 289         cap->mut_lists[gen] = bd;
 290     }
 291     *bd->free++ = (StgWord)p;
 292 }
 293
 294 #if defined(THREADED_RTS)
 295 INLINE_HEADER rtsBool
 296 emptySparkPoolCap (Capability *cap)
 297 { return looksEmpty(cap->sparks); }
 298
 299 INLINE_HEADER nat
 300 sparkPoolSizeCap (Capability *cap)
 301 { return sparkPoolSize(cap->sparks); }
 302
 303 INLINE_HEADER void
 304 discardSparksCap (Capability *cap)
 305 { return discardSparks(cap->sparks); }
 306 #endif
 307
 308 #endif /* CAPABILITY_H */