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 GNU_ATTRIBUTE(packed);
  36        // packed eliminates any padding between f and r.  Not strictly
  37        // necessary, but it means the negative offsets for accessing
  38        // the fields of f when we are in STG code are as small as
  39        // possible.
  40
  41     nat no;  // capability number.
  42
  43     // The Task currently holding this Capability.  This task has
  44     // exclusive access to the contents of this Capability (apart from
  45     // returning_tasks_hd/returning_tasks_tl).
  46     // Locks required: cap->lock.
  47     Task *running_task;
  48
  49     // true if this Capability is running Haskell code, used for
  50     // catching unsafe call-ins.
  51     rtsBool in_haskell;
  52
  53     // The run queue.  The Task owning this Capability has exclusive
  54     // access to its run queue, so can wake up threads without
  55     // taking a lock, and the common path through the scheduler is
  56     // also lock-free.
  57     StgTSO *run_queue_hd;
  58     StgTSO *run_queue_tl;
  59
  60     // Tasks currently making safe foreign calls.  Doubly-linked.
  61     // When returning, a task first acquires the Capability before
  62     // removing itself from this list, so that the GC can find all
  63     // the suspended TSOs easily.  Hence, when migrating a Task from
  64     // the returning_tasks list, we must also migrate its entry from
  65     // this list.
  66     Task *suspended_ccalling_tasks;
  67
  68     // One mutable list per generation, so we don't need to take any
  69     // locks when updating an old-generation thunk.  These
  70     // mini-mut-lists are moved onto the respective gen->mut_list at
  71     // each GC.
  72     bdescr **mut_lists;
  73
  74     // Context switch flag. We used to have one global flag, now one
  75     // per capability. Locks required  : none (conflicts are harmless)
  76     int context_switch;
  77
  78 #if defined(THREADED_RTS)
  79     // Worker Tasks waiting in the wings.  Singly-linked.
  80     Task *spare_workers;
  81
  82     // This lock protects running_task, returning_tasks_{hd,tl}, wakeup_queue.
  83     Mutex lock;
  84
  85     // Tasks waiting to return from a foreign call, or waiting to make
  86     // a new call-in using this Capability (NULL if empty).
  87     // NB. this field needs to be modified by tasks other than the
  88     // running_task, so it requires cap->lock to modify.  A task can
  89     // check whether it is NULL without taking the lock, however.
  90     Task *returning_tasks_hd; // Singly-linked, with head/tail
  91     Task *returning_tasks_tl;
  92
  93     // A list of threads to append to this Capability's run queue at
  94     // the earliest opportunity.  These are threads that have been
  95     // woken up by another Capability.
  96     StgTSO *wakeup_queue_hd;
  97     StgTSO *wakeup_queue_tl;
  98
  99     SparkPool *sparks;
 100
 101     // Stats on spark creation/conversion
 102     nat sparks_created;
 103     nat sparks_converted;
 104     nat sparks_pruned;
 105 #endif
 106
 107     // Per-capability STM-related data
 108     StgTVarWatchQueue *free_tvar_watch_queues;
 109     StgInvariantCheckQueue *free_invariant_check_queues;
 110     StgTRecChunk *free_trec_chunks;
 111     StgTRecHeader *free_trec_headers;
 112     nat transaction_tokens;
 113 } // typedef Capability is defined in RtsAPI.h
 114   // Capabilities are stored in an array, so make sure that adjacent
 115   // Capabilities don't share any cache-lines:
 116 #ifndef mingw32_HOST_OS
 117   ATTRIBUTE_ALIGNED(64)
 118 #endif
 119   ;
 120
 121
 122 #if defined(THREADED_RTS)
 123 #define ASSERT_TASK_ID(task) ASSERT(task->id == osThreadId())
 124 #else
 125 #define ASSERT_TASK_ID(task) /*empty*/
 126 #endif
 127
 128 // These properties should be true when a Task is holding a Capability
 129 #define ASSERT_FULL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)                     \
 130   ASSERT(cap->running_task != NULL && cap->running_task == task);       \
 131   ASSERT(task->cap == cap);                                             \
 132   ASSERT_PARTIAL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)
 133
 134 // Sometimes a Task holds a Capability, but the Task is not associated
 135 // with that Capability (ie. task->cap != cap).  This happens when
 136 // (a) a Task holds multiple Capabilities, and (b) when the current
 137 // Task is bound, its thread has just blocked, and it may have been
 138 // moved to another Capability.
 139 #define ASSERT_PARTIAL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)  \
 140   ASSERT(cap->run_queue_hd == END_TSO_QUEUE ?           \
 141             cap->run_queue_tl == END_TSO_QUEUE : 1);    \
 142   ASSERT(myTask() == task);                             \
 143   ASSERT_TASK_ID(task);
 144
 145 // Converts a *StgRegTable into a *Capability.
 146 //
 147 #define OFFSET(s_type, field) ((size_t)&(((s_type*)0)->field))
 148
 149 INLINE_HEADER Capability *
 150 regTableToCapability (StgRegTable *reg)
 151 {
 152     return (Capability *)((void *)((unsigned char*)reg - OFFSET(Capability,r)));
 153 }
 154
 155 // Initialise the available capabilities.
 156 //
 157 void initCapabilities (void);
 158
 159 // Release a capability.  This is called by a Task that is exiting
 160 // Haskell to make a foreign call, or in various other cases when we
 161 // want to relinquish a Capability that we currently hold.
 162 //
 163 // ASSUMES: cap->running_task is the current Task.
 164 //
 165 #if defined(THREADED_RTS)
 166 void releaseCapability           (Capability* cap);
 167 void releaseAndWakeupCapability  (Capability* cap);
 168 void releaseCapability_ (Capability* cap, rtsBool always_wakeup);
 169 // assumes cap->lock is held
 170 #else
 171 // releaseCapability() is empty in non-threaded RTS
 172 INLINE_HEADER void releaseCapability  (Capability* cap STG_UNUSED) {};
 173 INLINE_HEADER void releaseAndWakeupCapability  (Capability* cap STG_UNUSED) {};
 174 INLINE_HEADER void releaseCapability_ (Capability* cap STG_UNUSED,
 175                                        rtsBool always_wakeup STG_UNUSED) {};
 176 #endif
 177
 178 #if !IN_STG_CODE
 179 // one global capability
 180 extern Capability MainCapability;
 181 #endif
 182
 183 // Array of all the capabilities
 184 //
 185 extern nat n_capabilities;
 186 extern Capability *capabilities;
 187
 188 // The Capability that was last free.  Used as a good guess for where
 189 // to assign new threads.
 190 //
 191 extern Capability *last_free_capability;
 192
 193 // GC indicator, in scope for the scheduler
 194 extern volatile StgWord waiting_for_gc;
 195
 196 // Acquires a capability at a return point.  If *cap is non-NULL, then
 197 // this is taken as a preference for the Capability we wish to
 198 // acquire.
 199 //
 200 // OS threads waiting in this function get priority over those waiting
 201 // in waitForCapability().
 202 //
 203 // On return, *cap is non-NULL, and points to the Capability acquired.
 204 //
 205 void waitForReturnCapability (Capability **cap/*in/out*/, Task *task);
 206
 207 INLINE_HEADER void recordMutableCap (StgClosure *p, Capability *cap, nat gen);
 208
 209 #if defined(THREADED_RTS)
 210
 211 // Gives up the current capability IFF there is a higher-priority
 212 // thread waiting for it.  This happens in one of two ways:
 213 //
 214 //   (a) we are passing the capability to another OS thread, so
 215 //       that it can run a bound Haskell thread, or
 216 //
 217 //   (b) there is an OS thread waiting to return from a foreign call
 218 //
 219 // On return: *pCap is NULL if the capability was released.  The
 220 // current task should then re-acquire it using waitForCapability().
 221 //
 222 void yieldCapability (Capability** pCap, Task *task);
 223
 224 // Acquires a capability for doing some work.
 225 //
 226 // On return: pCap points to the capability.
 227 //
 228 void waitForCapability (Task *task, Mutex *mutex, Capability **pCap);
 229
 230 // Wakes up a thread on a Capability (probably a different Capability
 231 // from the one held by the current Task).
 232 //
 233 void wakeupThreadOnCapability (Capability *my_cap, Capability *other_cap,
 234                                StgTSO *tso);
 235
 236 // Wakes up a worker thread on just one Capability, used when we
 237 // need to service some global event.
 238 //
 239 void prodOneCapability (void);
 240
 241 // Similar to prodOneCapability(), but prods all of them.
 242 //
 243 void prodAllCapabilities (void);
 244
 245 // Waits for a capability to drain of runnable threads and workers,
 246 // and then acquires it.  Used at shutdown time.
 247 //
 248 void shutdownCapability (Capability *cap, Task *task, rtsBool wait_foreign);
 249
 250 // Attempt to gain control of a Capability if it is free.
 251 //
 252 rtsBool tryGrabCapability (Capability *cap, Task *task);
 253
 254 // Try to find a spark to run
 255 //
 256 StgClosure *findSpark (Capability *cap);
 257
 258 // True if any capabilities have sparks
 259 //
 260 rtsBool anySparks (void);
 261
 262 INLINE_HEADER rtsBool emptySparkPoolCap (Capability *cap);
 263 INLINE_HEADER nat     sparkPoolSizeCap  (Capability *cap);
 264 INLINE_HEADER void    discardSparksCap  (Capability *cap);
 265
 266 #else // !THREADED_RTS
 267
 268 // Grab a capability.  (Only in the non-threaded RTS; in the threaded
 269 // RTS one of the waitFor*Capability() functions must be used).
 270 //
 271 extern void grabCapability (Capability **pCap);
 272
 273 #endif /* !THREADED_RTS */
 274
 275 // cause all capabilities to context switch as soon as possible.
 276 void setContextSwitches(void);
 277
 278 // Free all capabilities
 279 void freeCapabilities (void);
 280
 281 // FOr the GC:
 282 void markSomeCapabilities (evac_fn evac, void *user, nat i0, nat delta,
 283                            rtsBool prune_sparks);
 284 void markCapabilities (evac_fn evac, void *user);
 285 void traverseSparkQueues (evac_fn evac, void *user);
 286
 287 /* -----------------------------------------------------------------------------
 288  * INLINE functions... private below here
 289  * -------------------------------------------------------------------------- */
 290
 291 INLINE_HEADER void
 292 recordMutableCap (StgClosure *p, Capability *cap, nat gen)
 293 {
 294     bdescr *bd;
 295
 296     // We must own this Capability in order to modify its mutable list.
 297     ASSERT(cap->running_task == myTask());
 298     bd = cap->mut_lists[gen];
 299     if (bd->free >= bd->start + BLOCK_SIZE_W) {
 300         bdescr *new_bd;
 301         new_bd = allocBlock_lock();
 302         new_bd->link = bd;
 303         bd = new_bd;
 304         cap->mut_lists[gen] = bd;
 305     }
 306     *bd->free++ = (StgWord)p;
 307 }
 308
 309 #if defined(THREADED_RTS)
 310 INLINE_HEADER rtsBool
 311 emptySparkPoolCap (Capability *cap)
 312 { return looksEmpty(cap->sparks); }
 313
 314 INLINE_HEADER nat
 315 sparkPoolSizeCap (Capability *cap)
 316 { return sparkPoolSize(cap->sparks); }
 317
 318 INLINE_HEADER void
 319 discardSparksCap (Capability *cap)
 320 { return discardSparks(cap->sparks); }
 321 #endif
 322
 323 #endif /* CAPABILITY_H */