Merge the smp and threaded RTS ways
[ghc-hetmet.git] / ghc / rts / Capability.h
index 70acc15..50e0b94 100644 (file)
 /* ---------------------------------------------------------------------------
  *
- * (c) The GHC Team, 2001
+ * (c) The GHC Team, 2001-2006
  *
  * Capabilities
  *
  * The notion of a capability is used when operating in multi-threaded
- * environments (which the SMP and Threads builds of the RTS do), to
+ * environments (which the THREADED_RTS build of the RTS does), to
  * hold all the state an OS thread/task needs to run Haskell code:
  * its STG registers, a pointer to its  TSO, a nursery etc. During
  * STG execution, a pointer to the capabilitity is kept in a 
  * register (BaseReg).
  *
- * Only in an SMP build will there be multiple capabilities, the threaded
- * RTS and other non-threaded builds, there is one global capability,
- * namely MainRegTable.
+ * Only in an THREADED_RTS build will there be multiple capabilities,
+ * in the non-threaded builds there is one global capability, namely
+ * MainCapability.
  *
  * This header file contains the functions for working with capabilities.
  * (the main, and only, consumer of this interface is the scheduler).
  * 
  * --------------------------------------------------------------------------*/
-#ifndef __CAPABILITY_H__
-#define __CAPABILITY_H__
+
+#ifndef CAPABILITY_H
+#define CAPABILITY_H
+
 #include "RtsFlags.h"
-/* ToDo: assume that RtsFlags.h has been included at usage sites of Capability.h? */
+#include "Task.h"
+
+struct Capability_ {
+    // State required by the STG virtual machine when running Haskell
+    // code.  During STG execution, the BaseReg register always points
+    // to the StgRegTable of the current Capability (&cap->r).
+    StgFunTable f;
+    StgRegTable r;
+
+    nat no;  // capability number.
+
+    // The Task currently holding this Capability.  This task has
+    // exclusive access to the contents of this Capability (apart from
+    // returning_tasks_hd/returning_tasks_tl).
+    // Locks required: cap->lock.
+    Task *running_task;
+
+    // true if this Capability is running Haskell code, used for
+    // catching unsafe call-ins.
+    rtsBool in_haskell;
+
+    // The run queue.  The Task owning this Capability has exclusive
+    // access to its run queue, so can wake up threads without
+    // taking a lock, and the common path through the scheduler is
+    // also lock-free.
+    StgTSO *run_queue_hd;
+    StgTSO *run_queue_tl;
+
+    // Tasks currently making safe foreign calls.  Doubly-linked.
+    // When returning, a task first acquires the Capability before
+    // removing itself from this list, so that the GC can find all
+    // the suspended TSOs easily.  Hence, when migrating a Task from
+    // the returning_tasks list, we must also migrate its entry from
+    // this list.
+    Task *suspended_ccalling_tasks;
+
+    // One mutable list per generation, so we don't need to take any
+    // locks when updating an old-generation thunk.  These
+    // mini-mut-lists are moved onto the respective gen->mut_list at
+    // each GC.
+    bdescr **mut_lists;
+
+#if defined(THREADED_RTS)
+    // Worker Tasks waiting in the wings.  Singly-linked.
+    Task *spare_workers;
 
-#if !defined(SMP)
-extern Capability MainCapability;
+    // This lock protects running_task and returning_tasks_{hd,tl}.
+    Mutex lock;
+
+    // Tasks waiting to return from a foreign call, or waiting to make
+    // a new call-in using this Capability (NULL if empty).
+    // NB. this field needs to be modified by tasks other than the
+    // running_task, so it requires cap->lock to modify.  A task can
+    // check whether it is NULL without taking the lock, however.
+    Task *returning_tasks_hd; // Singly-linked, with head/tail
+    Task *returning_tasks_tl;
 #endif
 
-extern void initCapabilities(void);
-extern void grabCapability(Capability** pCap);
-extern void releaseCapability(Capability* cap);
+    // Per-capability STM-related data
+    StgTVarWaitQueue *free_tvar_wait_queues;
+    StgTRecChunk *free_trec_chunks;
+    StgTRecHeader *free_trec_headers;
+    nat transaction_tokens;
+}; // typedef Capability, defined in RtsAPI.h
 
-extern nat rts_n_free_capabilities;  
-#if defined(RTS_SUPPORTS_THREADS)
-/* number of worker threads waiting for a return capability
- */
-extern nat rts_n_waiting_workers;
 
-extern void grabReturnCapability(Mutex* pMutex, Capability** pCap);
-extern void yieldToReturningWorker(Mutex* pMutex, Capability** pCap, Condition *pThreadCond);
-extern void waitForWorkCapability(Mutex* pMutex, Capability** pCap, Condition *pThreadCond);
-extern void passCapability(Mutex* pMutex, Capability* cap, Condition *pTargetThreadCond);
+#if defined(THREADED_RTS)
+#define ASSERT_TASK_ID(task) ASSERT(task->id == osThreadId())
+#else
+#define ASSERT_TASK_ID(task) /*empty*/
+#endif
 
-static inline rtsBool needToYieldToReturningWorker(void)
-{
-       return rts_n_waiting_workers > 0;
-}
+// These properties should be true when a Task is holding a Capability
+#define ASSERT_FULL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)                    \
+  ASSERT(cap->running_task != NULL && cap->running_task == task);      \
+  ASSERT(task->cap == cap);                                            \
+  ASSERT_PARTIAL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task)
 
-static inline nat getFreeCapabilities (void)
-{
-  return rts_n_free_capabilities;
-}
+// Sometimes a Task holds a Capability, but the Task is not associated
+// with that Capability (ie. task->cap != cap).  This happens when
+// (a) a Task holds multiple Capabilities, and (b) when the current
+// Task is bound, its thread has just blocked, and it may have been
+// moved to another Capability.
+#define ASSERT_PARTIAL_CAPABILITY_INVARIANTS(cap,task) \
+  ASSERT(cap->run_queue_hd == END_TSO_QUEUE ?          \
+           cap->run_queue_tl == END_TSO_QUEUE : 1);    \
+  ASSERT(myTask() == task);                            \
+  ASSERT_TASK_ID(task);
 
-static inline rtsBool noCapabilities (void)
+// Converts a *StgRegTable into a *Capability.
+//
+INLINE_HEADER Capability *
+regTableToCapability (StgRegTable *reg)
 {
-  return (rts_n_free_capabilities == 0);
+    return (Capability *)((void *)((unsigned char*)reg - sizeof(StgFunTable)));
 }
 
-static inline rtsBool allFreeCapabilities (void)
+// Initialise the available capabilities.
+//
+void initCapabilities (void);
+
+// Release a capability.  This is called by a Task that is exiting
+// Haskell to make a foreign call, or in various other cases when we
+// want to relinquish a Capability that we currently hold.
+//
+// ASSUMES: cap->running_task is the current Task.
+//
+#if defined(THREADED_RTS)
+void releaseCapability  (Capability* cap);
+void releaseCapability_ (Capability* cap); // assumes cap->lock is held
+#else
+// releaseCapability() is empty in non-threaded RTS
+INLINE_HEADER void releaseCapability  (Capability* cap STG_UNUSED) {};
+INLINE_HEADER void releaseCapability_ (Capability* cap STG_UNUSED) {};
+#endif
+
+#if !IN_STG_CODE
+// one global capability
+extern Capability MainCapability; 
+#endif
+
+// Array of all the capabilities
+//
+extern nat n_capabilities;
+extern Capability *capabilities;
+
+// The Capability that was last free.  Used as a good guess for where
+// to assign new threads.
+//
+extern Capability *last_free_capability;
+
+// Acquires a capability at a return point.  If *cap is non-NULL, then
+// this is taken as a preference for the Capability we wish to
+// acquire.
+//
+// OS threads waiting in this function get priority over those waiting
+// in waitForCapability().
+//
+// On return, *cap is non-NULL, and points to the Capability acquired.
+//
+void waitForReturnCapability (Capability **cap/*in/out*/, Task *task);
+
+INLINE_HEADER void recordMutableCap (StgClosure *p, Capability *cap, nat gen);
+
+#if defined(THREADED_RTS)
+
+// Gives up the current capability IFF there is a higher-priority
+// thread waiting for it.  This happens in one of two ways:
+//
+//   (a) we are passing the capability to another OS thread, so
+//       that it can run a bound Haskell thread, or
+//
+//   (b) there is an OS thread waiting to return from a foreign call
+//
+// On return: *pCap is NULL if the capability was released.  The
+// current task should then re-acquire it using waitForCapability().
+//
+void yieldCapability (Capability** pCap, Task *task);
+
+// Acquires a capability for doing some work.
+//
+// On return: pCap points to the capability.
+//
+void waitForCapability (Task *task, Mutex *mutex, Capability **pCap);
+
+// Wakes up a worker thread on just one Capability, used when we
+// need to service some global event.
+//
+void prodOneCapability (void);
+
+// Similar to prodOneCapability(), but prods all of them.
+//
+void prodAllCapabilities (void);
+
+// Waits for a capability to drain of runnable threads and workers,
+// and then acquires it.  Used at shutdown time.
+//
+void shutdownCapability (Capability *cap, Task *task);
+
+// Attempt to gain control of a Capability if it is free.
+//
+rtsBool tryGrabCapability (Capability *cap, Task *task);
+
+#else // !THREADED_RTS
+
+// Grab a capability.  (Only in the non-threaded RTS; in the threaded
+// RTS one of the waitFor*Capability() functions must be used).
+//
+extern void grabCapability (Capability **pCap);
+
+#endif /* !THREADED_RTS */
+
+/* -----------------------------------------------------------------------------
+ * INLINE functions... private below here
+ * -------------------------------------------------------------------------- */
+
+INLINE_HEADER void
+recordMutableCap (StgClosure *p, Capability *cap, nat gen)
 {
-# if defined(SMP)
-  return (rts_n_free_capabilities == RtsFlags.ParFlags.nNodes);
-# else
-  return (rts_n_free_capabilities == 1);
-# endif 
-}
+    bdescr *bd;
 
-#endif /* RTS_SUPPORTS_THREADS */
+    bd = cap->mut_lists[gen];
+    if (bd->free >= bd->start + BLOCK_SIZE_W) {
+       bdescr *new_bd;
+       new_bd = allocBlock_lock();
+       new_bd->link = bd;
+       bd = new_bd;
+       cap->mut_lists[gen] = bd;
+    }
+    *bd->free++ = (StgWord)p;
+}
 
-#endif /* __CAPABILITY_H__ */
+#endif /* CAPABILITY_H */