Haskell程序如何在内部编译和执行？

Question

我无法理解Haskell（GHC）如何编译程序，以及这些程序是如何运行的。

1. GHC是用Haskell编写的非平凡程序的典型示例。但是，GHC的某些部分似乎不是用Haskell编写的，即运行时环境（在C / C--中）。这是为什么？表现原因？ （我知道this site及其朋友，但对它们没有多大意义。）
2. 说到运行时环境：为什么编译语言需要一个？编译的程序不应该是机器代码而不是别的吗？根据我的理解，运行时环境有点类似于虚拟机或字节码解释器，它处理某种形式的元代码并基于此进行实际计算。那么：GHC运行时到底做了什么，为什么首先需要呢？
3. 关于FFI：如何处理C呼叫？最初，我认为使用FFI生成单个可执行文件，其中Haskell和C一起编译。但是，我多次读过GHC程序对程序执行C语言调用。这对于理解FFI与并行编程的问题尤为相关。那么：FFI功能与普通的Haskell功能有何不同？

Answer 1

要在库存硬件上编译和执行编程语言，您需要做很多事情：

• 将源语言翻译为本机主机可执行的汇编代码的编译器
• 用于原始语言服务的支持库（也称为运行时），例如内存管理，IO和线程管理。必须从较低级别的系统服务中利用的东西。

C，Java和GHC Haskell就是这种系统的例子。在GHC的情况下，entire architecture is described here。这些作品也将单独描述并详细描述。

• 编译器（用Haskell编写），将Haskell转换为C，汇编，LLVM bitcode和其他格式。它使用的策略在这里描述得最好：Implementing lazy functional languages on stock hardware:the Spineless Tagless G-machine。

• 运行时服务（又名“GHC运行时”）在几篇论文中有所描述：

  1. The multicore garbage collector with thread-local heaps
  2. How the garbage collector services work
  3. How multithreading works in GHC
  4. How laziness is implemented
  5. How the runtime calls code in foreign languages

Answer 2

我可以提供运行时的精确度。

虚拟机是“一种”运行时，但不是唯一的运行时。运行时系统只是程序在执行期间可以假设的环境（以及服务集）。即使像C和C ++这样的非常低级的语言也有运行时系统（想想malloc ......某人/某事正在为你做分配，甚至是零检查）。

通常，更高级别的语言具有更丰富的运行时（意味着运行时为执行程序提供更多服务）;那些范围从内存管理（例如垃圾收集）到反射/内省基础设施（想想ruby等......）到数组边界检查，但几乎所有语言都有某种运行时系统（如果只是操作系统）。

Answer 3

1：为什么RTS不是用Haskell编写的？

因为它会执行无法在Haskell中表达的低级别的东西。很像Linux内核是一个运行C程序的系统，但Linux内核的部分内容是用汇编语言编写的，而不是C语言。

2：为什么编译的程序需要运行时环境？据我所知，这就像Java字节码解释器。

GHCi使用几乎与Java字节码解释器完全相同的东西。 编译 GHC程序没有;编译后的程序是原始机器代码。

相反，Haskell RTS更像是一种迷你操作系统。它做内存管理，它做线程调度，它做异常处理的某些方面，它做事务处理。每个Haskell程序都在这个迷你操作系统下运行。

（有点像C程序编译，它是原始机器代码，但如果没有像Windows这样的操作系统，你仍然无法运行它Linux或其他东西。）

例如，每次Haskell程序内存不足时，Haskell程序就会停止运行，垃圾收集器会开始运行。垃圾收集器试图释放一些内存，一旦它有了，Haskell程序就会重新开始运行。

每个编译好的Haskell程序都有一个这个垃圾收集器程序的副本，它只是Haskell RTS的一部分。类似地，多个Haskell线程可以在一个OS线程内运行，因此RTS内部有一个线程调度程序。我可以继续......

3：FFI是如何处理的？我认为这些东西都是一起编译的。

全部编译[或者更确切地说，链接]在一起。如果编写C程序，一个C函数可以调用另一个C函数。当Haskell调用C函数时，它就像调用C函数的任何其他函数一样。根据函数调用的作用，Haskell方面会发生一些事情，这可能会增加一些开销。