Haskell 程序是如何在内部编译和执行的？答案

【问题标题】：How are Haskell programs compiled and executed internally?Haskell 程序是如何在内部编译和执行的？
【发布时间】：2012-09-07 01:18:19
【问题描述】：

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。

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（C/C--）。这是为什么？性能原因？（我知道this site 和它的朋友们，但不太了解他们。）
谈到运行时环境：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没有别的吗？据我了解，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在此基础上进行实际计算。那么：GHC 运行时到底做了什么，为什么首先需要它？
关于 FFI：如何处理 C 调用？最初，我认为使用 FFI 会生成一个可执行文件，其中 Haskell 和 C 编译在一起。但是，我多次读到 GHC 程序会从程序中调用 C 函数。这对于理解 FFI 在并行编程方面的问题尤其重要。那么：FFI 函数与普通 Haskell 函数有何不同？

【问题讨论】：

说到C，就算是用a runtime environment，也往往不是C本身写的。
“那么：GHC 运行时到底做了什么，为什么首先需要它？”例如内存管理和线程调度。
@C.A.McCann：您的链接显示runtime library，与runtime environment 不同。 C/C++ runtime library 与 Java 等使用的典型运行时环境完全不同。
@David 因为在 haskell 中并没有真正用于处理内存管理的工具，它允许您在上面的抽象层上使用类型值进行编程，而不是低得多的级别。
@C.A.McCann：Java 是对“运行时环境”的常用和习惯用法的引用。我认为我写的内容很清楚。

【解决方案1】：

要在现有硬件上编译和执行编程语言，您需要做很多事情：

C、Java 和 GHC Haskell 就是此类系统的示例。对于 GHC，entire architecture is described here。这些作品也被单独详细地描述。

【讨论】：

【解决方案2】：

我可以提供一些关于什么是运行时的精确度。

虚拟机是“一种”运行时，但不是唯一的。运行时系统只是您的程序可以假定在执行期间存在的环境（和一组服务）。即使是 C 和 C++ 等非常低级的语言也有运行时系统（想想 malloc ......某人/某物正在为您分配，甚至除以零检查）。

一般而言，高级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）；这些范围从内存管理（例如垃圾收集）到反射/自省基础设施（想想 ruby 等）再到数组边界检查，但几乎所有语言都有某种运行时系统（如果只有操作系统的话）。

【讨论】：

【解决方案3】：

1：为什么 RTS 不是用 Haskell 编写的？

因为它做了一些在 Haskell 中无法表达的低级工作。就像 Linux 内核是一个运行 C 程序的系统一样，但 Linux 内核的某些部分是用汇编而不是 C 编写的。

2：为什么编译好的程序需要运行时环境？据我了解，这类似于 Java 字节码解释器。

GHCi 使用的东西几乎与 Java 字节码解释器一模一样。 编译的 GHC 程序没有；编译后的程序是原始机器码。

Haskell RTS 更像是一种迷你操作系统。它进行内存管理、线程调度、异常处理的某些方面以及事务处理。每个 Haskell 程序都在这个迷你操作系统下运行。

（这有点像即使一个 C 程序被编译，它是原始机器代码，但你仍然无法运行它没有像 Windows 或Linux 什么的。）

例如，每当 Haskell 程序内存不足时，Haskell 程序就会停止运行，而垃圾收集器就会开始运行。垃圾收集器尝试释放一些内存，一旦释放，Haskell 程序就会再次开始运行。

每个编译的 Haskell 程序都有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 线程中运行，因此 RTS 内部有一个线程调度程序。我可以继续...

3：如何处理 FFI？我以为这些东西都是编译在一起的。

它全部编译[或者更确切地说，链接]在一起。如果你编写一个 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，它与调用该 C 函数的任何其他函数非常相似。根据函数调用的作用，Haskell 端会发生一些事情，这可能会增加一些开销。

【讨论】：