forkIO 线程和 OS 线程

Question

如果我使用 forkIO 创建一个线程，我需要提供一个函数来运行并取回一个标识符 (threadID)。然后我可以通过例如与这种动物交流。工作负载，MVAR 等。但是，据我了解，创建的线程非常有限，只能以 SIMD 方式工作，其中为线程创建提供的功能是指令。我无法更改启动线程时提供的功能。我知道这些用户线程最终是由操作系统映射到操作系统线程的。

我想知道 Haskell 线程和 OS 线程是如何交互的。为什么做完全不同的事情的 Haskell 线程可以映射到同一个 OS 线程？为什么不需要使用固定指令启动 OS 线程（因为它在 forkIO 中是必需的）？调度程序（？）如何识别可能分布的应用程序中的用户线程？换句话说，为什么操作系统线程如此灵活？

最后，有没有办法从应用程序中转储选定线程的堆？

Answer 1

首先，让我们解决一个误解：

我了解这些用户线程最终是由操作系统映射到操作系统线程的。

实际上，Haskell 运行时负责从其池中选择特定 OS 线程正在执行的 Haskell 线程。

现在是问题，一次一个。

为什么做完全不同的事情的 Haskell 线程可以映射到同一个 OS 线程？

暂时忽略 FFI，所有 OS 线程实际上都在运行 Haskell 运行时，它跟踪准备好的 Haskell 线程列表。运行时选择一个 Haskell 线程来执行，然后跳转到代码中，一直执行直到线程将控制权交还给运行时。此时，运行时有机会继续执行相同的线程或选择不同的线程。

简而言之：许多 Haskell 线程可以映射到单个 OS 线程，因为实际上 OS 线程只做一件事，即运行 Haskell 运行时。

为什么不需要使用固定指令来启动 OS 线程（因为它在 forkIO 中是需要的）？

我不明白这个问题（我认为它源于第二个误解）。使用固定指令启动 OS 线程与使用固定指令启动 Haskell 线程的意义完全相同：对于每件事，您只需提供一段代码来执行，这就是它的作用。

调度程序（？）如何识别应用程序中可能分布的用户线程？

“分布式”是一个危险的词：通常，它指的是在多台机器上传播代码（大概不是您在这里的意思）。至于 Haskell 运行时如何判断何时有多个线程，嗯，这很简单：你在调用 forkIO 时告诉它。

换句话说，为什么操作系统线程如此灵活？

我不清楚 OS 线程是否比 Haskell 线程更灵活，所以这个问题有点奇怪。

最后，有没有办法从应用程序中转储选定线程的堆？

我实际上根本不知道在多线程应用程序或其他应用程序中转储 Haskell 堆的任何工具。如果您愿意，可以使用vacuum 之类的包转储可从特定对象访问的堆部分的表示。我过去曾使用vacuum-cairo 来可视化这些转储，并取得了巨大的成功。

如需更多信息，您可能会喜欢我的intro to multithreaded gtk2hs programming 的中间两个部分，“Conventions”和“Foreign Imports”，也许还可以享受“The Non-Threaded Runtime”部分的部分内容。

Answer 2

我不会尝试直接回答您的问题，而是尝试为如何实现多线程 Haskell 程序提供一个概念模型。我将忽略许多细节和复杂性。

操作系统使用hardware interrupts 实现preemptive multithreading，以允许多个计算“线程”同时在同一个内核上逻辑运行。

操作系统提供的线程往往很重。它们非常适合某些类型的“多线程”应用程序，并且在 Linux 等系统上，它们基本上是允许多个程序同时运行的相同工具（它们擅长的任务）。

但是，对于 Haskell 等高级语言的许多用途，这些线程有点重。本质上，GHC 运行时就像迷你操作系统一样工作，在操作系统线程之上实现自己的“线程”，就像操作系统在内核之上实现线程一样。

从概念上很容易想象像 Haskell 这样的语言会以这种方式实现。评估 Haskell 包括“强制 thunk”，其中 thunk 是一个计算单元，它可能 1. 依赖于另一个值（thunk）和/或 2. 创建新的 thunk。

因此，可以想象多个线程同时评估 thunk。一个人会构建一个待评估的 thunk 队列。每个线程将弹出队列的顶部，并评估该 thunk 直到它完成，然后从队列中选择一个新的 thunk。 par 及其同类操作可以通过向该队列添加一个 thunk 来“激发”新的计算。

将此模型扩展到 IO 操作也不是特别难以想象。不是每个简单地强制纯 thunk，我们想象 Haskell 计算的单元会更复杂一些。此类运行时的伪 Haskell：

type Spark = (ThreadId,Action)
data Action = Compute Thunk | Perform IOAction

注意：这只是为了概念理解，不要认为事情是这样实现的

当我们运行 Spark 时，我们会寻找“抛出”到该线程 ID 的异常。假设我们没有，执行包括强制 thunk 或执行 IO 操作。

很明显，我在这里的解释非常随意，忽略了一些复杂性。此外，GHC 团队还撰写了 Marlow 等人的“Runtime Support for Multicore Haskell”等优秀文章。您可能还想查看有关操作系统的教科书，因为它们经常深入探讨如何构建调度程序。