Haskell FFI/C 的性能考虑？

Question

如果使用 Haskell 作为从我的 C 程序调用的库，那么调用它会对性能产生什么影响？例如，如果我有一个包含 20kB 数据的问题世界数据集，并且我想运行类似的操作：

// Go through my 1000 actors and have them make a decision based on
// HaskellCode() function, which is compiled Haskell I'm accessing through
// the FFI.  As an argument, send in the SAME 20kB of data to EACH of these
// function calls, and some actor specific data
// The 20kB constant data defines the environment and the actor specific
// data could be their personality or state
for(i = 0; i < 1000; i++)
   actor[i].decision = HaskellCode(20kB of data here, actor[i].personality);

这里会发生什么 - 我是否可以将这 20kB 数据作为全局不可变引用保留在某处由 Haskell 代码访问，或者我必须每次都创建该数据的副本？

令人担忧的是，这些数据可能会更大，更大——我还希望编写能够作用于更大数据集的算法，使用与 Haskell 代码的多次调用所使用的相同的不可变数据模式。

另外，我想并行化它，就像dispatch_apply() GCD 或Parallel.ForEach(..) C# 一样。我在 Haskell 之外进行并行化的理由是，我知道我将始终对许多单独的函数调用（即 1000 个参与者）进行操作，因此在 Haskell 函数内部使用细粒度并行化并不比在 C 级别管理它更好。运行 FFI Haskell 实例是否“线程安全”？如何实现这一点 - 每次启动并行运行时是否需要初始化 Haskell 实例？ （如果我必须的话，看起来很慢..）我如何以良好的性能实现这一点？

Answer 1

调用它对性能有何影响

假设您仅启动 Haskell 运行时一次（像这样），在我的机器上，从 C 到 Haskell 进行函数调用，跨边界来回传递 Int，大约需要 80,000 个周期（在我的机器上31,000 ns）核心 2)——通过rdstc寄存器通过实验确定

我是否可以将那 20kB 数据作为全局不可变引用保留在 Haskell 代码访问的某个地方

是的，这当然是可能的。如果数据确实是不可变的，那么您会得到相同的结果，无论您

• ：
• 来回传递对数据的引用；
• 或者将其缓存在 Haskell 端的 IORef 中。

哪种策略最好？这取决于数据类型。最惯用的方法是来回传递对 C 数据的引用，在 Haskell 端将其视为 ByteString 或 Vector。

我想并行化它

我强烈建议反转控制，并从 Haskell 运行时进行并行化——它会更加健壮，因为该路径已经过严格测试。

关于线程安全性，对在同一运行时运行的外部导出函数进行并行调用显然是安全的——尽管相当肯定没有人尝试过这样做以获得并行性。调用获取一个功能，本质上是一个锁，因此多个调用可能会阻塞，从而减少并行的机会。在多核情况下（例如-N4 左右），您的结果可能会有所不同（可以使用多种功能），但是，这几乎肯定是提高性能的糟糕方法。

同样，通过 forkIO 从 Haskell 进行许多并行函数调用是一个更好的文档记录、更好的测试路径，比在 C 端完成工作的开销更少，并且最终可能更少的代码。

只需调用 Haskell 函数，该函数就会通过许多 Haskell 线程实现并行性。简单的！

Answer 2

我在我的一个应用程序中混合使用了 C 和 Haskell 线程，并且没有注意到两者之间的切换对性能造成很大影响。所以我制定了一个简单的基准......这比 Don 的更快/更便宜。这是在 2.66GHz i7 上测量的 1000 万次迭代：

$ ./foo
IO  : 2381952795 nanoseconds total, 238.195279 nanoseconds per, 160000000 value
Pure: 2188546976 nanoseconds total, 218.854698 nanoseconds per, 160000000 value

上使用 GHC 7.0.3/x86_64 和 gcc-4.2.1 编译

ghc -no-hs-main -lstdc++ -O2 -optc-O2 -o foo ForeignExportCost.hs Driver.cpp

在 OSX 10.6 Haskell

{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}

module ForeignExportCost where

import Foreign.C.Types

foreign export ccall simpleFunction :: CInt -> CInt
simpleFunction i = i * i

foreign export ccall simpleFunctionIO :: CInt -> IO CInt
simpleFunctionIO i = return (i * i)

：并且驱动它的 OSX C++ 应用程序应该很容易调整到 Windows 或 Linux：

#include <stdio.h>
#include <mach/mach_time.h>
#include <mach/kern_return.h>
#include <HsFFI.h>
#include "ForeignExportCost_stub.h"

static const int s_loop = 10000000;

int main(int argc, char** argv) {
    hs_init(&argc, &argv);

    struct mach_timebase_info timebase_info = { };
    kern_return_t err;
    err = mach_timebase_info(&timebase_info);
    if (err != KERN_SUCCESS) {
        fprintf(stderr, "error: %x\n", err);
        return err;
    }

    // timing a function in IO
    uint64_t start = mach_absolute_time();
    HsInt32 val = 0;
    for (int i = 0; i < s_loop; ++i) {
        val += simpleFunctionIO(4);
    }

    // in nanoseconds per http://developer.apple.com/library/mac/#qa/qa1398/_index.html
    uint64_t duration = (mach_absolute_time() - start) * timebase_info.numer / timebase_info.denom;
    double duration_per = static_cast<double>(duration) / s_loop;
    printf("IO  : %lld nanoseconds total, %f nanoseconds per, %d value\n", duration, duration_per, val);

    // run the loop again with a pure function
    start = mach_absolute_time();
    val = 0;
    for (int i = 0; i < s_loop; ++i) {
        val += simpleFunction(4);
    }

    duration = (mach_absolute_time() - start) * timebase_info.numer / timebase_info.denom;
    duration_per = static_cast<double>(duration) / s_loop;
    printf("Pure: %lld nanoseconds total, %f nanoseconds per, %d value\n", duration, duration_per, val);

    hs_exit();
}

Answer 3

如果您传递指针，Haskell 可以查看那 20k blob。

Answer 4

免责声明：我没有 FFI 方面的经验。

但在我看来，如果你想重用这 20 Kb 数据，这样你就不会每次都传递它，那么你可以简单地使用一个方法来获取“个性”列表，并返回“决策”列表。

因此，如果您有一个函数

f :: LotsaData -> Personality -> Decision
f data p = ...

那么为什么不创建一个辅助函数

helper :: LotsaData -> [Personality] -> [Decision]
helper data ps = map (f data) ps

并调用它呢？但是，使用这种方式，如果您想要并行化，则需要使用并行列表和并行映射在 Haskell 端进行。

我听从专家的解释，是否/如何可以轻松地将 C 数组编组到 Haskell 列表（或类似的结构）中。