如何在使用GHC编译Haskell时禁用"loop"异常？

Question

如果我的程序出现无限循环，我希望它实际上被卡住：无限执行、耗尽内存或因堆栈溢出而崩溃。

我不想立即退出并显示<>错误消息。如何禁用运行时的无限循环检测？

- Jesbus

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我猜可以捕获异常并进行一些不被检测到的循环，例如 let f () = f () in f () 这个方法就不会被黑洞机制检测到。我不知道是否有选项可以完全禁用黑洞机制。通常，它是一个有用的功能。 - chi

请注意，您只能在IO内部捕获它，例如在程序的“main”或GHCi提示符中。您能详细说明为什么要禁用黑洞吗？ - chi

@leftaroundabout 我不是很确定。例如在安全相关的应用中，当您应该循环时过早终止可能会导致信息泄露。 - Daniel Wagner

我非常想知道为什么有人会想要这个...你能提供一个使用案例吗？我唯一能想到的是人们倾向于在C程序末尾添加for (;;);，以便在Windows上运行时终端保持足够长的时间让他们读取输出。如果您正在做这件事，那么在 Haskell 和 C 中有更好的方法。 - DarthFennec

如果使用-threaded编译并使用+RTS -N2 -RTS运行，会发生什么？线程化运行时通常以不同的方式处理黑洞（作为灰洞），因为其他线程可能正在评估该thunk。 - dfeuer

Answer 1

这是一个可行但不太好的方法。当检测到黑洞循环并创建了一个非终止异常时，您可以为该异常创建一个虚假的信息表并使其循环。

假设您有一个Haskell程序：

-- Loop.hs
foo :: Int
foo = foo
main = print $ foo

如果您使用以下方式编译：

$ ghc -O2 Loop.hs

如果你运行它，它会生成一个Loop: <<loop>>错误。

但是，如果你创建一个汇编文件：

# halt_and_catch_fire.s
# version for Linux x86_64 only
.globl base_ControlziExceptionziBase_nonTermination_closure
.section .data
.align 8
base_ControlziExceptionziBase_nonTermination_closure:
    .quad loop
.section .text
.align 8
    .quad 0
    .quad 14            # FUN_STATIC
loop:   jmp loop

然后使用适当的链接器标志将其与您的Haskell程序编译在一起（以忽略重复定义）：

$ ghc -O2 Loop.hs halt_and_catch_fire.s -optl -zmuldefs

如果运行它，它会锁定。

请注意，上述汇编适用于x86_64 Linux。在任何其他体系结构（包括32位Linux）上，都需要进行修改，因为闭包布局非常依赖于体系结构。

- K. A. Buhr

Answer 2

这不是一个完整的答案，但无法放在评论中。在这种情况下，应该询问无限循环检测是什么以及它如何工作。我将通过将Haskell转换为类似Haskell的语言，并使用严格（非惰性）评估（例如使用Haskell语法的JavaScript）来解释它。

let f () = f () in f ()

转换为严格模式：

let f () = make_thunk (\() -> eval_thunk f ()) in eval_thunk (make_thunk (\() -> f ()))

现在让我们进行一次优化：

let f () = eval_thunk f_unit
    f_unit = make_thunk (\() -> f ())
in
eval_thunk f_unit

现在，让我们写一个假定义来解释“thunks”：

data ThunkInner a = Done a | Fresh (() -> a) | Working
data Thunk a = Thunk { mutable inner :: ThunkInner a }
make_thunk f = Thunk (Fresh f)
eval_thunk t = case t.inner of
  | Done a -> a
  | Fresh f -> (t.inner <- Working; let result = f () in t.inner <- Done result; result)
  | Working -> error "<<loop>>"

因此，当我们尝试计算某些值时，会出现无限循环。您可以手动跟踪上面的程序，以了解如何出现此错误。

但是，如果没有进行优化怎么办？那么（假设您不将其优化为严格模式），您将得到堆栈溢出，并将其报告为<>错误。如果它被优化为真正的严格模式，那么也许您将得到堆栈溢出错误，或者可能会出现无限循环。

有人可能会问如何避免这种错误，答案可能是：

1. 不要编写无限循环
2. 可能编译时不要进行优化

但您可能会说有时候无限循环是有用的，例如事件循环或长时间运行的服务器。回答是在Haskell中，无限循环并不实用，因为要想变得实用，需要使用IO。考虑一个函数be_useful :: IO ()，现在我们可以写成：

f = be_useful >>= \() -> f

现在执行f有两个步骤：

1. 评估thunk
2. 执行该值中的IO操作
3. 执行下一个IO操作（重新计算thunk）以此类推。

这不需要<<loop>>。

- Dan Robertson

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感谢您的评论！ - Jesbus