استكشف التطورات والآثار المترتبة على معاينة WASI 2 لـ WebAssembly. تعرّف على كيفية إحداث واجهة النظام المحسّنة هذه ثورة في تطوير التطبيقات متعددة المنصات وقابلية نقلها.
معاينة WASI 2 لـ WebAssembly: نظرة عميقة على واجهة النظام المحسّنة
برزت WebAssembly (Wasm) كتقنية محورية لتطوير البرمجيات الحديثة، واعدةً بأداء يقارب الأداء الأصلي في بيئة معزولة (sandboxed). كان تركيزها الأولي على متصفحات الويب، لكن الحاجة إلى بيئة تشغيل محمولة وآمنة خارج المتصفح أدت إلى إنشاء واجهة نظام WebAssembly (WASI). يهدف WASI إلى توفير واجهة موحدة لوحدات Wasm للتفاعل مع نظام التشغيل الأساسي، مما يتيح لها العمل عبر منصات مختلفة. تمثل معاينة WASI 2 خطوة مهمة إلى الأمام في تحقيق هذا الهدف. يستكشف هذا الدليل الشامل التحسينات والآثار المترتبة على معاينة WASI 2 للمطورين والمشهد التكنولوجي الأوسع.
ما هو WASI؟
واجهة نظام WebAssembly (WASI) هي واجهة نظام نمطية لـ WebAssembly. وهي مصممة لتوفير طريقة آمنة ومحمولة لوحدات WebAssembly للوصول إلى موارد نظام التشغيل، مثل الملفات ومقابس الشبكة والساعات. على عكس استدعاءات النظام التقليدية، يركز WASI على الأمان القائم على القدرات، مما يعني أن وحدة Wasm لا يمكنها الوصول إلا إلى الموارد التي تم منحها الإذن الصريح لاستخدامها.
يحسن هذا النهج الأمان بشكل كبير مقارنة بالتطبيقات الأصلية التقليدية. لا يمكن لتطبيق WASI الوصول ببساطة إلى أي مورد على النظام؛ يجب أن يُمنح صراحةً القدرة على القيام بذلك. هذا يقلل من سطح الهجوم ويسهل التفكير في الآثار الأمنية لتشغيل كود Wasm.
لماذا يعتبر WASI مهماً؟
يعالج WASI حاجة ماسة لقابلية النقل في تطوير البرمجيات الحديثة. تقليديًا، يتم تجميع التطبيقات لأنظمة تشغيل وبنى معمارية محددة. وهذا يخلق تجزئة ويحد من القدرة على نقل التطبيقات بسهولة بين بيئات مختلفة. يقدم WASI حلاً من خلال توفير واجهة موحدة تجرد نظام التشغيل الأساسي. تشمل الفوائد الرئيسية ما يلي:
- قابلية النقل: يسمح WASI لوحدات Wasm بالعمل على أي منصة تدعم WASI، بغض النظر عن نظام التشغيل أو البنية المعمارية الأساسية.
- الأمان: يحد نموذج الأمان القائم على القدرات في WASI من وصول وحدات Wasm إلى موارد النظام، مما يقلل من مخاطر الثغرات الأمنية.
- الأداء: يوفر Wasm أداءً يقارب الأداء الأصلي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا.
- النمطية: تم تصميم WASI ليكون نمطيًا، مما يسمح للمطورين باختيار المجموعة المحددة من واجهات النظام التي يحتاجها تطبيقهم.
هذه الفوائد تجعل WASI تقنية جذابة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الحوسبة بدون خادم، والحوسبة الطرفية، والأنظمة المدمجة، وتطبيقات سطح المكتب.
تقديم معاينة WASI 2
تُعد معاينة WASI 2 ترقية كبيرة لمواصفات WASI الأولية (معاينة 1). وهي تقدم العديد من التحسينات الرئيسية، بما في ذلك نموذج إدخال/إخراج مُجدَّد يعتمد على العمليات غير المتزامنة، ودعم محسّن للشبكات، وميزات أمان محسّنة. تعالج هذه التحسينات القيود الموجودة في معاينة 1 وتمهد الطريق لتطبيقات WASI أكثر تعقيدًا وقوة.
أحد أبرز التغييرات في معاينة 2 هو التحول إلى نموذج إدخال/إخراج غير متزامن. في معاينة 1، كانت عمليات الإدخال/الإخراج متزامنة، مما قد يؤدي إلى حظر ومشكلات في الأداء. تقدم معاينة 2 عمليات إدخال/إخراج غير متزامنة، مما يسمح لوحدات Wasm بتنفيذ عمليات الإدخال/الإخراج دون حظر الخيط الرئيسي. هذا يحسن بشكل كبير من استجابة وقابلية توسيع تطبيقات WASI.
الميزات والتحسينات الرئيسية في معاينة WASI 2
الإدخال/الإخراج غير المتزامن (Async I/O)
يعد الإدخال/الإخراج غير المتزامن تحسينًا حاسمًا في معاينة WASI 2. على عكس الإدخال/الإخراج المتزامن، الذي يحظر تنفيذ البرنامج حتى تكتمل عملية الإدخال/الإخراج، يسمح الإدخال/الإخراج غير المتزامن للبرنامج بمواصلة التنفيذ أثناء تقدم عملية الإدخال/الإخراج. عند اكتمال عملية الإدخال/الإخراج، يتم إخطار البرنامج ويمكنه معالجة النتائج.
يقدم هذا النهج العديد من المزايا:
- أداء محسن: يمنع الإدخال/الإخراج غير المتزامن الحظر، مما يؤدي إلى استجابة وإنتاجية أفضل.
- قابلية التوسع: يمكّن الإدخال/الإخراج غير المتزامن التطبيقات من التعامل مع عدد أكبر من عمليات الإدخال/الإخراج المتزامنة.
- استخدام الموارد: يقلل الإدخال/الإخراج غير المتزامن من الحاجة إلى خيوط متعددة، مما يحسن من استخدام الموارد.
مثال: تخيل تطبيق خادم يحتاج إلى التعامل مع طلبات واردة متعددة. مع الإدخال/الإخراج المتزامن، سيحظر كل طلب الخادم أثناء انتظاره لقراءة البيانات من الشبكة. مع الإدخال/الإخراج غير المتزامن، يمكن للخادم بدء عملية القراءة ومواصلة معالجة الطلبات الأخرى أثناء نقل البيانات. عند وصول البيانات، يتم إخطار الخادم ويمكنه معالجة الطلب.
دعم محسّن للشبكات
تقدم معاينة WASI 2 دعمًا محسنًا للشبكات، مما يسهل بناء تطبيقات قائمة على الشبكة باستخدام WASI. توفر واجهة برمجة تطبيقات الشبكات (Networking API) دعمًا لمقابس TCP و UDP، بالإضافة إلى تحليل DNS.
تشمل التحسينات الرئيسية:
- عمليات شبكات غير متزامنة: أصبحت عمليات الشبكات الآن غير متزامنة، مما يسمح بالاتصال الشبكي غير المحظور.
- معالجة أخطاء محسّنة: توفر واجهة برمجة تطبيقات الشبكات معلومات أكثر تفصيلاً عن الأخطاء، مما يسهل تشخيص وحل مشكلات الشبكة.
- تحسينات أمنية: تتضمن واجهة برمجة تطبيقات الشبكات ميزات أمان مثل تصفية العناوين والتحكم في الوصول.
مثال: لنأخذ نظام قاعدة بيانات موزعة مبني باستخدام WASI. يمكن لكل عقدة في قاعدة البيانات استخدام واجهة برمجة تطبيقات الشبكات للتواصل مع العقد الأخرى في المجموعة. تسمح عمليات الشبكات غير المتزامنة للعقد بالتعامل مع عدد كبير من الاتصالات المتزامنة دون حظر.
WASI-NN: استدلال الشبكات العصبية
WASI-NN هو امتداد لـ WASI يمكّن وحدات WebAssembly من إجراء استدلال الشبكات العصبية. يوفر واجهة موحدة لتحميل وتنفيذ نماذج الشبكات العصبية المدربة مسبقًا. وهذا يسمح للمطورين ببناء تطبيقات مدعومة بالذكاء الاصطناعي يمكن تشغيلها على أي منصة تدعم WASI.
تشمل الفوائد الرئيسية لـ WASI-NN ما يلي:
- قابلية النقل: يسمح WASI-NN بتنفيذ نماذج الشبكات العصبية على أي منصة متوافقة مع WASI.
- الأمان: يحمي نموذج الأمان في WASI النظام الأساسي من نماذج الشبكات العصبية الخبيثة.
- الأداء: يستفيد WASI-NN من تسريع الأجهزة لتوفير أداء يقارب الأداء الأصلي لاستدلال الشبكات العصبية.
مثال: يمكن نشر تطبيق للتعرف على الصور مبني باستخدام WASI-NN على مجموعة متنوعة من الأجهزة، من الهواتف الذكية إلى الأنظمة المدمجة، دون الحاجة إلى أي تعديلات على الكود. يمكن للتطبيق تحميل نموذج مدرب مسبقًا للتعرف على الصور واستخدامه لتحديد الكائنات في الصور الملتقطة بكاميرا الجهاز.
ميزات أمان محسّنة
الأمان هو شاغل رئيسي في تصميم WASI. تبني معاينة 2 على نموذج الأمان القائم على القدرات في معاينة 1، مضيفة ميزات جديدة لتعزيز الأمان بشكل أكبر. تشمل هذه الميزات:
- أذونات دقيقة: تسمح معاينة WASI 2 بتحكم أكثر دقة في الأذونات الممنوحة لوحدات Wasm.
- حدود الموارد: يسمح WASI بتعيين حدود للموارد على وحدات Wasm، مما يمنعها من استهلاك موارد مفرطة.
- العزل (Sandboxing): يوفر WASI بيئة عزل آمنة لوحدات Wasm، مما يفصلها عن النظام الأساسي.
مثال: يمكن لمزود الحوسبة السحابية استخدام WASI لتنفيذ كود يقدمه المستخدم بأمان في بيئة معزولة. يمكن للمزود تعيين حدود للموارد على الكود لمنعه من استهلاك موارد مفرطة والتداخل مع المستأجرين الآخرين.
التكامل مع نموذج المكونات (Component Model)
تم تصميم معاينة WASI 2 للتكامل بسلاسة مع نموذج مكونات WebAssembly. نموذج المكونات هو نظام نمطي لبناء وتكوين وحدات WebAssembly. يسمح للمطورين بإنشاء مكونات قابلة لإعادة الاستخدام يمكن تجميعها بسهولة في تطبيقات أكبر.
يقدم هذا التكامل العديد من المزايا:
- النمطية: يعزز نموذج المكونات النمطية، مما يسهل بناء وصيانة التطبيقات المعقدة.
- قابلية إعادة الاستخدام: يمكن إعادة استخدام المكونات عبر تطبيقات متعددة، مما يقلل من وقت وجهد التطوير.
- التوافقية: يمكن كتابة المكونات بلغات مختلفة وتجميعها إلى WebAssembly، مما يسمح بالتوافقية بين لغات البرمجة المختلفة.
مثال: يمكن لشركة برمجيات بناء مكتبة من المكونات القابلة لإعادة الاستخدام التي يمكن استخدامها لبناء مجموعة متنوعة من التطبيقات. يمكن كتابة هذه المكونات بلغات مختلفة وتجميعها إلى WebAssembly، مما يسمح للمطورين باختيار أفضل لغة لكل مكون.
حالات استخدام لمعاينة WASI 2
تفتح معاينة WASI 2 مجموعة واسعة من الإمكانيات للتطبيقات. فيما يلي بعض حالات الاستخدام الرئيسية:
الحوسبة بدون خوادم (Serverless)
يعد WASI منصة مثالية للحوسبة بدون خادم. ميزات الأمان وقابلية النقل تجعلها مناسبة تمامًا لتنفيذ كود يقدمه المستخدم في بيئة معزولة. يمكن لمنصات الحوسبة بدون خادم استخدام WASI لتنفيذ دوال مكتوبة بلغات مختلفة، مما يوفر بيئة تشغيل متعددة اللغات.
مثال: يمكن لمزود سحابي استخدام WASI لبناء منصة بدون خادم تسمح للمطورين بنشر دوال مكتوبة بلغات JavaScript و Python و Rust. يتم تنفيذ الدوال في بيئة معزولة آمنة، ويكون المزود مسؤولاً عن إدارة البنية التحتية الأساسية.
الحوسبة الطرفية (Edge Computing)
يعد WASI مناسبًا أيضًا للحوسبة الطرفية. حجمه الصغير وحمل التشغيل المنخفض يجعله مثاليًا لتشغيل التطبيقات على الأجهزة ذات الموارد المحدودة على حافة الشبكة. يمكن استخدام WASI لبناء تطبيقات طرفية تقوم بمعالجة البيانات والتحليلات والتعلم الآلي.
مثال: يمكن لشركة تصنيع استخدام WASI لبناء تطبيق طرفي يراقب أداء معداتها. يمكن للتطبيق جمع البيانات من المستشعرات على المعدات واستخدام التعلم الآلي لاكتشاف الحالات الشاذة. يعمل التطبيق على جهاز كمبيوتر صغير يقع بالقرب من المعدات، مما يقلل من زمن انتقال معالجة البيانات.
الأنظمة المدمجة
يمكن استخدام WASI لبناء تطبيقات للأنظمة المدمجة. تسمح قابليته للنقل للمطورين بكتابة الكود مرة واحدة ونشره على مجموعة متنوعة من الأجهزة المدمجة. تحمي ميزات الأمان في WASI النظام المدمج من الكود الخبيث.
مثال: يمكن لشركة روبوتات استخدام WASI لبناء تطبيقات لروبوتاتها. يمكن للتطبيقات التحكم في حركات الروبوت، ومعالجة بيانات المستشعرات، والتفاعل مع البيئة. تعمل التطبيقات على الكمبيوتر المدمج في الروبوت، ويوفر WASI بيئة تشغيل آمنة ومحمولة.
تطبيقات سطح المكتب
يمكن أيضًا استخدام WASI لبناء تطبيقات سطح المكتب. تسمح قابليته للنقل للمطورين بكتابة الكود مرة واحدة ونشره على أنظمة تشغيل مختلفة. تحمي ميزات الأمان في WASI كمبيوتر المستخدم من الكود الخبيث.
مثال: يمكن لشركة برمجيات استخدام WASI لبناء تطبيق سطح مكتب متعدد المنصات. يمكن كتابة التطبيق بلغة واحدة وتجميعه إلى WebAssembly، ويمكن نشره على أنظمة Windows و macOS و Linux دون الحاجة إلى أي تعديلات. تستخدم شركات مثل Figma بالفعل WebAssembly لبناء تطبيقات سطح مكتب عالية الأداء.
الترحيل من معاينة WASI 1 إلى معاينة 2
يتطلب الترحيل من معاينة WASI 1 إلى معاينة 2 بعض التغييرات في الكود، حيث تم تحديث واجهات برمجة التطبيقات بشكل كبير. تشمل أهم التغييرات ما يلي:
- الإدخال/الإخراج غير المتزامن: جميع عمليات الإدخال/الإخراج الآن غير متزامنة. ستحتاج إلى تحديث الكود الخاص بك لاستخدام واجهات برمجة التطبيقات الجديدة للإدخال/الإخراج غير المتزامن.
- واجهة برمجة تطبيقات الشبكات: تم إعادة تصميم واجهة برمجة تطبيقات الشبكات. ستحتاج إلى تحديث الكود الخاص بك لاستخدام واجهة برمجة تطبيقات الشبكات الجديدة.
- معالجة الأخطاء: تم تحديث آلية معالجة الأخطاء. ستحتاج إلى تحديث الكود الخاص بك للتعامل مع رموز الأخطاء الجديدة.
يوفر مجتمع WASI وثائق وأدوات لمساعدة المطورين على ترحيل أكوادهم من معاينة 1 إلى معاينة 2. يوصى بالرجوع إلى هذه الموارد قبل بدء عملية الترحيل.
أدوات ومصادر لتطوير WASI
تتوفر مجموعة متنوعة من الأدوات والموارد لمساعدة المطورين على بناء تطبيقات WASI. وتشمل هذه:
- WASI SDK: توفر WASI SDK سلسلة أدوات لتجميع كود C/C++ إلى WebAssembly مع دعم WASI.
- Wasmtime: Wasmtime هي بيئة تشغيل WebAssembly مستقلة تدعم WASI.
- Wasmer: Wasmer هي بيئة تشغيل أخرى لـ WebAssembly تدعم WASI.
- مجتمع WASI: يوفر مجتمع WASI وثائق ودروسًا تعليمية وأمثلة لمساعدة المطورين على البدء مع WASI.
مستقبل WASI
WASI هي تقنية سريعة التطور. من المتوقع أن تتضمن الإصدارات المستقبلية من WASI المزيد من الميزات والتحسينات، مثل:
- ميزات أمان متقدمة: ميزات أمان محسّنة للحماية من الهجمات المتطورة بشكل متزايد.
- أداء محسن: مزيد من التحسينات لتحسين أداء تطبيقات WASI.
- دعم لغات جديدة: دعم لمزيد من لغات البرمجة، مما يجعل WASI متاحًا لمجموعة أوسع من المطورين.
- نموذج مكونات موحد: تكامل كامل مع نموذج مكونات WebAssembly، مما يتيح إنشاء تطبيقات نمطية للغاية وقابلة لإعادة الاستخدام.
يستعد WASI ليصبح تقنية رئيسية لمستقبل تطوير البرمجيات، مما يتيح إنشاء تطبيقات آمنة ومحمولة وعالية الأداء يمكن تشغيلها على أي منصة.