پیشرفت‌ها و پیامدهای WebAssembly WASI Preview 2 را کاوش کنید. بیاموزید این رابط سیستمی پیشرفته چگونه توسعه چند پلتفرمی و قابلیت حمل برنامه‌ها را متحول می‌کند.
WebAssembly WASI Preview 2: نگاهی عمیق به رابط سیستمی پیشرفته
وب‌اسمبلی (Wasm) به عنوان یک فناوری محوری برای توسعه نرم‌افزار مدرن ظهور کرده است که وعده عملکردی نزدیک به بومی (native) را در یک محیط سندباکس (sandboxed) می‌دهد. تمرکز اولیه آن عمدتاً بر روی مرورگرهای وب بود، اما نیاز به یک زمان اجرای قابل حمل و امن در خارج از مرورگر منجر به ایجاد رابط سیستمی وب‌اسمبلی (WASI) شد. هدف WASI ارائه یک رابط استاندارد برای ماژول‌های Wasm جهت تعامل با سیستم‌عامل زیرین است تا بتوانند بر روی پلتفرم‌های مختلف اجرا شوند. WASI Preview 2 گام مهمی رو به جلو در دستیابی به این هدف است. این راهنمای جامع، بهبودها و پیامدهای WASI Preview 2 را برای توسعه‌دهندگان و چشم‌انداز گسترده‌تر فناوری بررسی می‌کند.
WASI چیست؟
رابط سیستمی وب‌اسمبلی (WASI) یک رابط سیستمی ماژولار برای وب‌اسمبلی است. این رابط طراحی شده تا راهی امن و قابل حمل برای ماژول‌های وب‌اسمبلی جهت دسترسی به منابع سیستم‌عامل مانند فایل‌ها، سوکت‌های شبکه و ساعت‌ها فراهم کند. برخلاف فراخوانی‌های سیستمی سنتی، WASI بر امنیت مبتنی بر توانایی (capabilities-based security) تمرکز دارد، به این معنی که یک ماژول Wasm تنها می‌تواند به منابعی دسترسی پیدا کند که به صراحت به آن اجازه داده شده است.
این رویکرد امنیت را در مقایسه با برنامه‌های بومی سنتی به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. یک برنامه WASI نمی‌تواند به سادگی به هر منبعی در سیستم دسترسی پیدا کند؛ باید به صراحت توانایی انجام این کار به آن اعطا شود. این امر سطح حمله را کاهش می‌دهد و استدلال در مورد پیامدهای امنیتی اجرای کد Wasm را آسان‌تر می‌کند.
چرا WASI اهمیت دارد؟
WASI به یک نیاز حیاتی برای قابلیت حمل در توسعه نرم‌افزار مدرن پاسخ می‌دهد. به طور سنتی، برنامه‌ها برای سیستم‌عامل‌ها و معماری‌های خاصی کامپایل می‌شوند. این امر باعث تکه‌تکه شدن و محدودیت در توانایی انتقال آسان برنامه‌ها بین محیط‌های مختلف می‌شود. WASI با ارائه یک رابط استاندارد که سیستم‌عامل زیرین را انتزاعی می‌کند، راه‌حلی ارائه می‌دهد. مزایای کلیدی آن عبارتند از:
- قابلیت حمل: WASI به ماژول‌های Wasm اجازه می‌دهد بر روی هر پلتفرمی که از WASI پشتیبانی می‌کند، بدون توجه به سیستم‌عامل یا معماری زیرین، اجرا شوند.
- امنیت: مدل امنیتی مبتنی بر توانایی WASI دسترسی ماژول‌های Wasm به منابع سیستم را محدود می‌کند و خطر آسیب‌پذیری‌های امنیتی را کاهش می‌دهد.
- عملکرد: Wasm عملکردی نزدیک به بومی ارائه می‌دهد که آن را برای برنامه‌های حساس به عملکرد مناسب می‌سازد.
- ماژولار بودن: WASI به صورت ماژولار طراحی شده است، که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد مجموعه خاصی از رابط‌های سیستمی مورد نیاز برنامه خود را انتخاب کنند.
این مزایا WASI را به یک فناوری جذاب برای طیف گسترده‌ای از کاربردها، از جمله رایانش بدون سرور، رایانش لبه، سیستم‌های نهفته و برنامه‌های دسکتاپ تبدیل کرده است.
معرفی WASI Preview 2
WASI Preview 2 یک ارتقاء قابل توجه نسبت به مشخصات اولیه WASI (Preview 1) است. این نسخه چندین بهبود کلیدی را معرفی می‌کند، از جمله یک مدل ورودی/خروجی (I/O) بازنگری شده بر اساس عملیات ناهمزمان، پشتیبانی پیشرفته از شبکه و ویژگی‌های امنیتی بهبود یافته. این پیشرفت‌ها محدودیت‌های موجود در Preview 1 را برطرف کرده و راه را برای برنامه‌های پیچیده‌تر و قوی‌تر WASI هموار می‌کنند.
یکی از قابل توجه‌ترین تغییرات در Preview 2، تغییر به یک مدل ورودی/خروجی ناهمزمان است. در Preview 1، عملیات ورودی/خروجی همزمان بودند که می‌توانست منجر به مسدود شدن و مشکلات عملکردی شود. Preview 2 عملیات ورودی/خروجی ناهمزمان را معرفی می‌کند که به ماژول‌های Wasm اجازه می‌دهد عملیات ورودی/خروجی را بدون مسدود کردن رشته اصلی انجام دهند. این امر به طور قابل توجهی پاسخگویی و مقیاس‌پذیری برنامه‌های WASI را بهبود می‌بخشد.
ویژگی‌ها و بهبودهای کلیدی در WASI Preview 2
ورودی/خروجی ناهمزمان (Async I/O)
ورودی/خروجی ناهمزمان یک بهبود حیاتی در WASI Preview 2 است. برخلاف ورودی/خروجی همزمان که اجرای برنامه را تا زمان تکمیل عملیات ورودی/خروجی مسدود می‌کند، ورودی/خروجی ناهمزمان به برنامه اجازه می‌دهد تا در حین انجام عملیات ورودی/خروجی به اجرای خود ادامه دهد. هنگامی که عملیات ورودی/خروجی تکمیل شد، به برنامه اطلاع داده می‌شود و می‌تواند نتایج را پردازش کند.
این رویکرد چندین مزیت دارد:
- عملکرد بهبود یافته: Async I/O از مسدود شدن جلوگیری می‌کند که منجر به پاسخگویی و توان عملیاتی بهتر می‌شود.
- مقیاس‌پذیری: Async I/O به برنامه‌ها امکان می‌دهد تعداد بیشتری از عملیات ورودی/خروجی همزمان را مدیریت کنند.
- استفاده از منابع: Async I/O نیاز به چندین رشته را کاهش می‌دهد و استفاده از منابع را بهبود می‌بخشد.
مثال: یک برنامه سرور را تصور کنید که باید چندین درخواست ورودی را مدیریت کند. با ورودی/خروجی همزمان، هر درخواست سرور را در حین انتظار برای خواندن داده از شبکه مسدود می‌کند. با ورودی/خروجی ناهمزمان، سرور می‌تواند عملیات خواندن را آغاز کرده و در حین انتقال داده‌ها به پردازش درخواست‌های دیگر ادامه دهد. هنگامی که داده‌ها می‌رسند، به سرور اطلاع داده می‌شود و می‌تواند درخواست را پردازش کند.
پشتیبانی پیشرفته از شبکه
WASI Preview 2 پشتیبانی بهبود یافته‌ای از شبکه را معرفی می‌کند که ساخت برنامه‌های مبتنی بر شبکه با WASI را آسان‌تر می‌کند. API شبکه از سوکت‌های TCP و UDP و همچنین تفکیک نام DNS پشتیبانی می‌کند.
بهبودهای کلیدی عبارتند از:
- عملیات شبکه ناهمزمان: عملیات شبکه اکنون ناهمزمان هستند و امکان ارتباط شبکه‌ای غیرمسدودکننده را فراهم می‌کنند.
- مدیریت خطای بهبود یافته: API شبکه اطلاعات خطای دقیق‌تری ارائه می‌دهد که تشخیص و حل مشکلات شبکه را آسان‌تر می‌کند.
- بهبودهای امنیتی: API شبکه ویژگی‌های امنیتی مانند فیلتر کردن آدرس و کنترل دسترسی را در خود جای داده است.
مثال: یک سیستم پایگاه داده توزیع شده ساخته شده با WASI را در نظر بگیرید. هر گره پایگاه داده می‌تواند از API شبکه برای ارتباط با گره‌های دیگر در خوشه استفاده کند. عملیات شبکه ناهمزمان به گره‌ها اجازه می‌دهد تا تعداد زیادی از اتصالات همزمان را بدون مسدود شدن مدیریت کنند.
WASI-NN: استنتاج شبکه عصبی
WASI-NN یک افزونه برای WASI است که به ماژول‌های وب‌اسمبلی امکان انجام استنتاج شبکه عصبی را می‌دهد. این افزونه یک رابط استاندارد برای بارگذاری و اجرای مدل‌های شبکه عصبی از پیش آموزش دیده فراهم می‌کند. این امر به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد برنامه‌های مبتنی بر هوش مصنوعی بسازند که می‌توانند بر روی هر پلتفرمی که از WASI پشتیبانی می‌کند اجرا شوند.
مزایای کلیدی WASI-NN عبارتند از:
- قابلیت حمل: WASI-NN اجازه می‌دهد مدل‌های شبکه عصبی بر روی هر پلتفرم سازگار با WASI اجرا شوند.
- امنیت: مدل امنیتی WASI از سیستم زیرین در برابر مدل‌های شبکه عصبی مخرب محافظت می‌کند.
- عملکرد: WASI-NN از شتاب سخت‌افزاری برای ارائه عملکرد نزدیک به بومی برای استنتاج شبکه عصبی استفاده می‌کند.
مثال: یک برنامه تشخیص تصویر ساخته شده با WASI-NN می‌تواند بر روی دستگاه‌های مختلفی، از گوشی‌های هوشمند گرفته تا سیستم‌های نهفته، بدون نیاز به هیچ تغییری در کد، مستقر شود. این برنامه می‌تواند یک مدل تشخیص تصویر از پیش آموزش دیده را بارگذاری کرده و از آن برای شناسایی اشیاء در تصاویر گرفته شده توسط دوربین دستگاه استفاده کند.
ویژگی‌های امنیتی بهبودیافته
امنیت یک نگرانی اصلی در طراحی WASI است. Preview 2 بر پایه مدل امنیتی مبتنی بر توانایی Preview 1 ساخته شده و ویژگی‌های جدیدی برای تقویت بیشتر امنیت اضافه می‌کند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
- مجوزهای دقیق: WASI Preview 2 امکان کنترل دقیق‌تری بر مجوزهای اعطا شده به ماژول‌های Wasm را فراهم می‌کند.
- محدودیت منابع: WASI اجازه می‌دهد تا محدودیت‌های منابع بر روی ماژول‌های Wasm تنظیم شود و از مصرف بیش از حد منابع توسط آنها جلوگیری شود.
- سندباکسینگ: WASI یک محیط سندباکس امن برای ماژول‌های Wasm فراهم می‌کند و آنها را از سیستم زیرین جدا می‌کند.
مثال: یک ارائه‌دهنده رایانش ابری می‌تواند از WASI برای اجرای امن کدهای ارائه شده توسط کاربر در یک محیط سندباکس استفاده کند. ارائه‌دهنده می‌تواند محدودیت‌های منابع را بر روی کد تنظیم کند تا از مصرف بیش از حد منابع و تداخل با سایر مستاجران جلوگیری کند.
یکپارچه‌سازی با مدل کامپوننت
WASI Preview 2 برای یکپارچه‌سازی بی‌نقص با مدل کامپوننت وب‌اسمبلی (WebAssembly Component Model) طراحی شده است. مدل کامپوننت یک سیستم ماژولار برای ساخت و ترکیب ماژول‌های وب‌اسمبلی است. این مدل به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد کامپوننت‌های قابل استفاده مجدد ایجاد کنند که به راحتی می‌توانند در برنامه‌های بزرگتر مونتاژ شوند.
این یکپارچه‌سازی چندین مزیت دارد:
- ماژولار بودن: مدل کامپوننت ماژولار بودن را ترویج می‌کند و ساخت و نگهداری برنامه‌های پیچیده را آسان‌تر می‌سازد.
- قابلیت استفاده مجدد: کامپوننت‌ها می‌توانند در چندین برنامه مورد استفاده مجدد قرار گیرند و زمان و تلاش توسعه را کاهش دهند.
- قابلیت همکاری: کامپوننت‌ها می‌توانند به زبان‌های مختلف نوشته شده و به وب‌اسمبلی کامپایل شوند که امکان همکاری بین زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف را فراهم می‌کند.
مثال: یک شرکت نرم‌افزاری می‌تواند کتابخانه‌ای از کامپوننت‌های قابل استفاده مجدد بسازد که برای ساخت انواع برنامه‌ها استفاده شود. این کامپوننت‌ها می‌توانند به زبان‌های مختلف نوشته شده و به وب‌اسمبلی کامپایل شوند، که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد بهترین زبان را برای هر کامپوننت انتخاب کنند.
کاربردهای WASI Preview 2
WASI Preview 2 طیف گسترده‌ای از امکانات را برای برنامه‌ها باز می‌کند. در اینجا برخی از کاربردهای کلیدی آورده شده است:
رایانش بدون سرور
WASI یک پلتفرم ایده‌آل برای رایانش بدون سرور است. ویژگی‌های امنیتی و قابلیت حمل آن، آن را برای اجرای کدهای ارائه شده توسط کاربر در یک محیط سندباکس بسیار مناسب می‌سازد. پلتفرم‌های بدون سرور می‌توانند از WASI برای اجرای توابع نوشته شده به زبان‌های مختلف استفاده کنند و یک محیط زمان اجرای چند زبانه (polyglot) فراهم کنند.
مثال: یک ارائه‌دهنده ابری می‌تواند از WASI برای ساخت یک پلتفرم بدون سرور استفاده کند که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد توابع نوشته شده به زبان‌های جاوااسکریپت، پایتون و راست را مستقر کنند. توابع در یک محیط سندباکس امن اجرا می‌شوند و ارائه‌دهنده مسئول مدیریت زیرساخت زیرین است.
رایانش لبه
WASI همچنین برای رایانش لبه بسیار مناسب است. حجم کم و سربار پایین آن، آن را برای اجرای برنامه‌ها بر روی دستگاه‌های با منابع محدود در لبه شبکه ایده‌آل می‌سازد. WASI می‌تواند برای ساخت برنامه‌های لبه که پردازش داده، تحلیل و یادگیری ماشین را انجام می‌دهند، استفاده شود.
مثال: یک شرکت تولیدی می‌تواند از WASI برای ساخت یک برنامه لبه استفاده کند که عملکرد تجهیزات آن را نظارت می‌کند. این برنامه می‌تواند داده‌ها را از سنسورهای روی تجهیزات جمع‌آوری کرده و از یادگیری ماشین برای تشخیص ناهنجاری‌ها استفاده کند. برنامه بر روی یک کامپیوتر کوچک واقع در نزدیکی تجهیزات اجرا می‌شود و تأخیر پردازش داده را کاهش می‌دهد.
سیستم‌های نهفته
WASI می‌تواند برای ساخت برنامه‌ها برای سیستم‌های نهفته استفاده شود. قابلیت حمل آن به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که کد را یک بار بنویسند و آن را بر روی انواع دستگاه‌های نهفته مستقر کنند. ویژگی‌های امنیتی WASI از سیستم نهفته در برابر کدهای مخرب محافظت می‌کند.
مثال: یک شرکت رباتیک می‌تواند از WASI برای ساخت برنامه‌ها برای ربات‌های خود استفاده کند. این برنامه‌ها می‌توانند حرکات ربات را کنترل کنند، داده‌های سنسور را پردازش کنند و با محیط تعامل داشته باشند. برنامه‌ها بر روی کامپیوتر نهفته ربات اجرا می‌شوند و WASI یک محیط زمان اجرای امن و قابل حمل فراهم می‌کند.
برنامه‌های دسکتاپ
WASI همچنین می‌تواند برای ساخت برنامه‌های دسکتاپ استفاده شود. قابلیت حمل آن به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که کد را یک بار بنویسند و آن را بر روی سیستم‌عامل‌های مختلف مستقر کنند. ویژگی‌های امنیتی WASI از کامپیوتر کاربر در برابر کدهای مخرب محافظت می‌کند.
مثال: یک شرکت نرم‌افزاری می‌تواند از WASI برای ساخت یک برنامه دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده کند. این برنامه می‌تواند به یک زبان واحد نوشته شده و به وب‌اسمبلی کامپایل شود و می‌تواند بر روی ویندوز، macOS و لینوکس بدون نیاز به هیچ تغییری مستقر شود. شرکت‌هایی مانند Figma در حال حاضر از وب‌اسمبلی برای ساخت برنامه‌های دسکتاپ با عملکرد بالا استفاده می‌کنند.
مهاجرت از WASI Preview 1 به Preview 2
مهاجرت از WASI Preview 1 به Preview 2 به برخی تغییرات در کد نیاز دارد، زیرا APIها به طور قابل توجهی به‌روزرسانی شده‌اند. مهم‌ترین تغییرات عبارتند از:
- ورودی/خروجی ناهمزمان: تمام عملیات ورودی/خروجی اکنون ناهمزمان هستند. شما باید کد خود را برای استفاده از APIهای جدید ورودی/خروجی ناهمزمان به‌روز کنید.
- API شبکه: API شبکه بازطراحی شده است. شما باید کد خود را برای استفاده از API جدید شبکه به‌روز کنید.
- مدیریت خطا: مکانیزم مدیریت خطا به‌روز شده است. شما باید کد خود را برای مدیریت کدهای خطای جدید به‌روز کنید.
جامعه WASI مستندات و ابزارهایی برای کمک به توسعه‌دهندگان در مهاجرت کد خود از Preview 1 به Preview 2 فراهم می‌کند. توصیه می‌شود قبل از شروع فرآیند مهاجرت، این منابع را مطالعه کنید.
ابزارها و منابع برای توسعه WASI
انواع ابزارها و منابع برای کمک به توسعه‌دهندگان در ساخت برنامه‌های WASI در دسترس هستند. این موارد عبارتند از:
- WASI SDK: WASI SDK یک مجموعه ابزار (toolchain) برای کامپایل کد C/C++ به وب‌اسمبلی با پشتیبانی از WASI فراهم می‌کند.
- Wasmtime: Wasmtime یک زمان اجرای مستقل وب‌اسمبلی است که از WASI پشتیبانی می‌کند.
- Wasmer: Wasmer یک زمان اجرای دیگر وب‌اسمبلی است که از WASI پشتیبانی می‌کند.
- جامعه WASI: جامعه WASI مستندات، آموزش‌ها و مثال‌هایی برای کمک به توسعه‌دهندگان برای شروع کار با WASI فراهم می‌کند.
آینده WASI
WASI یک فناوری در حال تحول سریع است. انتظار می‌رود نسخه‌های آینده WASI شامل ویژگی‌ها و بهبودهای بیشتری باشند، مانند:
- ویژگی‌های امنیتی پیشرفته: ویژگی‌های امنیتی تقویت شده برای محافظت در برابر حملات پیچیده‌تر.
- عملکرد بهبود یافته: بهینه‌سازی‌های بیشتر برای بهبود عملکرد برنامه‌های WASI.
- پشتیبانی از زبان‌های جدید: پشتیبانی از زبان‌های برنامه‌نویسی بیشتر، که WASI را برای طیف وسیع‌تری از توسعه‌دهندگان در دسترس قرار می‌دهد.
- مدل کامپوننت استاندارد شده: یکپارچه‌سازی کامل با مدل کامپوننت وب‌اسمبلی، که امکان ایجاد برنامه‌های بسیار ماژولار و قابل استفاده مجدد را فراهم می‌کند.
WASI آماده است تا به یک فناوری کلیدی برای آینده توسعه نرم‌افزار تبدیل شود و امکان ایجاد برنامه‌های امن، قابل حمل و با عملکرد بالا را فراهم کند که می‌توانند بر روی هر پلتفرمی اجرا شوند.