WebAssembly WASI Preview 2: 향상된 시스템 인터페이스 심층 분석

WebAssembly(Wasm)는 샌드박스 환경에서 네이티브에 가까운 성능을 약속하며 현대 소프트웨어 개발의 핵심 기술로 부상했습니다. 초기에는 주로 웹 브라우저에 중점을 두었지만, 브라우저 외부에서 이식 가능하고 안전한 런타임에 대한 필요성으로 인해 WebAssembly 시스템 인터페이스(WASI)가 탄생했습니다. WASI는 Wasm 모듈이 기본 운영 체제와 상호 작용할 수 있는 표준화된 인터페이스를 제공하여 다양한 플랫폼에서 실행될 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다. WASI Preview 2는 이 목표를 달성하는 데 있어 중요한 진전을 나타냅니다. 이 포괄적인 가이드에서는 개발자와 더 넓은 기술 환경에 대한 WASI Preview 2의 개선 사항과 시사점을 살펴봅니다.

WASI란 무엇인가?

WebAssembly 시스템 인터페이스(WASI)는 WebAssembly를 위한 모듈식 시스템 인터페이스입니다. WebAssembly 모듈이 파일, 네트워크 소켓, 시계와 같은 운영 체제 리소스에 안전하고 이식 가능한 방식으로 접근할 수 있도록 설계되었습니다. 기존 시스템 호출과 달리 WASI는 역량 기반 보안(capabilities-based security)에 중점을 둡니다. 즉, Wasm 모듈은 명시적으로 사용 권한이 부여된 리소스에만 접근할 수 있습니다.

이 접근 방식은 기존 네이티브 애플리케이션에 비해 보안을 극적으로 향상시킵니다. WASI 애플리케이션은 시스템의 어떤 리소스에도 그냥 접근할 수 없으며, 그렇게 할 수 있는 역량을 명시적으로 부여받아야 합니다. 이는 공격 표면을 줄이고 Wasm 코드 실행의 보안적 영향을 더 쉽게 추론할 수 있도록 합니다.

WASI가 중요한 이유

WASI는 현대 소프트웨어 개발에서 이식성에 대한 중요한 요구를 해결합니다. 전통적으로 애플리케이션은 특정 운영 체제 및 아키텍처용으로 컴파일됩니다. 이는 파편화를 야기하고 애플리케이션을 다른 환경 간에 쉽게 이동하는 능력을 제한합니다. WASI는 기본 운영 체제를 추상화하는 표준화된 인터페이스를 제공함으로써 해결책을 제시합니다. 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 이식성: WASI를 사용하면 Wasm 모듈이 기본 운영 체제나 아키텍처에 관계없이 WASI를 지원하는 모든 플랫폼에서 실행될 수 있습니다.
• 보안: WASI의 역량 기반 보안 모델은 Wasm 모듈의 시스템 리소스 접근을 제한하여 보안 취약점의 위험을 줄입니다.
• 성능: Wasm은 네이티브에 가까운 성능을 제공하여 성능이 중요한 애플리케이션에 적합합니다.
• 모듈성: WASI는 모듈식으로 설계되어 개발자가 자신의 애플리케이션에 필요한 특정 시스템 인터페이스 집합을 선택할 수 있습니다.

이러한 이점 덕분에 WASI는 서버리스 컴퓨팅, 엣지 컴퓨팅, 임베디드 시스템 및 데스크톱 애플리케이션을 포함한 광범위한 애플리케이션에 매력적인 기술이 됩니다.

WASI Preview 2 소개

WASI Preview 2는 초기 WASI 사양(Preview 1)에 대한 중요한 업그레이드입니다. 비동기 작업을 기반으로 한 개편된 I/O 모델, 네트워킹에 대한 향상된 지원, 개선된 보안 기능 등 몇 가지 주요 개선 사항을 도입합니다. 이러한 개선 사항은 Preview 1의 한계를 해결하고 더 복잡하고 강력한 WASI 애플리케이션을 위한 길을 열어줍니다.

Preview 2에서 가장 주목할 만한 변경 사항 중 하나는 비동기 I/O 모델로의 전환입니다. Preview 1에서는 I/O 작업이 동기적이어서 블로킹과 성능 문제를 유발할 수 있었습니다. Preview 2는 비동기 I/O 작업을 도입하여 Wasm 모듈이 메인 스레드를 차단하지 않고 I/O 작업을 수행할 수 있도록 합니다. 이는 WASI 애플리케이션의 응답성과 확장성을 크게 향상시킵니다.

WASI Preview 2의 주요 기능 및 개선 사항

비동기 I/O (Async I/O)

비동기 I/O는 WASI Preview 2의 중요한 개선 사항입니다. I/O 작업이 완료될 때까지 프로그램 실행을 차단하는 동기 I/O와 달리, 비동기 I/O는 I/O 작업이 진행되는 동안 프로그램이 계속 실행되도록 합니다. I/O 작업이 완료되면 프로그램에 알림이 가고 결과를 처리할 수 있습니다.

이 접근 방식은 여러 가지 이점을 제공합니다:

• 성능 향상: 비동기 I/O는 블로킹을 방지하여 더 나은 응답성과 처리량을 제공합니다.
• 확장성: 비동기 I/O를 통해 애플리케이션은 더 많은 수의 동시 I/O 작업을 처리할 수 있습니다.
• 리소스 활용: 비동기 I/O는 다중 스레드의 필요성을 줄여 리소스 활용도를 향상시킵니다.

예시: 여러 개의 들어오는 요청을 처리해야 하는 서버 애플리케이션을 상상해 보세요. 동기 I/O를 사용하면 각 요청은 네트워크에서 데이터를 읽는 동안 서버를 차단합니다. 비동기 I/O를 사용하면 서버는 읽기 작업을 시작하고 데이터가 전송되는 동안 다른 요청을 계속 처리할 수 있습니다. 데이터가 도착하면 서버에 알림이 가고 요청을 처리할 수 있습니다.

향상된 네트워킹 지원

WASI Preview 2는 네트워킹에 대한 개선된 지원을 도입하여 WASI로 네트워크 기반 애플리케이션을 더 쉽게 구축할 수 있도록 합니다. 네트워킹 API는 TCP 및 UDP 소켓뿐만 아니라 DNS 확인도 지원합니다.

주요 개선 사항은 다음과 같습니다:

• 비동기 네트워킹 작업: 이제 네트워킹 작업이 비동기적이어서 논블로킹 네트워크 통신이 가능합니다.
• 개선된 오류 처리: 네트워킹 API는 더 자세한 오류 정보를 제공하여 네트워크 문제를 진단하고 해결하기 더 쉽게 만듭니다.
• 보안 강화: 네트워킹 API는 주소 필터링 및 접근 제어와 같은 보안 기능을 통합합니다.

예시: WASI로 구축된 분산 데이터베이스 시스템을 생각해 보세요. 각 데이터베이스 노드는 네트워킹 API를 사용하여 클러스터의 다른 노드와 통신할 수 있습니다. 비동기 네트워킹 작업을 통해 노드는 블로킹 없이 많은 수의 동시 연결을 처리할 수 있습니다.

WASI-NN: 신경망 추론

WASI-NN은 WebAssembly 모듈이 신경망 추론을 수행할 수 있도록 하는 WASI의 확장입니다. 사전 훈련된 신경망 모델을 로드하고 실행하기 위한 표준화된 인터페이스를 제공합니다. 이를 통해 개발자는 WASI를 지원하는 모든 플랫폼에서 실행할 수 있는 AI 기반 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.

WASI-NN의 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 이식성: WASI-NN을 사용하면 신경망 모델을 모든 WASI 호환 플랫폼에서 실행할 수 있습니다.
• 보안: WASI의 보안 모델은 악의적인 신경망 모델로부터 기본 시스템을 보호합니다.
• 성능: WASI-NN은 하드웨어 가속을 활용하여 신경망 추론에 대해 네이티브에 가까운 성능을 제공합니다.

예시: WASI-NN으로 구축된 이미지 인식 애플리케이션은 코드 수정 없이 스마트폰에서 임베디드 시스템에 이르기까지 다양한 장치에 배포될 수 있습니다. 애플리케이션은 사전 훈련된 이미지 인식 모델을 로드하고 이를 사용하여 장치 카메라로 캡처한 이미지의 객체를 식별할 수 있습니다.

향상된 보안 기능

보안은 WASI 설계의 핵심 관심사입니다. Preview 2는 Preview 1의 역량 기반 보안 모델을 기반으로 하며, 보안을 더욱 강화하기 위한 새로운 기능을 추가합니다. 이러한 기능은 다음과 같습니다:

• 세분화된 권한: WASI Preview 2는 Wasm 모듈에 부여된 권한에 대해 더 세분화된 제어를 허용합니다.
• 리소스 제한: WASI는 Wasm 모듈에 리소스 제한을 설정하여 과도한 리소스 소비를 방지할 수 있습니다.
• 샌드박싱: WASI는 Wasm 모듈을 위한 안전한 샌드박스 환경을 제공하여 기본 시스템으로부터 격리합니다.

예시: 클라우드 컴퓨팅 제공업체는 WASI를 사용하여 샌드박스 환경에서 사용자가 제공한 코드를 안전하게 실행할 수 있습니다. 제공업체는 코드에 리소스 제한을 설정하여 과도한 리소스를 소비하고 다른 테넌트를 방해하는 것을 방지할 수 있습니다.

컴포넌트 모델 통합

WASI Preview 2는 WebAssembly 컴포넌트 모델과 원활하게 통합되도록 설계되었습니다. 컴포넌트 모델은 WebAssembly 모듈을 구축하고 구성하기 위한 모듈식 시스템입니다. 이를 통해 개발자는 더 큰 애플리케이션으로 쉽게 조립할 수 있는 재사용 가능한 컴포넌트를 만들 수 있습니다.

이 통합은 여러 가지 이점을 제공합니다:

• 모듈성: 컴포넌트 모델은 모듈성을 촉진하여 복잡한 애플리케이션을 더 쉽게 구축하고 유지 관리할 수 있도록 합니다.
• 재사용성: 컴포넌트는 여러 애플리케이션에서 재사용될 수 있어 개발 시간과 노력을 줄일 수 있습니다.
• 상호 운용성: 컴포넌트는 다른 언어로 작성되고 WebAssembly로 컴파일될 수 있어 다른 프로그래밍 언어 간의 상호 운용성을 허용합니다.

예시: 소프트웨어 회사는 다양한 애플리케이션을 구축하는 데 사용할 수 있는 재사용 가능한 컴포넌트 라이브러리를 만들 수 있습니다. 이러한 컴포넌트는 다른 언어로 작성되고 WebAssembly로 컴파일될 수 있어 개발자가 각 컴포넌트에 가장 적합한 언어를 선택할 수 있습니다.

WASI Preview 2의 사용 사례

WASI Preview 2는 애플리케이션에 대한 광범위한 가능성을 열어줍니다. 주요 사용 사례는 다음과 같습니다:

서버리스 컴퓨팅

WASI는 서버리스 컴퓨팅에 이상적인 플랫폼입니다. 보안 및 이식성 기능 덕분에 샌드박스 환경에서 사용자가 제공한 코드를 실행하는 데 적합합니다. 서버리스 플랫폼은 WASI를 사용하여 다른 언어로 작성된 함수를 실행하고 다국어 런타임 환경을 제공할 수 있습니다.

예시: 클라우드 제공업체는 WASI를 사용하여 개발자가 JavaScript, Python, Rust로 작성된 함수를 배포할 수 있는 서버리스 플랫폼을 구축할 수 있습니다. 함수는 안전한 샌드박스 환경에서 실행되며 제공업체는 기본 인프라 관리를 책임집니다.

엣지 컴퓨팅

WASI는 엣지 컴퓨팅에도 적합합니다. 작은 풋프린트와 낮은 오버헤드 덕분에 네트워크 엣지에 있는 리소스가 제한된 장치에서 애플리케이션을 실행하는 데 이상적입니다. WASI는 데이터 처리, 분석 및 머신 러닝을 수행하는 엣지 애플리케이션을 구축하는 데 사용될 수 있습니다.

예시: 제조 회사는 WASI를 사용하여 장비의 성능을 모니터링하는 엣지 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. 애플리케이션은 장비의 센서에서 데이터를 수집하고 머신 러닝을 사용하여 이상 현상을 감지할 수 있습니다. 애플리케이션은 장비 근처에 위치한 소형 컴퓨터에서 실행되어 데이터 처리의 지연 시간을 줄입니다.

임베디드 시스템

WASI는 임베디드 시스템용 애플리케이션을 구축하는 데 사용될 수 있습니다. 이식성 덕분에 개발자는 코드를 한 번 작성하고 다양한 임베디드 장치에 배포할 수 있습니다. WASI의 보안 기능은 임베디드 시스템을 악성 코드로부터 보호합니다.

예시: 로봇 회사는 WASI를 사용하여 로봇용 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. 애플리케이션은 로봇의 움직임을 제어하고, 센서 데이터를 처리하며, 환경과 상호 작용할 수 있습니다. 애플리케이션은 로봇의 임베디드 컴퓨터에서 실행되며 WASI는 안전하고 이식 가능한 런타임 환경을 제공합니다.

데스크톱 애플리케이션

WASI는 데스크톱 애플리케이션을 구축하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이식성 덕분에 개발자는 코드를 한 번 작성하고 다른 운영 체제에 배포할 수 있습니다. WASI의 보안 기능은 사용자의 컴퓨터를 악성 코드로부터 보호합니다.

예시: 소프트웨어 회사는 WASI를 사용하여 크로스 플랫폼 데스크톱 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. 애플리케이션은 단일 언어로 작성되고 WebAssembly로 컴파일될 수 있으며, 수정 없이 Windows, macOS 및 Linux에 배포할 수 있습니다. Figma와 같은 회사는 이미 WebAssembly를 사용하여 고성능 데스크톱 애플리케이션을 구축하고 있습니다.

WASI Preview 1에서 Preview 2로 마이그레이션하기

WASI Preview 1에서 Preview 2로 마이그레이션하려면 API가 크게 업데이트되었기 때문에 일부 코드 변경이 필요합니다. 가장 중요한 변경 사항은 다음과 같습니다:

• 비동기 I/O: 모든 I/O 작업이 이제 비동기적입니다. 새로운 비동기 I/O API를 사용하도록 코드를 업데이트해야 합니다.
• 네트워킹 API: 네트워킹 API가 재설계되었습니다. 새로운 네트워킹 API를 사용하도록 코드를 업데이트해야 합니다.
• 오류 처리: 오류 처리 메커니즘이 업데이트되었습니다. 새로운 오류 코드를 처리하도록 코드를 업데이트해야 합니다.

WASI 커뮤니티는 개발자가 Preview 1에서 Preview 2로 코드를 마이그레이션하는 데 도움이 되는 문서와 도구를 제공합니다. 마이그레이션 프로세스를 시작하기 전에 이러한 리소스를 참조하는 것이 좋습니다.

WASI 개발을 위한 도구 및 리소스

개발자가 WASI 애플리케이션을 구축하는 데 도움이 되는 다양한 도구와 리소스가 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• WASI SDK: WASI SDK는 WASI를 지원하는 C/C++ 코드를 WebAssembly로 컴파일하기 위한 툴체인을 제공합니다.
• Wasmtime: Wasmtime은 WASI를 지원하는 독립형 WebAssembly 런타임입니다.
• Wasmer: Wasmer는 WASI를 지원하는 또 다른 WebAssembly 런타임입니다.
• WASI 커뮤니티: WASI 커뮤니티는 개발자가 WASI를 시작하는 데 도움이 되는 문서, 튜토리얼 및 예제를 제공합니다.

WASI의 미래

WASI는 빠르게 발전하는 기술입니다. WASI의 향후 버전에는 다음과 같은 더 많은 기능과 개선 사항이 포함될 것으로 예상됩니다:

• 고급 보안 기능: 점점 더 정교해지는 공격으로부터 보호하기 위한 향상된 보안 기능.
• 성능 향상: WASI 애플리케이션의 성능을 개선하기 위한 추가 최적화.
• 새로운 언어 지원: 더 많은 프로그래밍 언어를 지원하여 더 넓은 범위의 개발자가 WASI를 사용할 수 있도록 함.
• 표준화된 컴포넌트 모델: WebAssembly 컴포넌트 모델과의 완전한 통합을 통해 고도로 모듈화되고 재사용 가능한 애플리케이션 생성 가능.

WASI는 소프트웨어 개발의 미래를 위한 핵심 기술이 될 준비가 되어 있으며, 모든 플랫폼에서 실행할 수 있는 안전하고 이식 가능하며 고성능인 애플리케이션의 생성을 가능하게 할 것입니다.

결론

WASI Preview 2는 WebAssembly 진화의 중요한 도약을 의미하며, 크로스 플랫폼 애플리케이션 구축을 위한 더 강력하고 다재다능한 시스템 인터페이스를 제공합니다. 비동기 I/O, 개선된 네트워킹 지원, 고급 보안 조치를 포함한 향상된 기능은 Preview 1의 한계를 해결하고 개발자에게 새로운 가능성을 열어줍니다. WASI가 계속해서 발전하고 성숙해짐에 따라, 소프트웨어가 개발되고 배포되는 방식을 혁신하여 서버리스 플랫폼에서 엣지 장치 및 그 이상에 이르기까지 다양한 환경에서 애플리케이션이 원활하게 실행될 수 있는 미래를 약속합니다. WASI Preview 2를 채택하는 것은 현대 세계를 위한 진정으로 이식 가능하고 안전하며 고성능인 애플리케이션을 구축하려는 개발자에게 전략적인 움직임입니다.