Susipažinkite su WebAssembly WASI Preview 2 pažanga ir poveikiu. Sužinokite, kaip ši patobulinta sistemos sąsaja keičia daugiaplatformį kūrimą ir programų perkeliamumą.
WebAssembly WASI Preview 2: Išsami Patobulintos Sistemos Sąsajos Analizė
WebAssembly (Wasm) tapo esmine technologija šiuolaikiniam programinės įrangos kūrimui, žadanti beveik prilygstantį našumą izoliuotoje aplinkoje (sandbox). Iš pradžių ji buvo daugiausia skirta interneto naršyklėms, tačiau poreikis turėti perkeliamą ir saugią vykdymo aplinką už naršyklės ribų paskatino sukurti WebAssembly System Interface (WASI). WASI siekia suteikti standartizuotą sąsają Wasm moduliams bendrauti su operacine sistema, leidžiant jiems veikti įvairiose platformose. WASI Preview 2 yra reikšmingas žingsnis į priekį siekiant šio tikslo. Šis išsamus vadovas nagrinėja WASI Preview 2 patobulinimus ir pasekmes kūrėjams bei platesniam technologijų pasauliui.
Kas yra WASI?
WebAssembly System Interface (WASI) yra modulinė sistemos sąsaja, skirta WebAssembly. Ji sukurta siekiant suteikti saugų ir perkeliamą būdą WebAssembly moduliams pasiekti operacinės sistemos išteklius, tokius kaip failai, tinklo lizdai (sockets) ir laikrodžiai. Skirtingai nuo tradicinių sistemos iškvietimų, WASI orientuojasi į galimybėmis (capabilities) pagrįstą saugumą, o tai reiškia, kad Wasm modulis gali pasiekti tik tuos išteklius, kuriems jam buvo aiškiai suteiktas leidimas.
Šis metodas žymiai pagerina saugumą, palyginti su tradicinėmis vietinėmis programomis. WASI programa negali tiesiog pasiekti bet kokio sistemos ištekliaus; jai turi būti aiškiai suteikta galimybė tai daryti. Tai sumažina atakos plotą ir leidžia lengviau įvertinti Wasm kodo vykdymo saugumo pasekmes.
Kodėl WASI yra Svarbi?
WASI sprendžia kritinį perkeliamumo poreikį šiuolaikiniame programinės įrangos kūrime. Tradiciškai programos kompiliuojamos konkrečioms operacinėms sistemoms ir architektūroms. Tai sukuria fragmentaciją ir riboja galimybę lengvai perkelti programas tarp skirtingų aplinkų. WASI siūlo sprendimą, suteikdama standartizuotą sąsają, kuri abstrahuoja pagrindinę operacinę sistemą. Pagrindiniai privalumai:
- Perkeliamumas: WASI leidžia Wasm moduliams veikti bet kurioje platformoje, palaikančioje WASI, nepriklausomai nuo operacinės sistemos ar architektūros.
- Saugumas: WASI galimybėmis pagrįstas saugumo modelis riboja Wasm modulių prieigą prie sistemos išteklių, mažindamas saugumo pažeidžiamumų riziką.
- Našumas: Wasm užtikrina beveik prilygstantį našumą, todėl tinka programoms, kurioms našumas yra kritiškai svarbus.
- Moduliškumas: WASI sukurta kaip modulinė sistema, leidžianti kūrėjams pasirinkti konkretų sistemos sąsajų rinkinį, kurio reikia jų programai.
Dėl šių privalumų WASI yra patraukli technologija įvairioms programoms, įskaitant beserverį skaičiavimą (serverless computing), kraštinių įrenginių skaičiavimą (edge computing), įterptines sistemas ir darbalaukio programas.
Pristatome WASI Preview 2
WASI Preview 2 yra reikšmingas pradinės WASI specifikacijos (Preview 1) atnaujinimas. Jame pristatomi keli esminiai patobulinimai, įskaitant atnaujintą I/O modelį, pagrįstą asinchroninėmis operacijomis, pagerintą tinklo palaikymą ir patobulintas saugumo funkcijas. Šie patobulinimai sprendžia Preview 1 apribojimus ir atveria kelią sudėtingesnėms bei patikimesnėms WASI programoms.
Vienas ryškiausių Preview 2 pokyčių yra perėjimas prie asinchroninio I/O modelio. Preview 1 versijoje I/O operacijos buvo sinchroninės, o tai galėjo sukelti blokavimą ir našumo problemų. Preview 2 įdiegia asinchronines I/O operacijas, leidžiančias Wasm moduliams atlikti I/O operacijas neblokuojant pagrindinės gijos. Tai žymiai pagerina WASI programų reakcijos laiką ir mastelį.
Pagrindinės WASI Preview 2 Savybės ir Patobulinimai
Asinchroninis I/O (Async I/O)
Asinchroninis I/O yra esminis WASI Preview 2 patobulinimas. Skirtingai nuo sinchroninio I/O, kuris blokuoja programos vykdymą, kol baigiama I/O operacija, asinchroninis I/O leidžia programai tęsti vykdymą, kol I/O operacija vyksta. Kai I/O operacija baigiama, programa gauna pranešimą ir gali apdoroti rezultatus.
Šis metodas suteikia keletą privalumų:
- Geresnis Našumas: Asinchroninis I/O apsaugo nuo blokavimo, todėl pagerėja reakcijos laikas ir pralaidumas.
- Mastelis: Asinchroninis I/O leidžia programoms apdoroti didesnį skaičių vienu metu vykstančių I/O operacijų.
- Išteklių Naudojimas: Asinchroninis I/O sumažina kelių gijų poreikį, gerindamas išteklių panaudojimą.
Pavyzdys: Įsivaizduokite serverio programą, kuri turi apdoroti kelias gaunamas užklausas. Naudojant sinchroninį I/O, kiekviena užklausa blokuotų serverį, kol jis lauktų duomenų iš tinklo. Naudojant asinchroninį I/O, serveris gali pradėti skaitymo operaciją ir toliau apdoroti kitas užklausas, kol duomenys perduodami. Kai duomenys gaunami, serveris gauna pranešimą ir gali apdoroti užklausą.
Pagerintas Tinklo Palaikymas
WASI Preview 2 pristato pagerintą tinklo palaikymą, todėl lengviau kurti tinklu pagrįstas programas su WASI. Tinklo API palaiko TCP ir UDP lizdus (sockets), taip pat DNS vardų paiešką.
Pagrindiniai patobulinimai:
- Asinchroninės Tinklo Operacijos: Tinklo operacijos dabar yra asinchroninės, leidžiančios neblokuojantį tinklo ryšį.
- Pagerintas Klaidų Apdorojimas: Tinklo API suteikia detalesnę informaciją apie klaidas, todėl lengviau diagnozuoti ir spręsti tinklo problemas.
- Saugumo Patobulinimai: Tinklo API apima saugumo funkcijas, tokias kaip adresų filtravimas ir prieigos kontrolė.
Pavyzdys: Įsivaizduokite paskirstytą duomenų bazių sistemą, sukurtą su WASI. Kiekvienas duomenų bazės mazgas gali naudoti tinklo API bendrauti su kitais mazgais klasteryje. Asinchroninės tinklo operacijos leidžia mazgams apdoroti didelį skaičių vienu metu vykstančių prisijungimų be blokavimo.
WASI-NN: Neuroninių Tinklų Išvadų Darymas
WASI-NN yra WASI plėtinys, leidžiantis WebAssembly moduliams atlikti neuroninių tinklų išvadų darymą (inference). Jis suteikia standartizuotą sąsają iš anksto apmokytiems neuroninių tinklų modeliams įkelti ir vykdyti. Tai leidžia kūrėjams kurti dirbtiniu intelektu paremtas programas, kurios gali veikti bet kurioje platformoje, palaikančioje WASI.
Pagrindiniai WASI-NN privalumai:
- Perkeliamumas: WASI-NN leidžia neuroninių tinklų modelius vykdyti bet kurioje su WASI suderinamoje platformoje.
- Saugumas: WASI saugumo modelis apsaugo pagrindinę sistemą nuo kenksmingų neuroninių tinklų modelių.
- Našumas: WASI-NN naudoja aparatinės įrangos spartinimą, kad užtikrintų beveik prilygstantį našumą neuroninių tinklų išvadų darymui.
Pavyzdys: Vaizdo atpažinimo programa, sukurta su WASI-NN, gali būti įdiegta įvairiuose įrenginiuose, nuo išmaniųjų telefonų iki įterptinių sistemų, nereikalaujant jokių kodo pakeitimų. Programa gali įkelti iš anksto apmokytą vaizdo atpažinimo modelį ir jį naudoti objektams atpažinti nuotraukose, darytose įrenginio kamera.
Patobulintos Saugumo Funkcijos
Saugumas yra pagrindinis WASI dizaino prioritetas. Preview 2 remiasi Preview 1 galimybėmis pagrįstu saugumo modeliu, pridedant naujų funkcijų, kurios dar labiau sustiprina saugumą. Šios funkcijos apima:
- Detalesni Leidimai: WASI Preview 2 leidžia detaliau kontroliuoti Wasm moduliams suteikiamus leidimus.
- Išteklių Apribojimai: WASI leidžia nustatyti išteklių limitus Wasm moduliams, neleidžiant jiems naudoti per daug išteklių.
- Izoliuota Aplinka (Sandboxing): WASI suteikia saugią izoliuotą aplinką Wasm moduliams, atskirdama juos nuo pagrindinės sistemos.
Pavyzdys: Debesijos kompiuterijos paslaugų teikėjas gali naudoti WASI saugiam vartotojo pateikto kodo vykdymui izoliuotoje aplinkoje. Teikėjas gali nustatyti kodui išteklių limitus, kad jis nenaudotų per daug išteklių ir netrukdytų kitiems nuomininkams.
Komponentų Modelio Integracija
WASI Preview 2 sukurta taip, kad sklandžiai integruotųsi su WebAssembly Komponentų Modeliu. Komponentų Modelis yra modulinė sistema, skirta WebAssembly moduliams kurti ir komponuoti. Ji leidžia kūrėjams kurti pakartotinai naudojamus komponentus, kuriuos galima lengvai sujungti į didesnes programas.
Ši integracija siūlo keletą privalumų:
- Moduliškumas: Komponentų Modelis skatina moduliškumą, todėl lengviau kurti ir prižiūrėti sudėtingas programas.
- Pakartotinis Naudojimas: Komponentus galima pakartotinai naudoti keliose programose, sutrumpinant kūrimo laiką ir pastangas.
- Sąveikumas: Komponentai gali būti parašyti skirtingomis kalbomis ir kompiliuoti į WebAssembly, leidžiant skirtingoms programavimo kalboms sąveikauti.
Pavyzdys: Programinės įrangos įmonė gali sukurti pakartotinai naudojamų komponentų biblioteką, kurią galima naudoti kuriant įvairias programas. Šie komponentai gali būti parašyti skirtingomis kalbomis ir kompiliuoti į WebAssembly, leidžiant kūrėjams pasirinkti geriausią kalbą kiekvienam komponentui.
WASI Preview 2 Panaudojimo Atvejai
WASI Preview 2 atveria platų programų galimybių spektrą. Štai keletas pagrindinių panaudojimo atvejų:
Beserveris Skaičiavimas (Serverless Computing)
WASI yra ideali platforma beserveriam skaičiavimui. Dėl savo saugumo ir perkeliamumo savybių ji puikiai tinka vartotojo pateiktam kodui vykdyti izoliuotoje aplinkoje. Beserverės platformos gali naudoti WASI vykdyti funkcijas, parašytas skirtingomis kalbomis, suteikdamos daugiakalbę vykdymo aplinką.
Pavyzdys: Debesijos paslaugų teikėjas gali naudoti WASI sukurti beserverę platformą, leidžiančią kūrėjams diegti funkcijas, parašytas JavaScript, Python ir Rust kalbomis. Funkcijos vykdomos saugioje izoliuotoje aplinkoje, o teikėjas yra atsakingas už pagrindinės infrastruktūros valdymą.
Kraštinių Įrenginių Skaičiavimas (Edge Computing)
WASI taip pat puikiai tinka kraštinių įrenginių skaičiavimui. Dėl mažo dydžio ir nedidelių pridėtinių išlaidų ji idealiai tinka programoms vykdyti ribotų išteklių įrenginiuose tinklo pakraštyje. WASI gali būti naudojama kurti kraštinių įrenginių programas, kurios atlieka duomenų apdorojimą, analizę ir mašininį mokymąsi.
Pavyzdys: Gamybos įmonė gali naudoti WASI sukurti kraštinių įrenginių programą, kuri stebi jos įrangos veikimą. Programa gali rinkti duomenis iš įrangos jutiklių ir naudoti mašininį mokymąsi anomalijoms aptikti. Programa veikia mažame kompiuteryje, esančiame šalia įrangos, taip sumažinant duomenų apdorojimo delsą.
Įterptinės Sistemos
WASI gali būti naudojama kurti programas įterptinėms sistemoms. Jos perkeliamumas leidžia kūrėjams parašyti kodą vieną kartą ir jį įdiegti įvairiuose įterptiniuose įrenginiuose. WASI saugumo funkcijos apsaugo įterptinę sistemą nuo kenksmingo kodo.
Pavyzdys: Robotikos įmonė gali naudoti WASI kurti programas savo robotams. Programos gali valdyti roboto judesius, apdoroti jutiklių duomenis ir sąveikauti su aplinka. Programos veikia roboto įterptiniame kompiuteryje, o WASI suteikia saugią ir perkeliamą vykdymo aplinką.
Darbalaukio Programos
WASI taip pat gali būti naudojama kurti darbalaukio programas. Jos perkeliamumas leidžia kūrėjams parašyti kodą vieną kartą ir jį įdiegti skirtingose operacinėse sistemose. WASI saugumo funkcijos apsaugo vartotojo kompiuterį nuo kenksmingo kodo.
Pavyzdys: Programinės įrangos įmonė gali naudoti WASI kurti daugiaplatformę darbalaukio programą. Programa gali būti parašyta viena kalba ir kompiliuota į WebAssembly, o ją galima įdiegti Windows, macOS ir Linux sistemose be jokių pakeitimų. Įmonės, tokios kaip „Figma“, jau naudoja WebAssembly kurdamos didelio našumo darbalaukio programas.
Migravimas iš WASI Preview 1 į Preview 2
Migruojant iš WASI Preview 1 į Preview 2 reikia atlikti keletą kodo pakeitimų, nes API buvo ženkliai atnaujintos. Svarbiausi pakeitimai apima:
- Asinchroninis I/O: Visos I/O operacijos dabar yra asinchroninės. Reikės atnaujinti kodą, kad būtų naudojamos naujos asinchroninės I/O API.
- Tinklo API: Tinklo API buvo perkurta. Reikės atnaujinti kodą, kad būtų naudojama nauja tinklo API.
- Klaidų Apdorojimas: Klaidų apdorojimo mechanizmas buvo atnaujintas. Reikės atnaujinti kodą, kad būtų apdorojami nauji klaidų kodai.
WASI bendruomenė teikia dokumentaciją ir įrankius, padedančius kūrėjams migruoti savo kodą iš Preview 1 į Preview 2. Prieš pradedant migracijos procesą, rekomenduojama pasikonsultuoti su šiais ištekliais.
Įrankiai ir Ištekliai WASI Kūrimui
Yra įvairių įrankių ir išteklių, padedančių kūrėjams kurti WASI programas. Tarp jų:
- WASI SDK: WASI SDK suteikia įrankių rinkinį C/C++ kodui kompiliuoti į WebAssembly su WASI palaikymu.
- Wasmtime: Wasmtime yra atskira WebAssembly vykdymo aplinka, palaikanti WASI.
- Wasmer: Wasmer yra dar viena WebAssembly vykdymo aplinka, palaikanti WASI.
- WASI Bendruomenė: WASI bendruomenė teikia dokumentaciją, pamokas ir pavyzdžius, padedančius kūrėjams pradėti dirbti su WASI.
WASI Ateitis
WASI yra greitai besivystanti technologija. Tikimasi, kad būsimose WASI versijose bus dar daugiau funkcijų ir patobulinimų, tokių kaip:
- Pažangios Saugumo Funkcijos: Patobulintos saugumo funkcijos, apsaugančios nuo vis sudėtingesnių atakų.
- Pagerintas Našumas: Tolimesni optimizavimai, siekiant pagerinti WASI programų našumą.
- Naujų Kalbų Palaikymas: Daugiau programavimo kalbų palaikymas, padarantis WASI prieinamą platesniam kūrėjų ratui.
- Standartizuotas Komponentų Modelis: Visiška integracija su WebAssembly Komponentų Modeliu, leidžianti kurti labai modulines ir pakartotinai naudojamas programas.
WASI yra pasirengusi tapti pagrindine ateities programinės įrangos kūrimo technologija, leidžiančia kurti saugias, perkeliamas ir didelio našumo programas, kurios gali veikti bet kurioje platformoje.