WebAssembly WASI Preview 3: Revoliucija sistemų iškvietimo sąsajoje, skirta debesims ir ne tik

WebAssembly (Wasm) sparčiai išsivystė iš technologijos, orientuotos į naršykles, į galingą serverio pusės programų, debesų kompiuterijos paslaugų, krašto kompiuterijos ir net darbalaukio aplinkų vykdymo aplinką. Šios plėtros pagrindas yra WebAssembly System Interface (WASI) – besivystantis standartas, apibrėžiantis, kaip Wasm moduliai gali sąveikauti su pagrindine operacine sistema. Naujausi WASI Preview 3 patobulinimai yra reikšmingas žingsnis į priekį, pristatant patikimesnę, nuspėjamą ir funkcijomis turtingesnę sistemų iškvietimo sąsają, kuri žada atverti dar didesnį nešiojamojo ir saugaus skaičiavimo potencialą visame pasaulyje.

WASI atsiradimas: atotrūkio tarp Wasm ir sistemos mažinimas

Iš pradžių sukurtas interneto naršyklėms, WebAssembly prigimtinė sauga ir perkeliamumas padarė jį patraukliu kandidatu ne naršyklės aplinkoms. Tačiau norint būti tikrai naudingam už naršyklės ribų, Wasm moduliams reikėjo standartizuoto būdo atlikti sistemos lygio operacijas, pvz., failų įvestį / išvestį, prieigą prie tinklo ir aplinkos kintamųjų gavimą. Būtent čia įsijungia WASI. WASI siekia pateikti nuoseklų, pagal galimybes paremtą API, leidžiantį Wasm moduliams saugiai ir kontroliuojamu būdu sąveikauti su pagrindine sistema, neatsižvelgiant į pagrindinę operacinę sistemą ar aparatūros architektūrą.

Kodėl WASI? Pagrindiniai motyvai ir projektavimo principai

• Perkeliamumas: Pagrindinis WebAssembly pažadas yra „paleisti bet kur“. WASI tai išplečia į sistemos sąveikas, užtikrindamas, kad į konkretų WASI taikinį sukompiliuotas Wasm modulis gali veikti bet kurioje WASI atitinkančioje vykdymo aplinkoje be pakeitimų. Tai keičia žaidimo taisykles programinės įrangos platinimui ir diegimui įvairiose aplinkose.
• Saugumas: WASI pagal galimybes paremtas saugumo modelis yra svarbiausias. Užuot suteikus plačius leidimus, WASI sąsajos suteikia specifines, smulkiai pritaikytas galimybes (pvz., galimybę skaityti iš konkretaus katalogo arba atidaryti konkretų tinklo lizdą). Tai žymiai sumažina atakos paviršių, palyginti su tradiciniais vykdomaisiais modeliais.
• Sąveikumas: WASI suteikia bendrą pagrindą skirtingoms programavimo kalboms ir vykdymo aplinkoms sąveikauti. Į Wasm sukompiliuota C++ programa gali sklandžiai sąveikauti su Rust moduliu arba Go moduliu per WASI sąsajas, skatinant vieningesnę plėtros ekosistemą.
• Efektyvumas: WebAssembly sukurtas taip, kad būtų greitas ir efektyvus. Standartizuodama sistemų iškvietimus, WASI siekia sumažinti pridėtines išlaidas, susijusias su tarpusavio procesų komunikacija arba sistemos iškvietimais tradicinėse aplinkose, ypač kai jie vykdomi optimizuotuose Wasm vykdymo aplinkose, pvz., Wasmtime arba Wasmer.

Evoliucija į Preview 3: apribojimų sprendimas ir galimybių plėtimas

Kelionė į WASI Preview 3 buvo iteracinė, kuriant ankstesnių specifikacijų pagrindu, ypač WASI Preview 1. Nors Preview 1 pristatė pagrindines koncepcijas ir pagrindinių API rinkinį, jis turėjo tam tikrų apribojimų, kurie trukdė jį pritaikyti sudėtingesniais atvejais, ypač serverio pusėje ir debesų aplinkose. Preview 3 siekia tai išspręsti, tobulindama esamas API ir pristatydama naujas, sutelkiant dėmesį į stabilumą, aiškumą ir platesnį pritaikomumą.

Pagrindiniai WASI Preview 3 patobulinimai

WASI Preview 3 nėra vienas monolitinis pakeitimas, bet veikiau tarpusavyje susijusių pasiūlymų ir patobulinimų rinkinys, kuris kartu patobulina sistemų iškvietimo sąsają. Nors tiksli struktūra ir pavadinimų konvencijos vis dar tvirtinamos, pagrindinės temos sukasi aplink tai, kad Wasm moduliams būtų pateiktas išsamesnis ir idiomatiškesnis būdas sąveikauti su pagrindinėmis sistemomis. Štai keletas reikšmingiausių patobulinimų sričių:

1. Prieiga prie tinklo ir HTTP palaikymas

Vienas iš reikšmingiausių ankstyvųjų WASI versijų apribojimų kuriant serverio pusę buvo tvirtų tinklo kūrimo galimybių trūkumas. Preview 3 padarė didelę pažangą šioje srityje, ypač plėtojant HTTP serverio ir kliento pasiūlymus. Jų tikslas – pateikti standartizuotą būdą Wasm moduliams tvarkyti gaunamus HTTP užklausimus ir skambinti išeinančius HTTP skambučius.

• HTTP serverio API: Šis pasiūlymas apibrėžia sąsajas, skirtas Wasm vykdymo aplinkoms, kad jos atskleistų gaunamus HTTP užklausimus Wasm moduliams. Tai labai svarbu kuriant interneto serverius, API šliuzus ir mikropaslaugas tik WebAssembly viduje. Kūrėjai gali rašyti tvarkykles konkretiems maršrutams, apdoroti užklausų antraštes ir tekstus bei siųsti atgal HTTP atsakymus. Tai leidžia sukurti tikrai nešiojamas interneto programas, kurios gali veikti bet kurioje WASI atitinkančioje vykdymo aplinkoje, nesvarbu, ar tai būtų debesų paslaugų teikėjas, krašto įrenginys ar net vietinis kūrimo serveris.
• HTTP kliento API: Papildydamas serverio API, kliento API leidžia Wasm moduliams inicijuoti išeinančius HTTP užklausimus. Tai būtina norint integruotis su išorinėmis paslaugomis, gauti duomenis iš API ir kurti mikropaslaugas, kurios bendrauja viena su kita. API sukurtas taip, kad būtų efektyvus ir saugus, leidžiantis smulkiai valdyti užklausos parametrus ir atsakymų tvarkymą.
• Tinklo kūrimo galimybės (bendrosios): Be HTTP, dedamos nuolatinės pastangos standartizuoti žemesnio lygio tinklo primityvus, pvz., lizdų programavimą (TCP/UDP). Nors jie gali būti ne pagrindinis pirmojo Preview 3 leidimo dėmesys, jie yra labai svarbūs kuriant sudėtingesnes tinklo programas ir užtikrinant platų suderinamumą su esamais tinklo protokolais.

Pavyzdys: Įsivaizduokite, kad naudojate Rust ir WebAssembly sukuriate serverless API galutinį tašką. Naudodami WASI Preview 3 HTTP serverio galimybes, jūsų Rust Wasm modulis galėtų klausytis gaunamų užklausų, analizuoti JSON turinį, sąveikauti su duomenų baze (per kitą WASI sąsają arba šeimininko pateiktą funkciją) ir grąžinti JSON atsakymą – visa tai saugiame Wasm smėlio dėžėje. Ši programa vėliau galėtų būti įdiegta įvairiose debesų platformose be pakeitimų, gaudama naudos iš nuoseklios WASI sąsajos.

2. Failų sistemos prieigos patobulinimai

Nors WASI Preview 1 apėmė pagrindinę prieigą prie failų sistemos per wasi-filesystem komponentą, Preview 3 siekia patobulinti ir išplėsti šias galimybes, kad jos geriau atitiktų šiuolaikines failų sistemos operacijas ir suteiktų didesnį valdymą.

• Katalogų srautai: Patobulinti mechanizmai, skirti iteruoti per katalogo turinį, leidžiantys Wasm moduliams efektyviai išvardyti failus ir subkatalogus.
• Failų metaduomenys: Standartizuoti būdai pasiekti failų metaduomenis, pvz., leidimus, laiko žymes ir dydį.
• Asinchroninis I/O: Nors tai vis dar aktyvi plėtros sritis, vis didesnis dėmesys skiriamas asinchroninių failų I/O operacijų palaikymui, siekiant išvengti Wasm vykdymo aplinkos blokavimo ir pagerinti bendrą našumą, ypač I/O apribotose programose.

Pavyzdys: Duomenų apdorojimo programa, parašyta Go ir sukompiliuota į Wasm, gali prireikti nuskaityti kelis konfigūracijos failus iš konkretaus katalogo. WASI Preview 3 patobulintos failų sistemos API leistų saugiai ir efektyviai išvardyti failus, nuskaityti jų turinį ir apdoroti juos, kartu atsižvelgiant į konkrečius katalogus, kuriuos Wasm vykdymo aplinka jam suteikė prieigą.

3. Laikrodžiai ir laikmačiai

Tikslus laiko apskaita ir galimybė planuoti operacijas yra pagrindinė daugelio programų sąlyga. Preview 3 patikslina ir standartizuoja sąsajas, skirtas pasiekti sistemos laikrodžius ir nustatyti laikmačius.

• Monotoniniai laikrodžiai: Suteikia prieigą prie laikrodžių, kurie visada didėja, tinka laiko intervalams matuoti ir našumo regresijoms aptikti.
• Sieninis laikas: Leidžia pasiekti dabartinę datą ir laiką, naudingas registravimui, planavimui ir į vartotoją orientuotoms funkcijoms.
• Laikmačiai: Leidžia Wasm moduliams planuoti asinchroninius įvykius arba atgalinius skambučius po nurodyto vėlavimo, o tai labai svarbu kuriant reaguojančias programas ir įgyvendinant laiko apribojimus.

Pavyzdys: Fono darbuotojo procesas Wasm gali naudoti laikmačio sąsajas periodiškai tikrinti, ar yra naujinimų, arba atlikti planuotus techninės priežiūros darbus. Jis taip pat galėtų naudoti monotoninius laikrodžius, kad išmatuotų kritinių operacijų modulio trukmę.

4. Aplinkos kintamieji ir argumentai

Prieiga prie aplinkos kintamųjų ir komandinės eilutės argumentų yra įprastas reikalavimas konfigūruojant programas. Preview 3 įtvirtina šias sąsajas, todėl Wasm moduliams lengviau dinamiškai konfigūruoti vykdymo metu.

• Aplinkos kintamieji: Suteikia saugų būdą skaityti aplinkos kintamuosius, kuriuos pagrindinė vykdymo aplinka aiškiai perdavė Wasm moduliui.
• Komandinės eilutės argumentai: Leidžia Wasm moduliams pasiekti argumentus, perduotus jiems, kai juos iškviečia pagrindinis kompiuteris.

Pavyzdys: Wasm pagrįsta programa, kuriai reikia duomenų bazės prisijungimo eilutės, galėtų nuskaityti šią eilutę iš aplinkos kintamojo, kurį nustatė konteinerių orkestratorius, arba komandinės eilutės argumentų, kuriuos pateikė vartotojas, todėl Wasm modulis būtų labai konfigūruojamas be pakartotinio kompiliavimo.

5. Standartizuotas klaidų tvarkymas ir galimybės

Be konkrečių funkcinių API, Preview 3 taip pat orientuojasi į bendrų WASI projektavimo principų, įskaitant klaidų tvarkymą ir pagal galimybes paremtą saugumo modelį, gerinimą.

• Aiškesnis klaidų pranešimas: Dėstomos pastangos pateikti labiau standartizuotus ir informatyvius klaidų kodus bei pranešimus iš WASI sistemos iškvietimų, todėl derinti ir tvarkyti klaidas Wasm moduliuose tampa paprasčiau.
• Patobulintas galimybių valdymas: Remiamasi pagal galimybes paremtu modeliu, siekiant užtikrinti, kad jis būtų pakankamai galingas sudėtingoms programoms ir kad vykdymo aplinkoms būtų lengva jį įdiegti ir valdyti. Tai apima galimybių perdavimo tarp Wasm modulių saugiai tyrimą.

WASI Preview 3 poveikis skirtingoms kompiuterijos paradigmoms

WASI Preview 3 patobulinimai turi didžiulį poveikį įvairiems kompiuterijos domenams:

Debesų ir serverless kompiuterija

Tai, be jokios abejonės, kur WASI Preview 3 turės tiesioginį ir didžiausią poveikį. Pateikdami tvirtą HTTP palaikymą ir patobulintą failų įvestį / išvestį, WASI palaikomi Wasm moduliai tampa pirmos klasės piliečiais kuriant mikropaslaugas, API ir serverless funkcijas.

• Sumažintas šaltas paleidimas: Wasm vykdymo aplinkos dažnai turi žymiai greitesnį šalto paleidimo laiką, palyginti su tradiciniais konteineriais ar VM, o tai yra labai svarbus serverless programų privalumas.
• Patobulintas saugumas: Prigimtinis Wasm ir WASI smėlio dėžės naudojimas ir pagal galimybes paremtas saugumas yra labai patrauklus kelių nuomininkų debesų aplinkoms, sumažinant vienos darbo apimties įtakos kitai riziką.
• Kalbos įvairovė: Kūrėjai gali pasinaudoti savo pageidaujamomis kalbomis (Rust, Go, C++, AssemblyScript ir kt.) kurdami debesų kompiuterijos paslaugas, kurios kompiliuojamos į Wasm, skatinant didesnį kūrėjo pasirinkimą ir produktyvumą.
• Perkeliamumas tarp debesų paslaugų teikėjų: Wasm mikropaslauga, sukurta naudojant WASI, teoriškai gali veikti bet kuriame debesų paslaugų teikėjuje, kuris siūlo WASI atitinkančią vykdymo aplinką, sumažinant tiekėjo užraktą.

Krašto kompiuterija

Krašto įrenginiai dažnai turi ribotus išteklius ir unikalius tinklo apribojimus. WASI lengvas pobūdis ir nuspėjamas našumas daro jį idealų krašto diegimui.

• Išteklių efektyvumas: Wasm moduliai sunaudoja mažiau išteklių nei tradiciniai konteineriai, todėl jie tinkami išteklių apribotiems krašto įrenginiams.
• Saugūs nuotoliniai atnaujinimai: Galimybė saugiai diegti ir atnaujinti Wasm modulius nuotoliniu būdu yra didelis pranašumas valdant krašto įrenginių parkus.
• Nuosekli logika per kraštą ir debesį: Kūrėjai gali parašyti logiką vieną kartą Wasm ir nuosekliai ją įdiegti nuo debesies iki krašto, supaprastinant kūrimą ir priežiūrą.

Darbalaukio programos ir įskiepių sistemos

Nors naršyklė išlieka pagrindiniu taikiniu, WASI atveria duris Wasm už interneto ribų. Darbalaukio programos gali panaudoti Wasm įskiepių architektūrai arba saugiai paleisti nepatikimą kodą.

• Saugios įskiepių architektūros: Tokios programos kaip redaktoriai ar IDE gali naudoti Wasm modulius kaip įskiepius, suteikdamos saugią ir smėlio dėžėje esančią aplinką trečiųjų šalių plėtiniams.
• Kryžminės platformos programos: Wasm programos su WASI gali pasiūlyti standartizuotesnį būdą kurti kryžminės platformos darbalaukio programas, nors platformai būdingas UI/UX vis tiek gali prireikti natyvaus kodo.

Įterptosios sistemos

Pažangesnėms įterptosioms sistemoms WASI kontroliuojamas sąveikavimas su aparatūra ir sistemos ištekliais gali būti naudingas, ypač derinant su realaus laiko operacinėmis sistemomis (RTOS), kuriose yra WASI vykdymo aplinkos įgyvendinimai.

Iššūkiai ir kelias į priekį

Nepaisant didžiulės pažangos, WASI ekosistema vis dar bręsta. Yra keletas iššūkių ir sričių, kuriose reikia tęsti plėtrą:

• Standartizacijos tempas: Nors WASI Preview 3 yra didelis žingsnis, pati WASI standartas vis dar vystosi. Kūrėjams gali būti sudėtinga neatsilikti nuo naujausių pasiūlymų ir užtikrinti suderinamumą su skirtingomis vykdymo aplinkomis.
• Vykdymo aplinkos įgyvendinimai: WASI įgyvendinimų kokybė ir funkcijų pilnumas gali skirtis tarp tokių vykdymo aplinkų kaip Wasmtime, Wasmer ir kitos. Kūrėjams reikia pasirinkti vykdymo aplinkas, kurios geriausiai palaiko WASI sąsajas, kuriomis jie remiasi.
• Įrankiai ir derinimas: Nors įrankiai sparčiai tobulėja, kūrimo patirtis naudojant Wasm su WASI, įskaitant derinimą ir profiliavimą, vis dar yra sritis, kurioje daroma didelė pažanga.
• Sąveika su esamomis sistemomis: Sklandus Wasm modulių integravimas su esamais, ne Wasm kodais ir senomis sistemomis reikalauja gerai apibrėžtų sąsajų ir kruopštaus architektūrinio planavimo.
• Sistemos ištekliai ir galimybės: Nuolatinis iššūkis yra pusiausvyra tarp poreikio, kad Wasm moduliai atliktų naudingas sistemos operacijas, ir WASI saugumo modelio. Tikslus galimybių rinkinys ir tai, kaip jos valdomos, ir toliau bus tobulinamos.

WASI ateitis: siekiant bendrosios paskirties kompiuterijos

WASI Preview 3 yra reikšmingas etapas, tačiau tai yra didesnio matmens vizijos dalis – padaryti WebAssembly tikrai universalią vykdymo aplinką. Numatoma, kad būsimos WASI iteracijos apims:

• Sudėtingesnis tinklas: Palaikymas pažangesniems tinklo protokolams ir konfigūracijoms.
• Grafika ir UI: Nors tai nėra pagrindinis dėmesys, tiriama, kaip Wasm gali sąveikauti su grafikos bibliotekomis ir UI sistemomis, galbūt darbalaukio ar įterptųjų atvejų.
• Proceso valdymas: Standartizuoti būdai generuoti ir valdyti antrinius procesus ar gijas Wasm aplinkoje.
• Aparatūros sąveika: Tiesesni, bet saugūs būdai sąveikauti su konkrečiomis aparatūros funkcijomis, ypač aktualūs IoT ir įterptosioms sistemoms.

Išvada: ateities priėmimas su WASI Preview 3

WebAssembly System Interface (WASI) Preview 3 žymi kritinę evoliuciją, kai WebAssembly tampa galingu, saugiu ir nešiojamu sprendimu įvairioms kompiuterijos užduotims, apimančioms daug daugiau nei naršyklė. Patobulinta sistemų iškvietimo sąsaja, ypač su pažanga tinklo kūrimo, failų sistemos prieigos ir laikrodžių valdymo srityse, turėtų paspartinti Wasm diegimą debesų kompiuterijos, serverless ir krašto kompiuterijos aplinkose visame pasaulyje.

Kūrėjams ir organizacijoms visame pasaulyje WASI Preview 3 supratimas ir priėmimas siūlo būdą kurti atsparesnes, saugesnes ir sąveikias programas. „Rašyk vieną kartą, paleisk bet kur“ pažadas tampa apčiuopiama realybe sisteminio lygio programavimui, skatinančiu inovacijas ir efektyvumą įvairiame technologiniame kraštovaizdyje. Kadangi WASI standartas ir jo įgyvendinimai toliau bręsta, galime tikėtis, kad WebAssembly atliks dar svarbesnį vaidmenį programinės įrangos kūrimo ateityje.

Pagrindiniai dalykai, kuriuos reikia atsižvelgti priimant WASI Preview 3:

• Ištirkite Wasm vykdymo aplinkas: Susipažinkite su pagrindinėmis WASI atitinkančiomis vykdymo aplinkomis, pvz., Wasmtime ir Wasmer.
• Pasinaudokite kalbos įrankiais: Ištirkite, kaip jūsų pageidaujamos programavimo kalbos kompiliuojamos į Wasm su WASI palaikymu.
• Supraskite pagal galimybes paremtą saugumą: Kurkite savo Wasm programas, atsižvelgdami į WASI saugumo modelį.
• Pradėkite nuo serverless / mikropaslaugų: Tai yra patys tiesioginiai naudojimo atvejai, kuriems naudingi Preview 3 patobulinimai.
• Būkite atnaujinti: WASI specifikacija yra besikeičiantis taikinys; neatsilikite nuo naujausių pokyčių ir pasiūlymų.

WebAssembly kaip bendrosios paskirties vykdymo aplinkos era yra šalia mūsų, o WASI Preview 3 yra monumentalaus žingsnio ta linkme.