WebAssembly WASI Preview 3: Revolūcija sistēmas izsaukumu saskarnē mākoņpakalpojumiem un ārpus tiem

WebAssembly (Wasm) ir strauji attīstījies no pārlūkprogrammas centrētas tehnoloģijas par jaudīgu izpildlaiku servera pusē lietojumprogrammām, mākoņpakalpojumiem, malu skaitļošanai un pat darbvirsmas vidēm. Šīs paplašināšanās pamatā ir WebAssembly sistēmas saskarne (WASI) – attīstošs standarts, kas nosaka, kā Wasm moduļi var mijiedarboties ar pamatā esošo operētājsistēmu. Jaunākie sasniegumi WASI Preview 3 atspoguļo ievērojamu soli uz priekšu, ieviešot spēcīgāku, paredzamāku un funkcijām bagātāku sistēmas izsaukumu saskarni, kas sola atklāt vēl lielāku potenciālu portatīvai un drošai skaitļošanai visā pasaulē.

WASI rašanās: Saiknes veidošana starp Wasm un sistēmu

Sākotnēji izstrādāts tīmekļa pārlūkprogrammām, WebAssembly "smilškastes" raksturs, raksturīgā drošība un portatīvums padarīja to par pievilcīgu kandidātu ne-pārlūkprogrammas vidēm. Tomēr, lai Wasm moduļi būtu patiesi noderīgi ārpus pārlūkprogrammas, tiem bija nepieciešams standartizēts veids, kā veikt sistēmas līmeņa darbības, piemēram, failu I/O, tīkla piekļuvi un vides mainīgo izgūšanu. Tieši šeit ienāk WASI. WASI mērķis ir nodrošināt konsekventu, uz spējām balstītu API, kas ļauj Wasm moduļiem mijiedarboties ar resursdatora sistēmu drošā un kontrolētā veidā, neatkarīgi no pamatā esošās operētājsistēmas vai aparatūras arhitektūras.

Kāpēc WASI? Galvenās motivācijas un dizaina principi

• Portatīvums: WebAssembly pamatprincips ir "darbojas visur". WASI to attiecina uz sistēmas mijiedarbību, nodrošinot, ka Wasm modulis, kas kompilēts konkrētam WASI mērķim, var darboties jebkurā WASI saderīgā izpildlaikā bez modifikācijas. Tas ir būtisks pavērsiens programmatūras izplatīšanai un izvietošanai dažādās vidēs.
• Drošība: WASI uz spējām balstītais drošības modelis ir ārkārtīgi svarīgs. Tā vietā, lai piešķirtu plašas atļaujas, WASI saskarnes piešķir specifiskas, precīzi definētas spējas (piemēram, spēju lasīt no konkrētas direktorijas vai atvērt konkrētu tīkla ligzdu). Tas ievērojami samazina uzbrukuma virsmu salīdzinājumā ar tradicionālajiem izpildāmo failu modeļiem.
• Sadarbspēja: WASI nodrošina kopīgu pamatu dažādām programmēšanas valodām un izpildlaikiem, lai tās varētu mijiedarboties. C++ lietojumprogramma, kas kompilēta uz Wasm, var nemanāmi mijiedarboties ar Rust moduli vai Go moduli, izmantojot WASI saskarnes, tādējādi veicinot vienotāku izstrādes ekosistēmu.
• Efektivitāte: WebAssembly ir izstrādāts, lai būtu ātrs un efektīvs. Standartizējot sistēmas izsaukumus, WASI mērķis ir samazināt pieskaitāmās izmaksas, kas saistītas ar starpprocesu komunikāciju vai sistēmas izsaukumiem tradicionālajās vidēs, īpaši, ja tie tiek izpildīti optimizētos Wasm izpildlaikos, piemēram, Wasmtime vai Wasmer.

Attīstība līdz Preview 3: ierobežojumu novēršana un iespēju paplašināšana

WASI Preview 3 ceļš ir bijis iteratīvs, balstoties uz pamatiem, ko radīja agrākas specifikācijas, jo īpaši WASI Preview 1. Lai gan Preview 1 ieviesa pamatkoncepcijas un galveno API kopumu, tam bija zināmi ierobežojumi, kas kavēja tā pieņemšanu sarežģītākiem lietošanas gadījumiem, jo īpaši servera pusē un mākoņpakalpojumu scenārijos. Preview 3 mērķis ir novērst šos ierobežojumus, pilnveidojot esošās API un ieviešot jaunas, koncentrējoties uz stabilitāti, skaidrību un plašāku pielietojamību.

Galvenie WASI Preview 3 uzlabojumi

WASI Preview 3 nav viena monolīta izmaiņa, bet drīzāk savstarpēji saistītu priekšlikumu un pilnveidojumu kolekcija, kas kopīgi uzlabo sistēmas izsaukumu saskarni. Lai gan precīza struktūra un nosaukumu konvencijas joprojām tiek nostiprinātas, galvenās tēmas ir saistītas ar visaptverošāka un idioomātiskāka veida nodrošināšanu Wasm moduļiem mijiedarbībai ar resursdatoru sistēmām. Šeit ir daži no nozīmīgākajiem uzlabojumu virzieniem:

1. Tīkla piekļuve un HTTP atbalsts

Viens no nozīmīgākajiem agrīno WASI versiju ierobežojumiem servera puses izstrādē bija robustu tīkla iespēju trūkums. Preview 3 ir panācis ievērojamu progresu šajā jomā, īpaši ar HTTP servera un klienta priekšlikumu izstrādi. To mērķis ir nodrošināt standartizētu veidu, kā Wasm moduļi var apstrādāt ienākošos HTTP pieprasījumus un veikt izejošos HTTP zvanus.

• HTTP servera API: Šis priekšlikums definē saskarnes Wasm izpildlaikiem, lai tie Wasm moduļiem atklātu ienākošos HTTP pieprasījumus. Tas ir būtiski tīmekļa serveru, API vārteju un mikropakalpojumu veidošanai pilnībā WebAssembly ietvaros. Izstrādātāji var rakstīt apstrādātājus specifiskiem maršrutiem, apstrādāt pieprasījumu galvenes un ķermeņus, un nosūtīt atpakaļ HTTP atbildes. Tas ļauj izveidot patiesi portatīvas tīmekļa lietojumprogrammas, kas var darboties jebkurā WASI saderīgā izpildlaikā, neatkarīgi no tā, vai tas ir mākoņpakalpojumu sniedzējs, malas ierīce vai pat lokāls izstrādes serveris.
• HTTP klienta API: Papildinot servera API, klienta API ļauj Wasm moduļiem uzsākt izejošus HTTP pieprasījumus. Tas ir būtiski integrācijai ar ārējiem pakalpojumiem, datu iegūšanai no API un mikropakalpojumu veidošanai, kas savstarpēji sazinās. API ir izstrādāta, lai būtu efektīva un droša, nodrošinot precīzu kontroli pār pieprasījumu parametriem un atbilžu apstrādi.
• Tīkla iespējas (vispārīgi): Papildus HTTP notiek pastāvīgi centieni standartizēt zemāka līmeņa tīkla primitīvus, piemēram, ligzdu programmēšanu (TCP/UDP). Lai gan tie var nebūt sākotnējo Preview 3 laidienu galvenais fokuss, tie ir kritiski svarīgi sarežģītāku tīkla lietojumprogrammu veidošanai un plašas savietojamības nodrošināšanai ar esošajiem tīkla protokoliem.

Piemērs: Iedomājieties, ka veidojat bezservera API galapunktu, izmantojot Rust un WebAssembly. Ar WASI Preview 3 HTTP servera iespējām jūsu Rust Wasm modulis varētu klausīties ienākošos pieprasījumus, parsēt JSON datu apjomu, mijiedarboties ar datubāzi (izmantojot citu WASI saskarni vai resursdatora nodrošinātu funkciju) un atgriezt JSON atbildi, viss drošā Wasm "smilškastē". Šo lietojumprogrammu pēc tam varētu izvietot dažādās mākoņplatformās bez izmaiņām, gūstot labumu no konsekventās WASI saskarnes.

2. Failu sistēmas piekļuves uzlabojumi

Lai gan WASI Preview 1 iekļāva pamata failu sistēmas piekļuvi, izmantojot komponentu wasi-filesystem, Preview 3 mērķis ir pilnveidot un paplašināt šīs iespējas, lai tās labāk atbilstu modernām failu sistēmas darbībām un nodrošinātu precīzāku kontroli.

• Direktoriju straumes: Uzlaboti mehānismi direktoriju satura iterēšanai, ļaujot Wasm moduļiem efektīvi uzskaitīt failus un apakšdirektorijus.
• Failu metadati: Standartizēti veidi, kā piekļūt failu metadatiem, piemēram, atļaujām, laika zīmogiem un izmēram.
• Asinhronā I/O: Lai gan tas joprojām ir aktīva attīstības joma, arvien lielāks uzsvars tiek likts uz asinhrono failu I/O darbību atbalstīšanu, lai novērstu Wasm izpildlaika bloķēšanu un uzlabotu kopējo veiktspēju, īpaši I/O intensīvās lietojumprogrammās.

Piemērs: Datu apstrādes lietojumprogrammai, kas rakstīta Go valodā un kompilēta uz Wasm, var būt nepieciešams lasīt vairākus konfigurācijas failus no noteikta direktorija. WASI Preview 3 uzlabotās failu sistēmas API ļautu tai droši un efektīvi uzskaitīt failus, nolasīt to saturu un apstrādāt tos, vienlaikus ievērojot konkrētās direktorijas, kurām Wasm izpildlaiks ir piešķīris piekļuvi.

3. Pulksteņi un taimeri

Precīza laika uzskaite un spēja plānot darbības ir fundamentālas daudzām lietojumprogrammām. Preview 3 precizē un standartizē saskarnes sistēmas pulksteņu piekļuvei un taimeru iestatīšanai.

• Monotonie pulksteņi: Nodrošina piekļuvi pulksteņiem, kuriem garantēts nepārtraukts pieaugums, piemēroti laika intervālu mērīšanai un veiktspējas regresiju noteikšanai.
• Reāllaika pulkstenis: Ļauj piekļūt pašreizējam datumam un laikam, noderīgs žurnālu ierakstīšanai, plānošanai un lietotāja saskarnes funkcijām.
• Taimeri: Ļauj Wasm moduļiem plānot asinhronus notikumus vai atzvanus pēc noteiktas aizkaves, kas ir kritiski svarīgi atsaucīgu lietojumprogrammu veidošanai un taimautu ieviešanai.

Piemērs: Fona darba process Wasm varētu izmantot taimeru saskarnes, lai periodiski pārbaudītu atjauninājumus vai veiktu plānotus apkopes uzdevumus. Tas varētu arī izmantot monotonus pulksteņus, lai mērītu kritisko darbību ilgumu modulī.

4. Vides mainīgie un argumenti

Piekļuve vides mainīgajiem un komandrindas argumentiem ir bieža prasība lietojumprogrammu konfigurēšanai. Preview 3 nostiprina šīs saskarnes, padarot Wasm moduļu dinamisku konfigurēšanu izpildlaikā vieglāku.

• Vides mainīgie: Nodrošina drošu veidu, kā nolasīt vides mainīgos, kurus resursdatora izpildlaiks ir skaidri nodevis Wasm modulim.
• Komandrindas argumenti: Ļauj Wasm moduļiem piekļūt argumentiem, kas tiem nodoti, kad tos izsauc resursdators.

Piemērs: Wasm balstīta utilītprogramma, kurai nepieciešama datubāzes savienojuma virkne, varētu nolasīt šo virkni no vides mainīgā, ko iestatījis konteineru orķestrētājs, vai no lietotāja nodrošinātajiem komandrindas argumentiem, padarot Wasm moduli ļoti konfigurējamu bez pārkompilēšanas.

5. Standartizēta kļūdu apstrāde un iespējas

Papildus specifiskām funkcionālām API, Preview 3 koncentrējas arī uz WASI vispārējo dizaina principu uzlabošanu, ieskaitot kļūdu apstrādi un uz spējām balstīto drošības modeli.

• Skaidrāka kļūdu ziņošana: Tiek veikti pasākumi, lai nodrošinātu standartizētākus un informatīvākus kļūdu kodus un ziņojumus no WASI sistēmas izsaukumiem, padarot atkļūdošanu un kļūdu apstrādi Wasm moduļos vienkāršāku.
• Precizēta spēju pārvaldība: Uz spējām balstītais modelis tiek atkārtoti pilnveidots, lai nodrošinātu, ka tas ir gan pietiekami jaudīgs sarežģītām lietojumprogrammām, gan viegli ieviešams un pārvaldāms izpildlaikiem. Tas ietver veidus, kā droši nodot spējas starp Wasm moduļiem.

WASI Preview 3 ietekme uz dažādām skaitļošanas paradigmām

WASI Preview 3 uzlabojumiem ir tālejošas sekas dažādās skaitļošanas jomās:

Mākoņpakalpojumi un bezserveru skaitļošana

Šī ir, iespējams, joma, kurā WASI Preview 3 būs vislielākā un tūlītējākā ietekme. Nodrošinot robustu HTTP atbalstu un uzlabotu failu I/O, WASI atbalstītie Wasm moduļi kļūst par pirmklasīgām sastāvdaļām mikropakalpojumu, API un bezserveru funkciju veidošanā.

• Samazināts aukstais starts: Wasm izpildlaikiem bieži vien ir ievērojami ātrāks aukstais starts salīdzinājumā ar tradicionālajiem konteineriem vai virtuālajām mašīnām, kas ir būtisks ieguvums bezserveru lietojumprogrammām.
• Uzlabota drošība: Wasm un WASI raksturīgā izolācija un uz spējām balstītā drošība ir ļoti pievilcīga daudzlietotāju mākoņvidēs, samazinot risku, ka viena darba slodze ietekmē citu.
• Valodu daudzveidība: Izstrādātāji var izmantot savas iecienītākās valodas (Rust, Go, C++, AssemblyScript utt.), lai veidotu mākoņpakalpojumus, kas tiek kompilēti uz Wasm, veicinot lielāku izstrādātāju izvēli un produktivitāti.
• Portatīvums starp mākoņpakalpojumu sniedzējiem: Wasm mikropakalpojums, kas veidots ar WASI, teorētiski var darboties jebkurā mākoņpakalpojumu sniedzējā, kas piedāvā WASI saderīgu izpildlaiku, samazinot piegādātāja atkarību.

Malu skaitļošana

Malu ierīcēm bieži ir ierobežoti resursi un unikāli tīkla ierobežojumi. WASI vieglā daba un paredzamā veiktspēja padara to ideāli piemērotu malu izvietošanai.

• Resursu efektivitāte: Wasm moduļi patērē mazāk resursu nekā tradicionālie konteineri, padarot tos piemērotus ierobežotu resursu malu ierīcēm.
• Droši attāli atjauninājumi: Spēja droši izvietot un attālināti atjaunināt Wasm moduļus ir ievērojama priekšrocība malu ierīču pārvaldīšanā.
• Konsekventa loģika starp malu un mākoni: Izstrādātāji var rakstīt loģiku vienreiz Wasm un izvietot to konsekventi no mākoņa līdz malai, vienkāršojot izstrādi un uzturēšanu.

Darbvirsmas lietojumprogrammas un spraudņu sistēmas

Lai gan pārlūkprogramma joprojām ir galvenais mērķis, WASI atver durvis Wasm ārpus tīmekļa. Darbvirsmas lietojumprogrammas var izmantot Wasm spraudņu arhitektūrām vai drošai neuzticama koda izpildei.

• Drošas spraudņu arhitektūras: Lietojumprogrammas, piemēram, redaktori vai IDE, var izmantot Wasm moduļus kā spraudņus, nodrošinot drošu un izolētu vidi trešo pušu paplašinājumiem.
• Starpplatformu lietojumprogrammas: Wasm lietojumprogrammas ar WASI var piedāvāt standartizētāku veidu, kā veidot starpplatformu darbvirsmas lietojumprogrammas, lai gan platformai specifiskai UI/UX joprojām var būt nepieciešams vietējais kods.

Iegultās sistēmas

Sarežģītākām iegultām sistēmām WASI kontrolētā mijiedarbība ar aparatūru un sistēmas resursiem var būt noderīga, īpaši, ja to apvieno ar reāllaika operētājsistēmām (RTOS), kurām ir WASI izpildlaika implementācijas.

Izaicinājumi un turpmākais ceļš

Neskatoties uz milzīgo progresu, WASI ekosistēma joprojām attīstās. Pastāv vairāki izaicinājumi un jomas, kurās nepieciešama turpmāka attīstība:

• Standartizācijas temps: Lai gan WASI Preview 3 ir liels solis, pats WASI standarts joprojām attīstās. Sekošana līdzi jaunākajiem priekšlikumiem un savietojamības nodrošināšana dažādos izpildlaikos var būt izaicinājums izstrādātājiem.
• Izpildlaika implementācijas: WASI implementāciju kvalitāte un funkciju pilnīgums var atšķirties starp izpildlaikiem, piemēram, Wasmtime, Wasmer un citiem. Izstrādātājiem jāizvēlas izpildlaiki, kas vislabāk atbalsta WASI saskarnes, uz kurām viņi paļaujas.
• Rīki un atkļūdošana: Lai gan rīki strauji uzlabojas, izstrādes pieredze Wasm ar WASI, ieskaitot atkļūdošanu un profilēšanu, joprojām ir joma, kurā tiek panākti ievērojami uzlabojumi.
• Sadarbspēja ar esošajām sistēmām: Nemanāmai Wasm moduļu integrēšanai ar esošajām, ne-Wasm kodu bāzēm un mantotajām sistēmām ir nepieciešamas labi definētas saskarnes un rūpīga arhitektūras plānošana.
• Sistēmas resursi un spējas: Līdzsvara atrašana starp Wasm moduļu nepieciešamību veikt noderīgas sistēmas darbības un WASI drošības modeli ir pastāvīgs izaicinājums. Tiks turpināta precīza spēju kopuma definēšana un to pārvaldība.

WASI nākotne: virzība uz vispārējas nozīmes skaitļošanu

WASI Preview 3 ir nozīmīgs pavērsiens, bet tas ir daļa no lielākas vīzijas, lai padarītu WebAssembly par patiesi universālu izpildlaiku. Paredzams, ka nākamās WASI iterācijas ietvers:

• Sarežģītāka tīkla darbība: Atbalsts sarežģītākiem tīkla protokoliem un konfigurācijām.
• Grafika un UI: Lai gan tas nav galvenais fokuss, tiek pētīts, kā Wasm varētu saskarties ar grafikas bibliotēkām un UI ietvariem, iespējams, darbvirsmas vai iegultām lietošanas gadījumiem.
• Procesu pārvaldība: Standartizēti veidi, kā izveidot un pārvaldīt bērnu procesus vai pavedienus Wasm vidē.
• Aparatūras mijiedarbība: Tiešāki, tomēr drošāki veidi, kā mijiedarboties ar specifiskām aparatūras funkcijām, kas īpaši svarīgi IoT un iegultajām sistēmām.

Secinājums: Nākotnes pieņemšana ar WASI Preview 3

WebAssembly sistēmas saskarne (WASI) Preview 3 iezīmē kritisku evolūciju, padarot WebAssembly par jaudīgu, drošu un portatīvu risinājumu plašam skaitļošanas uzdevumu klāstam, sniedzoties tālu aiz pārlūkprogrammas. Uzlabotā sistēmas izsaukumu saskarne, īpaši ar tās sasniegumiem tīkla darbībā, failu sistēmas piekļuvē un pulksteņa pārvaldībā, ir gatava paātrināt Wasm ieviešanu mākoņpakalpojumu, bezserveru un malu skaitļošanas vidēs visā pasaulē.

Izstrādātājiem un organizācijām visā pasaulē WASI Preview 3 izpratne un ieviešana piedāvā ceļu uz izturīgāku, drošāku un sadarbspējīgāku lietojumprogrammu veidošanu. Solījums "uzrakstīt vienreiz, darbināt visur" kļūst par taustāmu realitāti sistēmas līmeņa programmēšanā, veicinot inovācijas un efektivitāti dažādās tehnoloģiskajās ainavās. Tā kā WASI standarts un tā implementācijas turpina attīstīties, mēs varam sagaidīt, ka WebAssembly spēlēs vēl centrālāku lomu programmatūras izstrādes nākotnē.

Galvenie punkti WASI Preview 3 ieviešanai:

• Izpētiet Wasm izpildlaikus: Iepazīstieties ar vadošajiem WASI saderīgajiem izpildlaikiem, piemēram, Wasmtime un Wasmer.
• Izmantojiet valodu rīkus: Izpētiet, kā jūsu iecienītās programmēšanas valodas tiek kompilētas uz Wasm ar WASI atbalstu.
• Izprotiet uz spējām balstītu drošību: Izstrādājiet savas Wasm lietojumprogrammas, ņemot vērā WASI drošības modeli.
• Sāciet ar bezserveru/mikropakalpojumiem: Šie ir vispiemērotākie lietošanas gadījumi, kas gūst labumu no Preview 3 uzlabojumiem.
• Esiet informēti: WASI specifikācija ir mainīgs mērķis; sekojiet līdzi jaunākajiem notikumiem un priekšlikumiem.

WebAssembly kā vispārējas nozīmes izpildlaika ēra ir klāt, un WASI Preview 3 ir milzīgs solis šajā virzienā.