WebAssembly WASI Preview 3: Bulut-Yerel ve Ötesi İçin Sistem Çağrı Arayüzünde Bir Devrim

WebAssembly (Wasm), hızla tarayıcı merkezli bir teknolojiden sunucu tarafı uygulamalar, bulut-yerel hizmetler, kenar bilişim ve hatta masaüstü ortamları için güçlü bir çalışma zamanına evrildi. Bu genişlemenin kalbinde, Wasm modüllerinin alttaki işletim sistemiyle nasıl etkileşim kuracağını tanımlayan gelişen bir standart olan WebAssembly Sistem Arayüzü (WASI) yer alıyor. WASI Preview 3'teki son gelişmeler, daha sağlam, öngörülebilir ve özellik açısından zengin bir sistem çağrı arayüzü sunarak dünya çapında taşınabilir ve güvenli bilişim için daha da büyük potansiyelin kilidini açmayı vaat eden önemli bir sıçrama temsil ediyor.

WASI'nin Doğuşu: Wasm ve Sistem Arasındaki Boşluğu Doldurmak

Başlangıçta web tarayıcıları için tasarlanan WebAssembly'nin sanal alan (sandboxed) yapısı, doğal güvenliği ve taşınabilirliği, onu tarayıcı dışı ortamlar için çekici bir aday haline getirdi. Ancak, tarayıcı dışında gerçekten kullanışlı olabilmek için Wasm modüllerinin dosya G/Ç, ağ erişimi ve ortam değişkeni alma gibi sistem düzeyinde işlemler gerçekleştirmesi için standartlaştırılmış bir yola ihtiyacı vardı. İşte tam da burada WASI devreye giriyor. WASI, alttaki işletim sisteminden veya donanım mimarisinden bağımsız olarak, Wasm modüllerinin ana sisteme güvenli ve kontrollü bir şekilde etkileşim kurmasına olanak tanıyan tutarlı, yetenek (capability)-tabanlı bir API sağlamayı amaçlamaktadır.

Neden WASI? Temel Motivasyonlar ve Tasarım İlkeleri

• Taşınabilirlik: WebAssembly'nin temel vaadi "her yerde çalışmak"tır. WASI, sistem etkileşimlerine bunu genişleterek, belirli bir WASI hedefi için derlenen bir Wasm modülünün herhangi bir WASI uyumlu çalışma zamanında değişiklik yapmadan çalışabilmesini sağlar. Bu, çeşitli ortamlarda yazılım dağıtımı ve dağıtımı için oyunun kurallarını değiştiren bir durumdur.
• Güvenlik: WASI'nin yetenek (capability)-tabanlı güvenlik modeli çok önemlidir. Geniş izinler vermek yerine, WASI arayüzleri belirli, ayrıntılı yetenekler (örneğin, belirli bir dizinden okuma veya belirli bir ağ soketini açma yeteneği) sağlar. Bu, geleneksel yürütülebilir modellere kıyasla saldırı yüzeyini önemli ölçüde azaltır.
• Birlikte Çalışabilirlik: WASI, farklı programlama dilleri ve çalışma zamanlarının etkileşim kurması için ortak bir zemin sağlar. Wasm'a derlenmiş bir C++ uygulaması, WASI arayüzleri aracılığıyla bir Rust modülü veya bir Go modülü ile sorunsuz bir şekilde etkileşim kurabilir, daha birleşik bir geliştirme ekosistemini teşvik eder.
• Verimlilik: WebAssembly hızlı ve verimli olacak şekilde tasarlanmıştır. Sistem çağrılarını standartlaştırarak, WASI, özellikle Wasmtime veya Wasmer gibi optimize edilmiş Wasm çalışma zamanları içinde yürütüldüğünde, geleneksel ortamlardaki işlemler arası iletişim veya sistem çağrılarıyla ilişkili ek yükü en aza indirmeyi amaçlar.

Preview 3'e Evrim: Sınırlamaları Ele Alma ve Yetenekleri Genişletme

WASI Preview 3'e giden yol, önceki spesifikasyonlar, özellikle de WASI Preview 1 tarafından oluşturulan temeller üzerine inşa edilen tekrarlayan bir yolculuk olmuştur. Preview 1 temel kavramları ve bir dizi çekirdek API'yi tanıtırken, özellikle sunucu tarafı ve bulut-yerel senaryoları gibi daha karmaşık kullanım durumları için benimsenmesini engelleyen belirli sınırlamalara sahipti. Preview 3, mevcut API'leri iyileştirerek ve yenilerini tanıtarak, kararlılık, açıklık ve daha geniş uygulanabilirliğe odaklanarak bunları ele almayı amaçlamaktadır.

WASI Preview 3'teki Temel Geliştirmeler

WASI Preview 3, tek bir monolitik değişiklik değil, sistem çağrı arayüzünü toplu olarak geliştiren birbirine bağlı öneriler ve iyileştirmeler koleksiyonudur. Kesin yapı ve adlandırma kuralları hala sağlamlaşmakla birlikte, temel temalar, Wasm modüllerinin ana sistemlerle etkileşim kurması için daha kapsamlı ve idiomatik bir yol sağlamak etrafında dönmektedir. İşte en önemli iyileştirme alanlarından bazıları:

1. Ağ Erişimi ve HTTP Desteği

Sunucu tarafı geliştirme için erken WASI sürümlerinin en önemli sınırlamalarından biri, sağlam ağ yeteneklerinin eksikliğiydi. Preview 3, bu alanda, özellikle HTTP sunucu ve istemci önerilerinin geliştirilmesiyle önemli ilerleme kaydetmektedir. Bunlar, Wasm modüllerinin gelen HTTP isteklerini işlemesi ve giden HTTP çağrıları yapması için standartlaştırılmış bir yol sağlamayı amaçlamaktadır.

• HTTP Sunucu API'si: Bu öneri, Wasm çalışma zamanlarının Wasm modüllerine gelen HTTP isteklerini sunması için arayüzleri tanımlar. Bu, tamamen WebAssembly içinde web sunucuları, API ağ geçitleri ve mikro hizmetler oluşturmak için kritik öneme sahiptir. Geliştiriciler belirli rotalar için işleyiciler yazabilir, istek üstbilgilerini ve gövdelerini işleyebilir ve HTTP yanıtları gönderebilirler. Bu, ister bir bulut sağlayıcısı, ister bir kenar aygıtı veya hatta yerel bir geliştirme sunucusu olsun, herhangi bir WASI uyumlu çalışma zamanında çalışabilen gerçekten taşınabilir web uygulamalarının oluşturulmasına olanak tanır.
• HTTP İstemci API'si: Sunucu API'sini tamamlayan istemci API, Wasm modüllerinin giden HTTP istekleri başlatmasına olanak tanır. Bu, harici hizmetlerle entegre olmak, API'lerden veri almak ve birbirleriyle iletişim kuran mikro hizmetler oluşturmak için gereklidir. API, istek parametreleri ve yanıt işleme üzerinde ayrıntılı kontrol sağlayarak verimli ve güvenli olacak şekilde tasarlanmıştır.
• Ağ Yetenekleri (Genel): HTTP'nin ötesinde, soket programlama (TCP/UDP) gibi daha düşük seviyeli ağ ögelerini standartlaştırmak için devam eden çalışmalar bulunmaktadır. Bunlar ilk Preview 3 sürümlerinin birincil odak noktası olmasa da, daha karmaşık ağ uygulamaları oluşturmak ve mevcut ağ protokolleriyle geniş uyumluluğu sağlamak için kritiktir.

Örnek: Rust ve WebAssembly kullanarak bir sunucusuz API uç noktası oluşturduğunuzu hayal edin. WASI Preview 3'ün HTTP sunucu yetenekleriyle, Rust Wasm modülünüz gelen isteklere kulak verebilir, JSON yüklerini ayrıştırabilir, bir veritabanı ile (başka bir WASI arayüzü veya ana tarafından sağlanan bir işlev aracılığıyla) etkileşim kurabilir ve yanıt olarak bir JSON yanıtı döndürebilir; hepsi güvenli Wasm sanal alanında. Bu uygulama daha sonra, tutarlı WASI arayüzünden yararlanarak, çeşitli bulut platformlarında değişiklik yapılmadan dağıtılabilir.

2. Dosya Sistemi Erişimi Geliştirmeleri

WASI Preview 1, wasi-filesystem bileşeni aracılığıyla temel dosya sistemi erişimi içerirken, Preview 3 bu yetenekleri modern dosya sistemi işlemleriyle daha iyi uyumlu hale getirmek ve daha ayrıntılı kontrol sağlamak için iyileştirmeyi ve genişletmeyi amaçlamaktadır.

• Dizin Akışları: Wasm modüllerinin dosyaları ve alt dizinleri verimli bir şekilde listelemelerine olanak tanıyan dizin içeriği üzerinde yineleme için iyileştirilmiş mekanizmalar.
• Dosya Meta Verileri: İzinler, zaman damgaları ve boyut gibi dosya meta verilerine erişmek için standartlaştırılmış yollar.
• Asenkron G/Ç: Hala aktif bir geliştirme alanı olmasına rağmen, Wasm çalışma zamanını engellemeyi önlemek ve özellikle G/Ç'ye bağlı uygulamalarda genel performansı artırmak için asenkron dosya G/Ç işlemlerini desteklemeye yönelik artan bir vurgu bulunmaktadır.

Örnek: Wasm'a derlenmiş Go ile yazılmış bir veri işleme uygulaması, belirli bir dizindeki birden çok yapılandırma dosyasını okuması gerekebilir. WASI Preview 3'ün geliştirilmiş dosya sistemi API'leri, Wasm çalışma zamanının ona erişim izni verdiği belirli dizinlere saygı duyarken, dosyaları verimli bir şekilde listelemesine, içeriklerini okumasına ve işlemesine olanak tanır.

3. Saatler ve Zamanlayıcılar

Doğru zaman tutma ve işlemleri zamanlama yeteneği birçok uygulama için temeldir. Preview 3, sistem saatlerine erişim ve zamanlayıcılar ayarlama arayüzlerini netleştirmekte ve standartlaştırmaktadır.

• Monotonik Saatler: Her zaman artması garanti edilen saatlere erişim sağlar, zaman aralıklarını ölçmek ve performans gerilemelerini tespit etmek için uygundur.
• Duvar Saati Zamanı: Günlükleme, zamanlama ve kullanıcıya yönelik özellikler için kullanışlı olan mevcut tarih ve saate erişim sağlar.
• Zamanlayıcılar: Wasm modüllerinin belirli bir gecikmeden sonra asenkron olayları veya geri çağırmaları zamanlamasına olanak tanır, yanıt veren uygulamalar oluşturmak ve zaman aşımlarını uygulamak için kritiktir.

Örnek: Wasm'daki bir arka plan işleyici işlemi, güncellemeleri periyodik olarak kontrol etmek veya zamanlanmış bakım görevlerini yerine getirmek için zamanlayıcı arayüzlerini kullanabilir. Ayrıca, modül içindeki kritik işlemlerin süresini ölçmek için monotonik saatleri de kullanabilir.

4. Ortam Değişkenleri ve Argümanları

Ortam değişkenlerine ve komut satırı argümanlarına erişmek, uygulamaları yapılandırmak için yaygın bir gereksinimdir. Preview 3 bu arayüzleri sağlamlaştırır, Wasm modüllerinin çalışma zamanında dinamik olarak yapılandırılmasını kolaylaştırır.

• Ortam Değişkenleri: Ana çalışma zamanının Wasm modülüne açıkça ilettiği ortam değişkenlerini okumak için güvenli bir yol sağlar.
• Komut Satırı Argümanları: Wasm modüllerinin ana tarafından çağrıldıklarında kendilerine iletilen argümanlara erişmesine olanak tanır.

Örnek: Bir veritabanı bağlantı dizesi gerektiren Wasm tabanlı bir yardımcı program, bu dizeyi kapsayıcı orkestratörü tarafından ayarlanan bir ortam değişkeninden veya kullanıcı tarafından sağlanan komut satırı argümanlarından okuyabilir, bu da Wasm modülünü yeniden derlemeye gerek kalmadan oldukça yapılandırılabilir hale getirir.

5. Standartlaştırılmış Hata İşleme ve Yetenekler

Belirli işlevsel API'lerin ötesinde, Preview 3 ayrıca hata işleme ve yetenek (capability)-tabanlı güvenlik modeli dahil olmak üzere WASI'nin genel tasarım ilkelerini iyileştirmeye odaklanmaktadır.

• Daha Net Hata Raporlaması: WASI sistem çağrılarından daha standart ve bilgilendirici hata kodları ve mesajları sağlamak için çalışmalar devam etmektedir, bu da Wasm modülleri içindeki hata ayıklama ve hata işlemeyi daha kolay hale getirmektedir.
• İyileştirilmiş Yetenek Yönetimi: Yetenek (capability)-tabanlı model, hem karmaşık uygulamalar için yeterince güçlü hem de çalışma zamanlarının uygulaması ve yönetimi için kolay olmasını sağlamak üzere üzerinde çalışılmaktadır. Bu, yetenekleri Wasm modülleri arasında güvenli bir şekilde iletmenin yollarını keşfetmeyi içerir.

WASI Preview 3'ün Farklı Bilişim Paradigmalarına Etkisi

WASI Preview 3'teki geliştirmeler, çeşitli bilişim alanlarında geniş kapsamlı etkilere sahiptir:

Bulut-Yerel ve Sunucusuz Bilişim

Bu, muhtemelen WASI Preview 3'ün en acil ve derin etkiye sahip olacağı yerdir. Sağlam HTTP desteği ve geliştirilmiş dosya G/Ç sağlayarak, WASI destekli Wasm modülleri mikro hizmetler, API'ler ve sunucusuz işlevler oluşturmak için birinci sınıf vatandaşlar haline gelmektedir.

• Daha Az Soğuk Başlangıç: Wasm çalışma zamanları genellikle geleneksel kapsayıcılara veya VM'lere kıyasla önemli ölçüde daha hızlı soğuk başlangıç sürelerine sahiptir, bu da sunucusuz uygulamalar için kritik bir faydadır.
• Gelişmiş Güvenlik: Wasm ve WASI'nin doğal sanal alanı ve yetenek (capability)-tabanlı güvenliği, çok kiracılı bulut ortamları için oldukça çekicidir ve bir iş yükünün diğerini etkileme riskini azaltır.
• Dil Çeşitliliği: Geliştiriciler, Wasm'a derlenen bulut-yerel hizmetler oluşturmak için tercih ettikleri dilleri (Rust, Go, C++, AssemblyScript vb.) kullanabilirler, bu da daha fazla geliştirici seçimi ve üretkenliği teşvik eder.
• Bulut Sağlayıcıları Arasında Taşınabilirlik: WASI ile oluşturulan bir Wasm mikro hizmeti, teorik olarak, WASI uyumlu bir çalışma zamanı sunan herhangi bir bulut sağlayıcısında çalışabilir ve satıcıya bağımlılığı azaltır.

Kenar Bilişim

Kenar aygıtları genellikle sınırlı kaynaklara ve benzersiz ağ kısıtlamalarına sahiptir. WASI'nin hafif doğası ve öngörülebilir performansı, kenar dağıtımları için idealdir.

• Kaynak Verimliliği: Wasm modülleri geleneksel kapsayıcılardan daha az kaynak tüketir, bu da onları kaynakları kısıtlı kenar aygıtları için uygun hale getirir.
• Güvenli Uzaktan Güncellemeler: Wasm modüllerini uzaktan güvenli bir şekilde dağıtma ve güncelleme yeteneği, kenar aygıtı filolarını yönetmek için önemli bir avantajdır.
• Bulut ve Kenar Arasında Tutarlı Mantık: Geliştiriciler mantığı bir kez Wasm'da yazıp buluttan kenara tutarlı bir şekilde dağıtabilir, bu da geliştirmeyi ve bakımı basitleştirir.

Masaüstü Uygulamaları ve Eklenti Sistemleri

Tarayıcı önemli bir hedef olmaya devam ederken, WASI Wasm için web dışında da kapılar açıyor. Masaüstü uygulamaları, eklenti mimarileri için veya güvenilmeyen kodu güvenli bir şekilde çalıştırmak için Wasm'dan yararlanabilir.

• Güvenli Eklenti Mimarileri: Editörler veya IDE'ler gibi uygulamalar, üçüncü taraf uzantılar için güvenli ve sanal alanlanmış bir ortam sağlayarak Wasm modüllerini eklenti olarak kullanabilir.
• Platformlar Arası Uygulamalar: WASI ile Wasm uygulamaları, platformlar arası masaüstü uygulamaları oluşturmak için daha standart bir yol sunabilir, ancak platforma özgü kullanıcı arayüzü/kullanıcı deneyimi hala yerel kod gerektirebilir.

Gömülü Sistemler

Daha gelişmiş gömülü sistemler için, WASI'nin donanım ve sistem kaynaklarıyla kontrollü etkileşimi, özellikle WASI çalışma zamanı uygulamalarına sahip gerçek zamanlı işletim sistemleriyle (RTOS) birleştirildiğinde faydalı olabilir.

Zorluklar ve Gelecek Yol

Muazzam ilerlemeye rağmen, WASI ekosistemi hala olgunlaşmaktadır. Devam eden birkaç zorluk ve geliştirme alanı vardır:

• Standardizasyon Hızı: WASI Preview 3 büyük bir adım olsa da, WASI standardı hala gelişmektedir. En son önerileri takip etmek ve farklı çalışma zamanları arasında uyumluluğu sağlamak, geliştiriciler için bir zorluk olabilir.
• Çalışma Zamanı Uygulamaları: WASI uygulamalarının kalitesi ve özellik eksiksizliği, Wasmtime, Wasmer ve diğerleri gibi çalışma zamanları arasında değişiklik gösterebilir. Geliştiriciler, güvendikleri WASI arayüzlerini en iyi şekilde destekleyen çalışma zamanlarını seçmelidir.
• Araçlar ve Hata Ayıklama: Araçlar hızla iyileşmekle birlikte, hata ayıklama ve profil oluşturma dahil olmak üzere WASI ile Wasm için geliştirme deneyimi hala önemli gelişmelerin yapıldığı bir alandır.
• Mevcut Sistemlerle Birlikte Çalışabilirlik: Wasm modüllerini mevcut, Wasm olmayan kod tabanları ve eski sistemlerle sorunsuz bir şekilde entegre etmek, iyi tanımlanmış arayüzler ve dikkatli mimari planlama gerektirir.
• Sistem Kaynakları ve Yetenekler: Wasm modüllerinin yararlı sistem işlemleri gerçekleştirmesi ihtiyacı ile WASI'nin güvenlik modeli arasında denge kurmak devam eden bir zorluktur. Yeteneklerin kesin kümesini ve bunların nasıl yönetildiğini tanımlamak rafine edilmeye devam edecektir.

WASI'nin Geleceği: Genel Amaçlı Bilişime Doğru

WASI Preview 3 önemli bir kilometre taşıdır, ancak WebAssembly'yi gerçekten evrensel bir çalışma zamanı haline getirme vizyonunun bir parçasıdır. WASI'nin gelecekteki yinelemelerinin şunları içermesi beklenmektedir:

• Daha Gelişmiş Ağ: Daha gelişmiş ağ protokolleri ve yapılandırmaları için destek.
• Grafikler ve Kullanıcı Arayüzü: Odak noktası olmasa da, Wasm'ın grafik kütüphaneleri ve kullanıcı arayüzü çerçeveleriyle nasıl etkileşim kurabileceğine dair araştırmalar bulunmaktadır, potansiyel olarak masaüstü veya gömülü kullanım durumları için.
• İşlem Yönetimi: Wasm ortamı içinde alt işlemler veya iş parçacıkları başlatmak ve yönetmek için standartlaştırılmış yollar.
• Donanım Etkileşimi: Özellikle IoT ve gömülü sistemler için ilgili olan belirli donanım özellikleriyle daha doğrudan, ancak güvenli etkileşim yolları.

Sonuç: WASI Preview 3 ile Geleceği Kucaklamak

WebAssembly Sistem Arayüzü (WASI) Preview 3, WebAssembly'yi tarayıcı dışındaki geniş bir bilişim görevleri dizisi için güçlü, güvenli ve taşınabilir bir çözüm haline getirmede kritik bir evrimi işaret ediyor. Özellikle ağ, dosya sistemi erişimi ve saat yönetimi alanlarındaki geliştirmeleri içeren geliştirilmiş sistem çağrı arayüzü, Wasm'ın küresel bulut-yerel, sunucusuz ve kenar bilişim ortamlarında benimsenmesini hızlandırmaya hazırlanıyor.

Dünya çapındaki geliştiriciler ve kuruluşlar için WASI Preview 3'ü anlamak ve benimsemek, daha dayanıklı, güvenli ve birlikte çalışabilir uygulamalar oluşturmak için bir yol sunar. "Bir kez yaz, her yerde çalıştır" vaadi, sistem düzeyinde programlama için somut bir gerçeklik haline geliyor, çeşitli teknolojik manzaralar arasında yeniliği ve verimliliği teşvik ediyor. WASI standardı ve uygulamaları olgunlaşmaya devam ettikçe, WebAssembly'nin yazılım geliştirme geleceğinde daha merkezi bir rol oynamasını bekleyebiliriz.

WASI Preview 3'ü Benimsemek İçin Anahtar Çıkarımlar:

• Wasm Çalışma Zamanlarını Keşfedin: Wasmtime ve Wasmer gibi önde gelen WASI uyumlu çalışma zamanlarıyla kendinizi tanıştırın.
• Dil Araç Zincirlerinden Yararlanın: Tercih ettiğiniz programlama dillerinin WASI desteğiyle Wasm'a nasıl derlendiğini araştırın.
• Yetenek (Capability)-Tabanlı Güvenliği Anlayın: WASI'nin güvenlik modeli göz önünde bulundurularak Wasm uygulamalarınızı tasarlayın.
• Sunucusuz/Mikro Hizmetlerle Başlayın: Bunlar, Preview 3'ün geliştirmelerinden en çok yararlanan en acil kullanım durumlarıdır.
• Güncel Kalın: WASI spesifikasyonu hareketli bir hedeftir; en son geliştirmeler ve öneriler hakkında bilgi sahibi olun.

Genel amaçlı bir çalışma zamanı olarak WebAssembly çağı yaklaşıyor ve WASI Preview 3 bu yönde devasa bir adımdır.