.wasm Sirlarini Ochish: WebAssembly Maxsus Bo'limlari Bo'yicha Qo'llanma

WebAssembly (Wasm) veb va undan tashqaridagi yuqori unumdorlikdagi kod haqidagi tasavvurlarimizni tubdan o'zgartirdi. U C++, Rust va Go kabi tillar uchun ko'chiriluvchan, samarali va xavfsiz kompilyatsiya maqsadi sifatida tez-tez maqtovga sazovor bo'ladi. Ammo Wasm moduli shunchaki quyi darajadagi ko'rsatmalar ketma-ketligi emas. WebAssembly binar formati nafaqat ijro etish, balki kengaytirilishi uchun ham mo'ljallangan murakkab tuzilmadir. Bu kengaytiriluvchanlikka asosan kuchli, ammo ko'pincha e'tibordan chetda qoladigan xususiyat orqali erishiladi: maxsus bo'limlar.

Agar siz brauzerning dasturchi vositalarida C++ kodini tuzatgan bo'lsangiz yoki Wasm fayli qaysi kompilyator tomonidan yaratilganini qanday bilishi haqida o'ylagan bo'lsangiz, demak siz maxsus bo'limlar ishiga duch kelgansiz. Ular metama'lumotlar, tuzatish axborotlari va dasturchi tajribasini boyitadigan hamda butun vositalar ekotizimini kuchaytiradigan boshqa muhim bo'lmagan ma'lumotlar uchun belgilangan joydir. Ushbu maqola WebAssembly maxsus bo'limlariga chuqur kirishni ta'minlaydi, ularning nima ekanligini, nima uchun muhimligini va ulardan o'z loyihalaringizda qanday foydalanishingiz mumkinligini o'rganadi.

WebAssembly Modulining Tuzilishi

Maxsus bo'limlarning ahamiyatini tushunishdan oldin, biz avval .wasm binar faylining asosiy tuzilishini tushunishimiz kerak. Wasm moduli aniq belgilangan "bo'limlar" seriyasiga tartiblangan. Har bir bo'lim ma'lum bir maqsadga xizmat qiladi va raqamli ID bilan belgilanadi.

WebAssembly spetsifikatsiyasi Wasm dvigateli kodni bajarishi uchun zarur bo'lgan standart yoki "ma'lum" bo'limlar to'plamini belgilaydi. Bularga quyidagilar kiradi:

• Tur (ID 1): Modulda ishlatiladigan funksiya imzolarini (parametr va qaytariladigan qiymat turlari) belgilaydi.
• Import (ID 2): Modul o'zining xost muhitidan (masalan, JavaScript funksiyalaridan) import qiladigan funksiyalar, xotiralar yoki jadvallarni e'lon qiladi.
• Funksiya (ID 3): Moduldagi har bir funksiyani Tur bo'limidagi imzo bilan bog'laydi.
• Jadval (ID 4): Asosan bilvosita funksiya chaqiruvlarini amalga oshirish uchun ishlatiladigan jadvallarni belgilaydi.
• Xotira (ID 5): Modul tomonidan ishlatiladigan chiziqli xotirani belgilaydi.
• Global (ID 6): Modul uchun global o'zgaruvchilarni e'lon qiladi.
• Eksport (ID 7): Moduldagi funksiyalar, xotiralar, jadvallar yoki globallarni xost muhiti uchun mavjud qiladi.
• Boshlash (ID 8): Modul yaratilganda avtomatik ravishda bajariladigan funksiyani belgilaydi.
• Element (ID 9): Jadvalni funksiya havolalari bilan ishga tushiradi.
• Kod (ID 10): Modulning har bir funksiyasi uchun haqiqiy bajariladigan bayt-kodni o'z ichiga oladi.
• Ma'lumotlar (ID 11): Ko'pincha statik ma'lumotlar va satrlar uchun ishlatiladigan chiziqli xotira segmentlarini ishga tushiradi.

Ushbu standart bo'limlar har qanday Wasm modulining yadrosidir. Wasm dvigateli dasturni tushunish va bajarish uchun ularni qat'iy tahlil qiladi. Ammo vositalar zanjiri yoki til bajarish uchun talab qilinmaydigan qo'shimcha ma'lumotlarni saqlashi kerak bo'lsa-chi? Aynan shu yerda maxsus bo'limlar yordamga keladi.

Maxsus Bo'limlar Aslida Nima?

Maxsus bo'lim — bu Wasm moduli ichidagi ixtiyoriy ma'lumotlar uchun umumiy maqsadli konteyner. U spetsifikatsiya tomonidan maxsus Bo'lim IDsi 0 bilan belgilanadi. Tuzilishi oddiy, ammo kuchli:

1. Bo'lim IDsi: Maxsus bo'lim ekanligini bildirish uchun har doim 0.
2. Bo'lim Hajmi: Keyingi tarkibning baytlardagi umumiy hajmi.
3. Nom: Maxsus bo'limning maqsadini belgilaydigan UTF-8 kodlangan satr (masalan, "name", ".debug_info").
4. Yuk (Payload): Bo'lim uchun haqiqiy ma'lumotlarni o'z ichiga olgan baytlar ketma-ketligi.

Maxsus bo'limlar haqidagi eng muhim qoida shundan iborat: Maxsus bo'lim nomini tanimaydigan WebAssembly dvigateli uning yukini e'tiborsiz qoldirishi kerak. U shunchaki bo'lim hajmi bilan belgilangan baytlarni o'tkazib yuboradi. Ushbu nafis dizayn tanlovi bir nechta asosiy afzalliklarni beradi:

• Kelajakdagi Moslik: Yangi vositalar eski Wasm ish vaqtlarini buzmasdan yangi maxsus bo'limlarni joriy qilishi mumkin.
• Ekotizimning Kengaytiriluvchanligi: Til dasturchilari, vosita ishlab chiquvchilari va paketlovchilar asosiy Wasm spetsifikatsiyasini o'zgartirmasdan o'z metama'lumotlarini joylashtirishlari mumkin.
• Ajratish: Ijro mantig'i metama'lumotlardan to'liq ajratilgan. Maxsus bo'limlarning mavjudligi yoki yo'qligi dasturning ishlash vaqtidagi xatti-harakatiga ta'sir qilmaydi.

Maxsus bo'limlarni JPEG tasviridagi EXIF ma'lumotlari yoki MP3 faylidagi ID3 teglarining ekvivalenti deb o'ylang. Ular qimmatli kontekstni taqdim etadi, ammo tasvirni ko'rsatish yoki musiqani ijro etish uchun zarur emas.

Umumiy Foydalanish Holati 1: Odam O'qiy Oladigan Tuzatish Uchun "name" Bo'limi

Eng keng tarqalgan maxsus bo'limlardan biri bu name bo'limidir. Standart holatda, Wasm funksiyalari, o'zgaruvchilari va boshqa elementlarga ularning raqamli indeksi orqali murojaat qilinadi. Xom Wasm disassambleyasiga qaraganingizda, call $func42 kabi narsani ko'rishingiz mumkin. Bu mashina uchun samarali bo'lsa-da, inson dasturchi uchun foydali emas.

name bo'limi indekslardan odam o'qiy oladigan satr nomlariga xaritani taqdim etish orqali bu muammoni hal qiladi. Bu disassemblerlar va tuzatuvchilar kabi vositalarga asl manba kodidan mazmunli identifikatorlarni ko'rsatish imkonini beradi.

Masalan, agar siz C funksiyasini kompilyatsiya qilsangiz:

            int calculate_total(int items, int price) {
    return items * price;
}
            

              
                Copy
              
            
          

Kompilyator ichki funksiya indeksini (masalan, 42) "calculate_total" satri bilan bog'laydigan name bo'limini yaratishi mumkin. U shuningdek, mahalliy o'zgaruvchilarni "items" va "price" deb nomlashi mumkin. Wasm modulini ushbu bo'limni qo'llab-quvvatlaydigan vositada tekshirganingizda, siz tuzatish va tahlilda yordam beradigan ancha ma'lumotli natijani ko'rasiz.

`name` Bo'limining Tuzilishi

name bo'limining o'zi ham o'z navbatida kichik bo'limlarga bo'linadi, ularning har biri bitta bayt bilan belgilanadi:

• Modul Nomi (ID 0): Butun modul uchun nom beradi.
• Funksiya Nomlari (ID 1): Funksiya indekslarini ularning nomlariga xaritalaydi.
• Mahalliy Nomlar (ID 2): Har bir funksiya ichidagi mahalliy o'zgaruvchi indekslarini ularning nomlariga xaritalaydi.
• Nishon Nomlari, Tur Nomlari, Jadval Nomlari va boshqalar: Wasm modulidagi deyarli har bir ob'ektni nomlash uchun boshqa kichik bo'limlar mavjud.

name bo'limi yaxshi dasturchi tajribasi sari birinchi qadamdir, ammo bu faqat boshlanishi. Haqiqiy manba darajasidagi tuzatish uchun bizga ancha kuchliroq narsa kerak.

Tuzatishning Quvvat Manbai: Maxsus Bo'limlardagi DWARF

Wasm ishlab chiqishning muqaddas maqsadi - bu manba darajasidagi tuzatish: to'xtash nuqtalarini o'rnatish, o'zgaruvchilarni tekshirish va asl C++, Rust yoki Go kodingiz bo'ylab to'g'ridan-to'g'ri brauzerning dasturchi vositalarida qadamma-qadam yurish qobiliyati. Bu sehrli tajriba deyarli to'liq DWARF tuzatish ma'lumotlarini bir qator maxsus bo'limlar ichiga joylashtirish orqali amalga oshiriladi.

DWARF Nima?

DWARF (Debugging With Attributed Record Formats) - bu standartlashtirilgan, tilga bog'liq bo'lmagan tuzatish ma'lumotlari formati. Bu GCC va Clang kabi mahalliy kompilyatorlar tomonidan GDB va LLDB kabi tuzatuvchilarni yoqish uchun ishlatiladigan bir xil formatdir. U nihoyatda boy va juda ko'p ma'lumotni kodlashi mumkin, jumladan:

• Manba Xaritasi: Har bir WebAssembly ko'rsatmasidan asl manba fayli, satr raqami va ustun raqamiga qaytadigan aniq xarita.
• O'zgaruvchilar Haqida Ma'lumot: Mahalliy va global o'zgaruvchilarning nomlari, turlari va ko'rinish doiralari. U kodning istalgan nuqtasida o'zgaruvchi qaerda saqlanishini biladi (registrda, stekda va hokazo).
• Tur Ta'riflari: Manba tilidagi struct, class, enum va union kabi murakkab turlarning to'liq tavsiflari.
• Funksiya Haqida Ma'lumot: Funksiya imzolari haqidagi tafsilotlar, jumladan, parametr nomlari va turlari.
• Ichki Funksiya Xaritasi: Funksiyalar optimizator tomonidan ichki joylashtirilgan bo'lsa ham chaqiruvlar stekini qayta tiklash uchun ma'lumot.

DWARF WebAssembly bilan Qanday Ishlaydi

Emscripten (Clang/LLVM yordamida) va `rustc` kabi kompilyatorlarda Wasm bayt-kodi bilan birga DWARF ma'lumotlarini yaratishni buyuradigan bayroq (odatda -g yoki -g4) mavjud. Keyin vositalar zanjiri bu DWARF ma'lumotlarini olib, uni mantiqiy qismlarga ajratadi va har bir qismni .wasm fayli ichidagi alohida maxsus bo'limga joylashtiradi. Kelishuvga ko'ra, bu bo'limlar oldida nuqta bilan nomlanadi:

• .debug_info: Asosiy tuzatish yozuvlarini o'z ichiga olgan yadro bo'lim.
• .debug_abbrev: .debug_info hajmini kamaytirish uchun qisqartmalarni o'z ichiga oladi.
• .debug_line: Wasm kodini manba kodiga xaritalash uchun satr raqamlari jadvali.
• .debug_str: Boshqa DWARF bo'limlari tomonidan ishlatiladigan satrlar jadvali.
• .debug_ranges, .debug_loc va boshqa ko'plab bo'limlar.

Ushbu Wasm modulini Chrome yoki Firefox kabi zamonaviy brauzerda yuklab, dasturchi vositalarini ochganingizda, vositalar ichidagi DWARF tahlilchisi ushbu maxsus bo'limlarni o'qiydi. U sizga asl manba kodingiz ko'rinishini taqdim etish uchun kerak bo'lgan barcha ma'lumotlarni qayta tiklaydi, bu esa uni xuddi mahalliy ishlayotgandek tuzatish imkonini beradi.

Bu o'yinni o'zgartiruvchi holat. Maxsus bo'limlarda DWARF bo'lmasa, Wasm-ni tuzatish xom xotiraga va tushunarsiz disassambleyaga tikilib o'tirishdan iborat og'riqli jarayon bo'lar edi. U bilan esa, ishlab chiqish jarayoni JavaScript-ni tuzatish kabi uzluksiz bo'ladi.

Tuzatishdan Tashqari: Maxsus Bo'limlarning Boshqa Qo'llanilishlari

Tuzatish asosiy qo'llanilish holati bo'lsa-da, maxsus bo'limlarning moslashuvchanligi ularning keng ko'lamli vositalar va tilga xos ehtiyojlar uchun qabul qilinishiga olib keldi.

Vositalarga Xos Metama'lumotlar: `producers` Bo'limi

Ma'lum bir Wasm modulini yaratish uchun qanday vositalar ishlatilganini bilish ko'pincha foydalidir. producers bo'limi aynan shu maqsadda ishlab chiqilgan. U vositalar zanjiri, masalan, kompilyator, bog'lovchi va ularning versiyalari haqidagi ma'lumotlarni saqlaydi. Masalan, producers bo'limi quyidagilarni o'z ichiga olishi mumkin:

• Til: "C++ 17", "Rust 1.65.0"
• Qayta ishlagan: "Clang 16.0.0", "binaryen 111"
• SDK: "Emscripten 3.1.25"

Ushbu metama'lumotlar yig'ish jarayonlarini takrorlash, xatoliklar haqida to'g'ri vositalar mualliflariga xabar berish va Wasm binarining kelib chiqishini tushunishi kerak bo'lgan avtomatlashtirilgan tizimlar uchun bebahodir.

Bog'lash va Dinamik Kutubxonalar

WebAssembly spetsifikatsiyasining asl shaklida bog'lash tushunchasi mavjud emas edi. Statik va dinamik kutubxonalarni yaratishni ta'minlash uchun maxsus bo'limlardan foydalangan holda bir kelishuv o'rnatildi. linking maxsus bo'limi Wasm-ni tushunadigan bog'lovchi (wasm-ld kabi) tomonidan simvollarni aniqlash, joy o'zgartirishlarni boshqarish va umumiy kutubxona bog'liqliklarini boshqarish uchun talab qilinadigan metama'lumotlarni saqlaydi. Bu katta ilovalarni, xuddi mahalliy ishlab chiqishdagi kabi, kichikroq, boshqariladigan modullarga bo'lish imkonini beradi.

Tilga Xos Ish Vaqtlari (Runtimes)

Go, Swift yoki Kotlin kabi boshqariladigan ish vaqtlariga ega bo'lgan tillar ko'pincha asosiy Wasm modelining bir qismi bo'lmagan metama'lumotlarni talab qiladi. Masalan, axlat yig'uvchi (GC) ko'rsatkichlarni aniqlash uchun xotiradagi ma'lumotlar tuzilmalarining joylashuvini bilishi kerak. Ushbu joylashuv ma'lumotlari maxsus bo'limda saqlanishi mumkin. Shunga o'xshab, Go-dagi reflection kabi xususiyatlar kompilyatsiya vaqtida tur nomlari va metama'lumotlarni saqlash uchun maxsus bo'limlarga tayanishi mumkin, keyin Wasm modulidagi Go ish vaqti ularni bajarish paytida o'qiy oladi.

Kelajak: WebAssembly Komponent Modeli

WebAssembly uchun eng hayajonli kelajakdagi yo'nalishlardan biri bu Komponent Modelidir. Ushbu taklif Wasm modullari o'rtasida haqiqiy, tilga bog'liq bo'lmagan o'zaro ishlash imkoniyatini yaratishga qaratilgan. Tasavvur qiling, Rust komponenti uzluksiz ravishda Python komponentini chaqiradi, u o'z navbatida C++ komponentidan foydalanadi va bularning barchasi o'rtasida boy ma'lumot turlari uzatiladi.

Komponent Modeli yuqori darajadagi interfeyslar, turlar va "dunyo"larni aniqlash uchun maxsus bo'limlarga qattiq tayanadi. Ushbu metama'lumotlar komponentlarning qanday aloqa qilishini tavsiflaydi, bu esa vositalarga kerakli yopishtiruvchi kodni avtomatik ravishda yaratishga imkon beradi. Bu maxsus bo'limlar asosiy Wasm standarti ustiga murakkab yangi imkoniyatlarni qurish uchun qanday asos yaratishining yaqqol namunasidir.

Amaliy Qo'llanma: Maxsus Bo'limlarni Tekshirish va Boshqarish

Maxsus bo'limlarni tushunish ajoyib, lekin ular bilan qanday ishlaysiz? Shu maqsadda bir nechta standart vositalar mavjud.

Asosiy Vositalar

• WABT (WebAssembly Binar Vositalari To'plami): Ushbu vositalar to'plami har qanday Wasm dasturchisi uchun zarurdir. wasm-objdump yordamchi dasturi ayniqsa foydalidir. wasm-objdump -h your_module.wasm buyrug'ini ishga tushirish modulning barcha bo'limlarini, shu jumladan maxsus bo'limlarni ham ro'yxatini chiqaradi.
• Binaryen: Bu Wasm uchun kuchli kompilyator va vositalar zanjiri infratuzilmasi. U moduldan maxsus bo'limlarni olib tashlash uchun wasm-strip yordamchi dasturini o'z ichiga oladi.
• Dwarfdump: DWARF tuzatish bo'limlari tarkibini odam o'qiy oladigan formatda tahlil qilish va chop etish uchun standart yordamchi dastur (ko'pincha Clang/LLVM bilan birga keladi).

Misol Ish Jarayoni: Yaratish, Tekshirish, Olib Tashlash

Keling, oddiy C++ fayli, main.cpp bilan umumiy ishlab chiqish jarayonini ko'rib chiqaylik:

            #include 

int main() {
    std::cout << "Hello from WebAssembly!" << std::endl;
    return 0;
}
            

              
                Copy
              
            
          

1. Tuzatish Axboroti bilan Kompilyatsiya Qilish: Biz buni Wasm-ga kompilyatsiya qilish uchun Emscripten'dan foydalanamiz va DWARF tuzatish ma'lumotlarini kiritish uchun -g bayrog'ini ishlatamiz.

emcc main.cpp -g -o main.wasm

2. Bo'limlarni Tekshirish: Endi, ichida nima borligini ko'rish uchun wasm-objdump dan foydalanamiz.

wasm-objdump -h main.wasm

Natija standart bo'limlarni (Tur, Funksiya, Kod va hokazo) hamda name, .debug_info, .debug_line kabi ko'plab maxsus bo'limlarning uzun ro'yxatini ko'rsatadi. Fayl hajmiga e'tibor bering; u tuzatishsiz yig'ilganidan ancha katta bo'ladi.

3. Ishlab Chiqarish Uchun Olib Tashlash: Ishlab chiqarish relizi uchun biz ushbu katta faylni barcha tuzatish ma'lumotlari bilan yetkazib berishni xohlamaymiz. Uni olib tashlash uchun biz wasm-strip dan foydalanamiz.

wasm-strip main.wasm -o main.stripped.wasm

4. Yana Tekshirish: wasm-objdump -h main.stripped.wasm buyrug'ini ishga tushirsangiz, barcha maxsus bo'limlar yo'qolganini ko'rasiz. main.stripped.wasm faylining hajmi asl nusxasining bir qismi bo'ladi, bu esa uni yuklab olish va yuklashni ancha tezlashtiradi.

Murosalar: Hajm, Unumdorlik va Foydalanishga Qulaylik

Maxsus bo'limlar, ayniqsa DWARF uchun, bitta katta murosa bilan keladi: fayl hajmi. DWARF ma'lumotlarining haqiqiy Wasm kodidan 5-10 baravar katta bo'lishi odatiy holdir. Bu yuklab olish vaqtlari muhim bo'lgan veb-ilovalarga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin.

Shuning uchun "ishlab chiqarish uchun olib tashlash" ish jarayoni juda muhim. Eng yaxshi amaliyot:

• Ishlab Chiqish Davomida: Boy, manba darajasidagi tuzatish tajribasi uchun to'liq DWARF ma'lumotlariga ega yig'ilgan versiyalardan foydalaning.
• Ishlab Chiqarish Uchun: Foydalanuvchilaringizga eng kichik hajm va eng tez yuklanish vaqtlarini ta'minlash uchun to'liq tozalangan Wasm binarini yetkazib bering.

Ba'zi ilg'or sozlamalar hatto tuzatish versiyasini alohida serverda joylashtiradi. Brauzerning dasturchi vositalari ishlab chiqarishdagi muammoni tuzatmoqchi bo'lgan dasturchi talabiga binoan ushbu kattaroq faylni yuklab olish uchun sozlanishi mumkin, bu sizga har ikki dunyoning eng yaxshi tomonlarini beradi. Bu JavaScript uchun manba xaritalari (source maps) qanday ishlashiga o'xshaydi.

Shuni ta'kidlash kerakki, maxsus bo'limlar amalda ishlash vaqti unumdorligiga ta'sir qilmaydi. Wasm dvigateli ularni 0 IDsi orqali tezda aniqlaydi va tahlil qilish paytida ularning yukini shunchaki o'tkazib yuboradi. Modul yuklangandan so'ng, maxsus bo'lim ma'lumotlari dvigatel tomonidan ishlatilmaydi, shuning uchun u kodingizning bajarilishini sekinlashtirmaydi.

Xulosa

WebAssembly maxsus bo'limlari kengaytiriladigan binar format dizaynida mahorat darsidir. Ular asosiy spetsifikatsiyani murakkablashtirmasdan yoki ish vaqti unumdorligiga ta'sir qilmasdan boy metama'lumotlarni joylashtirish uchun standartlashtirilgan, kelajakka mos mexanizmni taqdim etadi. Ular zamonaviy Wasm dasturchi tajribasini quvvatlantiruvchi ko'rinmas dvigatel bo'lib, tuzatishni sirli san'atdan uzluksiz, samarali jarayonga aylantiradi.

Oddiy funksiya nomlaridan tortib DWARFning keng qamrovli olamigacha va Komponent Modelining kelajagigacha, maxsus bo'limlar WebAssemblyni shunchaki kompilyatsiya maqsadidan gullab-yashnayotgan, vositalar bilan ishlay oladigan ekotizimga ko'taradigan narsadir. Keyingi safar brauzerda ishlayotgan Rust kodingizga to'xtash nuqtasini qo'yganingizda, buni amalga oshirgan maxsus bo'limlarning sokin, ammo kuchli ishini qadrlash uchun bir lahza vaqt ajrating.