WebAssembly ko'p qiymatli funksiyalarni chaqirish konvensiyasi: Parametrlarni uzatishni optimallashtirish imkoniyatlarini ochish

Veb-dasturlash va undan tashqaridagi tez rivojlanayotgan sohada WebAssembly (Wasm) asosiy texnologiyalardan biriga aylandi. Uning deyarli tabiiy samaradorlik, xavfsiz ijro va universal portativlik va'dasi butun dunyo dasturchilarini o'ziga jalb qildi. Wasm standartlashtirish va qabul qilinish yo'lida davom etar ekan, muhim takliflar uning imkoniyatlarini kengaytirib, to'liq salohiyatini ro'yobga chiqarishga yaqinlashtirmoqda. Shunday muhim takomillashtirishlardan biri bu ko'p qiymatli taklifidir, u funksiyalarning bir nechta qiymatlarni qanday qaytarishi va qabul qilishini tubdan o'zgartirib, parametrlarni uzatishda sezilarli optimallashtirishlarga olib keladi.

Ushbu keng qamrovli qo'llanma WebAssembly ko'p qiymatli funksiyalarni chaqirish konvensiyasini chuqur o'rganadi, uning texnik asoslarini, u taqdim etadigan chuqur samaradorlik afzalliklarini, amaliy qo'llanilishini va butun dunyo bo'ylab dasturchilarga taklif qiladigan strategik ustunliklarini ko'rib chiqadi. Biz "avvalgi" va "keyingi" holatlarni taqqoslab, oldingi vaqtinchalik yechimlarning samarasizligini ta'kidlaymiz va ko'p qiymatli funksiyalarning elegant yechimini nishonlaymiz.

WebAssembly asoslari: Qisqacha sharh

Ko'p qiymatli funksiyalarni chuqur o'rganishni boshlashdan oldin, keling, WebAssembly'ning asosiy tamoyillarini qisqacha ko'rib chiqaylik. Wasm veb va boshqa turli muhitlarda yuqori samarali ilovalar uchun mo'ljallangan past darajali bayt-kod formatidir. U stekka asoslangan virtual mashina sifatida ishlaydi, ya'ni instruktsiyalar operand stekidagi qiymatlarni boshqaradi. Uning asosiy maqsadlari:

• Tezlik: Deyarli tabiiy ijro samaradorligi.
• Xavfsizlik: Izolyatsiya qilingan (sandboxed) ijro muhiti.
• Portativlik: Turli platformalar va arxitekturalarda barqaror ishlash.
• Kompaktlik: Tezroq yuklash uchun kichik binar o'lchamlari.

Wasm'ning asosiy ma'lumot turlari butun sonlar (i32, i64) va o'zgaruvchan nuqtali sonlarni (f32, f64) o'z ichiga oladi. Funksiyalar maxsus parametr va qaytarish turlari bilan e'lon qilinadi. An'anaga ko'ra, Wasm funksiyasi faqat bitta qiymat qaytarishi mumkin edi, bu dizayn tanlovi dastlabki spetsifikatsiyani soddalashtirgan bo'lsa-da, tabiiy ravishda bir nechta qaytariladigan qiymatlarni qo'llab-quvvatlaydigan tillar uchun murakkabliklar tug'dirdi.

Wasm'da funksiyalarni chaqirish konvensiyalarini tushunish (ko'p qiymatli funksiyalardan oldin)

Funksiyalarni chaqirish konvensiyasi argumentlarning funksiyaga qanday uzatilishini va qaytariladigan qiymatlarning qanday qabul qilinishini belgilaydi. Bu chaqiruvchi va chaqiriluvchi o'rtasidagi muhim kelishuv bo'lib, ular parametrlarni qayerdan topishni va natijalarni qayerga qo'yishni tushunishlarini ta'minlaydi. WebAssembly'ning ilk kunlarida chaqiruv konvensiyasi sodda, ammo cheklangan edi:

• Parametrlar chaqiruvchi tomonidan operand stekiga joylashtiriladi.
• Funksiya tanasi bu parametrlarni stekdan oladi.
• Yakunlangach, agar funksiya qaytariladigan qiymat turiga ega bo'lsa, u stekka bitta natijani joylashtiradi.

Bitta qiymat qaytarish cheklovi Rust, Go yoki Python kabi manba tillar uchun jiddiy muammo tug'dirdi, chunki bu tillarda funksiyalar tez-tez bir nechta qiymat qaytarishga imkon beradi (masalan, (qiymat, xato) juftliklari yoki bir nechta koordinatalar (x, y, z)). Bu bo'shliqni to'ldirish uchun dasturchilar va kompilyatorlar turli xil vaqtinchalik yechimlarga murojaat qilishlariga to'g'ri keldi, ularning har biri o'zining qo'shimcha xarajatlari va murakkabliklarini keltirib chiqardi.

Bitta qiymat qaytarish uchun vaqtinchalik yechimlarning xarajatlari:

Ko'p qiymatli taklifidan oldin, Wasm funksiyasidan bir nechta mantiqiy qiymatlarni qaytarish quyidagi strategiyalardan birini talab qilardi:

1. Heap'dan xotira ajratish va ko'rsatkichni uzatish:

Eng keng tarqalgan vaqtinchalik yechim Wasm modulining chiziqli xotirasida xotira blokini (masalan, struct yoki tuple) ajratish, uni kerakli bir nechta qiymatlar bilan to'ldirish va so'ngra ushbu xotira manziliga bitta ko'rsatkichni (i32 yoki i64 manzilini) qaytarishdan iborat edi. Chaqiruvchi keyinchalik alohida qiymatlarga kirish uchun ushbu ko'rsatkichni dereferensiya qilishi kerak edi.

• Qo'shimcha xarajatlar: Bu yondashuv xotira ajratish (masalan, Wasm ichida malloc kabi funksiyalardan foydalanish), xotirani bo'shatish (free) va ma'lumotlarga stek yoki registrlardan to'g'ridan-to'g'ri emas, balki ko'rsatkichlar orqali kirish bilan bog'liq kesh jazolaridan katta qo'shimcha xarajatlarni keltirib chiqaradi.
• Murakkablik: Xotira hayotiy davrini boshqarish murakkablashadi. Ajratilgan xotirani bo'shatish uchun kim mas'ul? Chaqiruvchimi yoki chaqiriluvchimi? Agar ehtiyotkorlik bilan ishlanmasa, bu xotira sizib chiqishi yoki bo'shatilgan xotiradan foydalanish xatolariga olib kelishi mumkin.
• Samaradorlikka ta'siri: Xotira ajratish qimmat operatsiya. U mavjud bloklarni qidirish, ichki ma'lumotlar tuzilmalarini yangilash va potensial ravishda xotirani parchalashni o'z ichiga oladi. Tez-tez chaqiriladigan funksiyalar uchun bu takroriy ajratish va bo'shatish samaradorlikni jiddiy ravishda pasaytirishi mumkin.

2. Global o'zgaruvchilar:

Yana bir, kamroq tavsiya etiladigan yondashuv, bir nechta qaytariladigan qiymatlarni Wasm moduli ichida ko'rinadigan global o'zgaruvchilarga yozish edi. Keyin funksiya oddiy holat kodini qaytarar, chaqiruvchi esa natijalarni global o'zgaruvchilardan o'qib olar edi.

• Qo'shimcha xarajatlar: Heap'dan xotira ajratishdan qochgan holda, bu yondashuv qayta kirish (reentrancy) va oqimlar xavfsizligi (Wasm'ning oqimlar modeli hali rivojlanayotgan bo'lsa-da, bu tamoyil qo'llaniladi) bilan bog'liq muammolarni keltirib chiqaradi.
• Cheklangan doira: Global o'zgaruvchilar modul miqyosidagi ko'rinuvchanligi tufayli umumiy maqsadli funksiyalarni qaytarish uchun mos emas, bu esa kodni tushunish va saqlashni qiyinlashtiradi.
• Yon ta'sirlar: Funksiyalarni qaytarish uchun global holatga tayanish funksiyaning haqiqiy interfeysini yashiradi va kutilmagan yon ta'sirlarga olib kelishi mumkin.

3. Bitta qiymatga kodlash:

Juda maxsus, cheklangan holatlarda, bir nechta kichik qiymatlarni bitta kattaroq Wasm primitiviga joylashtirish mumkin edi. Masalan, ikkita i16 qiymatini bitwise operatsiyalari yordamida bitta i32 ga joylashtirish va keyin chaqiruvchi tomonidan ochish mumkin edi.

• Cheklangan qo'llanilishi: Bu faqat kichik, mos keluvchi turlar uchun mumkin va kengaytirilmaydi.
• Murakkablik: Qo'shimcha joylashtirish va ochish instruktsiyalarini talab qiladi, bu esa instruktsiyalar sonini va xatolar ehtimolini oshiradi.
• O'qilishi osonligi: Kodni kamroq tushunarli va disk raskadrovka qilishni qiyinlashtiradi.

Bu vaqtinchalik yechimlar, garchi ishlasa ham, Wasm'ning yuqori samaradorlik va elegant kompilyatsiya maqsadlari va'dasiga putur yetkazdi. Ular keraksiz instruktsiyalarni kiritdi, xotiraga bosimni oshirdi va kompilyatorning yuqori darajali tillardan samarali Wasm bayt-kodini yaratish vazifasini murakkablashtirdi.

WebAssembly evolyutsiyasi: Ko'p qiymatli funksiyalarni taqdim etish

Bitta qiymat qaytarish konvensiyasi tomonidan qo'yilgan cheklovlarni tan olgan holda, WebAssembly hamjamiyati ko'p qiymatli taklifini faol ravishda ishlab chiqdi va standartlashtirdi. Ushbu taklif, hozirda Wasm spetsifikatsiyasining barqaror xususiyati bo'lib, funksiyalarga operand stekida to'g'ridan-to'g'ri ixtiyoriy sonli parametrlarni va qaytariladigan qiymatlarni e'lon qilish va boshqarish imkonini beradi. Bu Wasm'ni zamonaviy dasturlash tillari va xost CPU arxitekturalarining imkoniyatlariga yaqinlashtiradigan fundamental o'zgarishdir.

Asosiy kontseptsiya elegant: bitta qaytariladigan qiymatni joylashtirish bilan cheklanmasdan, Wasm funksiyasi stekka bir nechta qiymatlarni joylashtirishi mumkin. Xuddi shunday, funksiyani chaqirganda, u stekdan bir nechta qiymatlarni argument sifatida iste'mol qilishi va keyin bir nechta qiymatlarni qaytarib olishi mumkin, bularning barchasi oraliq xotira operatsiyalarisiz to'g'ridan-to'g'ri stekda amalga oshiriladi.

Rust yoki Go kabi tilda kortej (tuple) qaytaradigan funksiyani ko'rib chiqing:

            // Rust misoli
fn calculate_coordinates() -> (i32, i32) {
    (10, 20)
}

// Go misoli
func calculateCoordinates() (int32, int32) {
    return 10, 20
}
            

              
                Copy
              
            
          

Ko'p qiymatli funksiyalardan oldin, bunday funksiyani Wasm'ga kompilyatsiya qilish vaqtinchalik struct yaratish, unga 10 va 20 ni yozish va ushbu struct'ga ko'rsatkichni qaytarishni o'z ichiga olardi. Ko'p qiymatli funksiyalar bilan Wasm funksiyasi to'g'ridan-to'g'ri o'zining qaytariladigan turini (i32, i32) deb e'lon qilishi va manba tilining semantikasini aniq takrorlab, 10 va 20 ni stekka joylashtirishi mumkin.

Ko'p qiymatli chaqiruv konvensiyasi: Parametrlarni uzatishni optimallashtirishga chuqur sho'ng'ish

Ko'p qiymatli taklifining kiritilishi WebAssembly'dagi funksiyalarni chaqirish konvensiyasini inqilob qilib, bir nechta muhim parametr uzatish optimallashtirishlariga olib keldi. Bu optimallashtirishlar to'g'ridan-to'g'ri tezroq ijro, kamaytirilgan resurs iste'moli va soddalashtirilgan kompilyator dizayniga aylanadi.

Asosiy optimallashtirish afzalliklari:

1. Ortiqcha xotira ajratish va bo'shatishni bartaraf etish:

Bu, ehtimol, eng katta samaradorlik yutug'idir. Muhokama qilinganidek, ko'p qiymatli funksiyalardan oldin, bir nechta mantiqiy qiymatlarni qaytarish odatda bu qiymatlarni saqlash uchun vaqtinchalik ma'lumotlar tuzilmasi (masalan, tuple yoki struct) uchun dinamik xotira ajratishni talab qilardi. Har bir ajratish va bo'shatish sikli qimmatga tushadi va quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Tizim chaqiruvlari/Runtime mantig'i: Mavjud blokni topish uchun Wasm runtime'ining xotira menejeri bilan o'zaro aloqa.
• Metama'lumotlarni boshqarish: Xotira ajratuvchi tomonidan ishlatiladigan ichki ma'lumotlar tuzilmalarini yangilash.
• Kesh xatolari: Yangi ajratilgan xotiraga kirish kesh xatolariga olib kelishi mumkin, bu esa protsessorni ma'lumotlarni sekinroq asosiy xotiradan olishga majbur qiladi.

Ko'p qiymatli funksiyalar bilan parametrlar to'g'ridan-to'g'ri Wasm operand stekida uzatiladi va qaytariladi. Stek yuqori darajada optimallashtirilgan xotira maydoni bo'lib, ko'pincha to'liq yoki qisman protsessorning eng tez keshlarida (L1, L2) joylashadi. Stek operatsiyalari (push, pop) odatda zamonaviy protsessorlarda bitta instruktsiyali operatsiyalar bo'lib, ularni nihoyatda tez va bashorat qilinadigan qiladi. Oraliq qaytariladigan qiymatlar uchun heap'dan xotira ajratishdan qochish orqali, ko'p qiymatli funksiyalar ijro vaqtini keskin kamaytiradi, ayniqsa samaradorlik uchun muhim bo'lgan sikllarda tez-tez chaqiriladigan funksiyalar uchun.

2. Instruktsiyalar sonini kamaytirish va soddalashtirilgan kod generatsiyasi:

Wasm'ga mo'ljallangan kompilyatorlar endi bir nechta qaytariladigan qiymatlarni qadoqlash va ochish uchun murakkab instruktsiyalar ketma-ketligini yaratishga hojat qolmaydi. Masalan, quyidagining o'rniga:

            (local.get $value1)
(local.get $value2)
(call $malloc_for_tuple_of_two_i32s)
(local.set $ptr_to_tuple)
(local.get $ptr_to_tuple)
(local.get $value1)
(i32.store 0)
(local.get $ptr_to_tuple)
(local.get $value2)
(i32.store 4)
(local.get $ptr_to_tuple)
(return)
            

              
                Copy
              
            
          

Ko'p qiymatli ekvivalenti ancha soddaroq bo'lishi mumkin:

            (local.get $value1)
(local.get $value2)
(return) ;; Ikkala qiymatni ham to'g'ridan-to'g'ri qaytaradi
            

              
                Copy
              
            
          

Instruktsiyalar sonining bu kamayishi quyidagilarni anglatadi:

• Kichikroq binar hajmi: Kamroq generatsiya qilingan kod kichikroq Wasm modullariga hissa qo'shadi, bu esa tezroq yuklab olish va tahlil qilishga olib keladi.
• Tezroq ijro: Har bir funksiya chaqiruvi uchun kamroq instruktsiyalar bajariladi.
• Osonroq kompilyator ishlab chiqish: Kompilyatorlar yuqori darajali til konstruksiyalarini (kortejlarni qaytarish kabi) Wasm'ga to'g'ridan-to'g'ri va samaraliroq xaritalashi mumkin, bu esa kompilyatorning oraliq vakilligi va kod generatsiyasi bosqichlarining murakkabligini kamaytiradi.

3. Kengaytirilgan registr ajratish va CPU samaradorligi (tabiiy darajada):

Wasm o'zi stek mashinasi bo'lsa-da, asosiy Wasm runtimelari (V8, SpiderMonkey, Wasmtime, Wasmer kabi) Wasm bayt-kodini xost CPU uchun tabiiy mashina kodiga kompilyatsiya qiladi. Funksiya Wasm stekida bir nechta qiymat qaytarganda, tabiiy kod generatori buni ko'pincha bu qaytariladigan qiymatlarni to'g'ridan-to'g'ri CPU registrlariga xaritalash orqali optimallashtirishi mumkin. Zamonaviy protsessorlarda bir nechta umumiy maqsadli registrlar mavjud bo'lib, ularga xotiradan ko'ra ancha tezroq kirish mumkin.

• Ko'p qiymatli funksiyalarsiz xotiraga ko'rsatkich qaytariladi. Keyin tabiiy kod xotiradan qiymatlarni registrlarga yuklashi kerak edi, bu esa kechikishni keltirib chiqaradi.
• Ko'p qiymatli funksiyalar bilan, agar qaytariladigan qiymatlar soni kichik bo'lsa va mavjud CPU registrlariga sig'sa, tabiiy funksiya natijalarni to'g'ridan-to'g'ri registrlarga joylashtirishi mumkin, bu qiymatlar uchun xotiraga kirishni butunlay chetlab o'tadi. Bu xotira bilan bog'liq to'xtalishlarni bartaraf etadigan va keshdan foydalanishni yaxshilaydigan chuqur optimallashtirishdir.

4. Yaxshilangan tashqi funksiyalar interfeysi (FFI) samaradorligi va aniqligi:

WebAssembly modullari JavaScript (yoki boshqa xost muhitlari) bilan o'zaro aloqada bo'lganda, ko'p qiymatli taklifi interfeysni soddalashtiradi. JavaScript'ning WebAssembly.Instance.exports endi to'g'ridan-to'g'ri bir nechta qiymat qaytarishga qodir bo'lgan funksiyalarni ochib beradi, ular ko'pincha JavaScript'da massivlar yoki ixtisoslashtirilgan ob'ektlar sifatida taqdim etiladi. Bu Wasm'ning chiziqli xotirasi va JavaScript qiymatlari o'rtasida ma'lumotlarni qo'lda moslashtirish/qayta tiklash zaruratini kamaytiradi, bu esa quyidagilarga olib keladi:

• Tezroq o'zaro ishlash: Xost va Wasm o'rtasida kamroq ma'lumotlarni nusxalash va o'zgartirish.
• Tozaroq API'lar: Wasm funksiyalari JavaScript'ga tabiiyroq va ifodaliroq interfeyslarni taqdim etishi mumkin, bu zamonaviy JavaScript funksiyalari bir nechta ma'lumot qismlarini qanday qaytarishiga (masalan, massiv destrukturizatsiyasi) yaxshiroq mos keladi.

5. Yaxshiroq semantik moslik va ifodalilik:

Ko'p qiymatli xususiyati Wasm'ga ko'plab manba tillarining semantikasini yaxshiroq aks ettirish imkonini beradi. Bu yuqori darajali til tushunchalari (kortejlar, bir nechta qaytariladigan qiymatlar kabi) va ularning Wasm vakilligi o'rtasida kamroq nomuvofiqlikni anglatadi. Bu quyidagilarga olib keladi:

• Ko'proq idiomatik kod: Kompilyatorlar manba kodining to'g'ridan-to'g'ri tarjimasi bo'lgan Wasm'ni yaratishi mumkin, bu esa ilg'or foydalanuvchilar uchun kompilyatsiya qilingan Wasm'ni disk raskadrovka qilish va tushunishni osonlashtiradi.
• Dasturchi unumdorligini oshirish: Dasturchilar o'zlarining afzal ko'rgan tillarida kod yozishlari mumkin, sun'iy Wasm cheklovlari ularni noqulay vaqtinchalik yechimlarga majburlashidan xavotirlanmasdan.

Amaliy oqibatlar va turli xil foydalanish holatlari

Ko'p qiymatli funksiyalarni chaqirish konvensiyasi turli sohalarda keng ko'lamli amaliy oqibatlarga ega bo'lib, WebAssembly'ni global dasturchilar uchun yanada kuchliroq vositaga aylantiradi:

• Ilmiy hisoblashlar va ma'lumotlarni qayta ishlash:
  • (qiymat, xato_kodi) yoki (haqiqiy_qism, mavhum_qism) qaytaradigan matematik funksiyalar.
  • (x, y, z) koordinatalarini yoki (kattalik, yo'nalish)ni qaytaradigan vektor operatsiyalari.
  • (o'rtacha, standart_og'ish, dispersiya)ni qaytaradigan statistik tahlil funksiyalari.
• Tasvir va videoni qayta ishlash:
  • (kenglik, balandlik)ni qaytaradigan tasvir o'lchamlarini chiqaruvchi funksiyalar.
  • (qizil, yashil, ko'k, alfa) komponentlarini qaytaradigan ranglarni o'zgartirish funksiyalari.
  • (yangi_kenglik, yangi_balandlik, holat_kodi)ni qaytaradigan tasvirni boshqarish operatsiyalari.
• Kriptografiya va xavfsizlik:
  • (ochiq_kalit, maxfiy_kalit)ni qaytaradigan kalit yaratish funksiyalari.
  • (shifrlangan_matn, initsializatsiya_vektori) yoki (shifrlangan_ma'lumot, autentifikatsiya_tegi)ni qaytaradigan shifrlash tartiblari.
  • (xesh_qiymati, tuz)ni qaytaradigan xeshlash algoritmlari.
• O'yin ishlab chiqish:
  • (pozitsiya_x, pozitsiya_y, tezlik_x, tezlik_y)ni qaytaradigan fizika dvigateli funksiyalari.
  • (to'qnashuv_holati, ta'sir_nuqtasi_x, ta'sir_nuqtasi_y)ni qaytaradigan to'qnashuvni aniqlash tartiblari.
  • (resurs_id, holat_kodi, qolgan_sig'im)ni qaytaradigan resurslarni boshqarish funksiyalari.
• Moliyaviy ilovalar:
  • (asosiy_qarz, foiz_miqdori, jami_to'lanadigan_summa)ni qaytaradigan foizlarni hisoblash.
  • (konvertatsiya_qilingan_summa, almashuv_kursi, komissiyalar)ni qaytaradigan valyuta konvertatsiyasi.
  • (sof_aktiv_qiymati, jami_daromad, o'zgaruvchanlik)ni qaytaradigan portfel tahlili funksiyalari.
• Parserlar va Lekserlar:
  • Satrdan tokenni tahlil qilib, (token_qiymati, qolgan_satr_qismi)ni qaytaradigan funksiyalar.
  • (AST_tuguni, keyingi_tahlil_pozitsiyasi)ni qaytaradigan sintaktik tahlil funksiyalari.
• Xatolarni qayta ishlash:
  • Muvaffaqiyatsizlikka uchrashi mumkin bo'lgan har qanday operatsiya, (natija, xato_kodi) yoki (qiymat, muvaffaqiyat_bayrog'i)ni qaytaradi. Bu Go va Rust'da keng tarqalgan naqsh bo'lib, endi Wasm'ga samarali tarzda tarjima qilinadi.

Ushbu misollar ko'p qiymatli funksiyalarning Wasm modullari interfeysini qanday soddalashtirishini, ularni yozishni tabiiyroq, bajarishni samaraliroq va murakkab tizimlarga integratsiya qilishni osonroq qilishini ko'rsatadi. U avval Wasm'ni ma'lum turdagi hisoblashlar uchun qabul qilinishiga to'sqinlik qilgan abstraksiya va xarajat qatlamini olib tashlaydi.

Ko'p qiymatli funksiyalardan oldin: Vaqtinchalik yechimlar va ularning yashirin xarajatlari

Ko'p qiymatli funksiyalar keltirgan optimallashtirishni to'liq qadrlash uchun avvalgi vaqtinchalik yechimlarning batafsil xarajatlarini tushunish muhimdir. Bular shunchaki kichik noqulayliklar emas; ular samaradorlik va dasturchi tajribasiga ta'sir qilgan fundamental arxitekturaviy murosalar edi.

1. Heap'dan xotira ajratish (Kortejlar/Structlar) qayta ko'rib chiqilgan:

Wasm funksiyasi bir nechta skalyar qiymat qaytarishi kerak bo'lganda, umumiy strategiya quyidagilarni o'z ichiga olardi:

1. Chaqiruvchi Wasm'ning chiziqli xotirasida "qaytarish buferi" sifatida xizmat qilish uchun joy ajratadi.
2. Ushbu buferga ko'rsatkichni funksiyaga argument sifatida uzatadi.
3. Funksiya o'zining bir nechta natijalarini ushbu xotira hududiga yozadi.
4. Funksiya holat kodini yoki endi to'ldirilgan buferga ko'rsatkichni qaytaradi.

Muqobil ravishda, funksiyaning o'zi xotira ajratishi, uni to'ldirishi va yangi ajratilgan hududga ko'rsatkich qaytarishi mumkin edi. Ikkala holatda ham quyidagilar mavjud:

• `malloc`/`free` qo'shimcha xarajatlari: Hatto oddiy Wasm runtime'da ham `malloc` va `free` bepul operatsiyalar emas. Ular bo'sh xotira bloklari ro'yxatini saqlashni, mos o'lchamlarni qidirishni va ko'rsatkichlarni yangilashni talab qiladi. Bu CPU sikllarini sarflaydi.
• Kesh samarasizligi: Heap'dan ajratilgan xotira jismoniy xotira bo'ylab parchalangan bo'lishi mumkin, bu esa keshning yomon joylashuviga olib keladi. CPU heap'dan qiymatga kirganda, u kesh xatosiga duch kelishi mumkin, bu esa uni sekinroq asosiy xotiradan ma'lumotlarni olishga majbur qiladi. Stek operatsiyalari esa, aksincha, stekning bashoratli o'sishi va qisqarishi tufayli a'lo darajadagi kesh joylashuvidan foyda ko'radi.
• Ko'rsatkich orqali murojaat: Qiymatlarga ko'rsatkich orqali kirish qo'shimcha xotira o'qishini talab qiladi (avval ko'rsatkichni olish, keyin qiymatni olish). Bu kichikdek tuyulsa-da, samaradorlik uchun muhim bo'lgan kodda yig'ilib boradi.
• Axlat yig'uvchiga bosim (GC'li xostlarda): Agar Wasm moduli axlat yig'uvchiga ega xost muhitiga (JavaScript kabi) integratsiya qilingan bo'lsa, ushbu heap'dan ajratilgan ob'ektlarni boshqarish axlat yig'uvchiga bosimni oshirishi va potensial to'xtalishlarga olib kelishi mumkin.
• Kod murakkabligi: Kompilyatorlar xotiradan ajratish, yozish va o'qish uchun kod yaratishi kerak edi, bu esa stekdan qiymatlarni shunchaki joylashtirish va olishdan ancha murakkabroq.

2. Global o'zgaruvchilar:

Natijalarni qaytarish uchun global o'zgaruvchilardan foydalanish bir nechta jiddiy cheklovlarga ega:

• Qayta kirishning yo'qligi: Agar natijalar uchun global o'zgaruvchilardan foydalanadigan funksiya rekursiv yoki bir vaqtda (ko'p oqimli muhitda) chaqirilsa, uning natijalari ustiga yoziladi, bu esa noto'g'ri ishlashga olib keladi.
• Bog'liqlikning oshishi: Funksiyalar umumiy global holat orqali bir-biriga qattiq bog'lanib qoladi, bu esa modullarni mustaqil ravishda sinab ko'rish, disk raskadrovka qilish va refaktoring qilishni qiyinlashtiradi.
• Kamaytirilgan optimallashtirishlar: Kompilyatorlar ko'pincha global holatga qattiq tayanadigan kodni optimallashtirishda qiynaladi, chunki globallarga kiritilgan o'zgarishlar kuzatish qiyin bo'lgan keng qamrovli, mahalliy bo'lmagan ta'sirlarga ega bo'lishi mumkin.

3. Bitta qiymatga kodlash:

Garchi juda maxsus holatlar uchun kontseptual jihatdan oddiy bo'lsa-da, bu usul oddiy ma'lumotlarni qadoqlashdan tashqari har qanday narsa uchun yaroqsiz bo'lib qoladi:

• Cheklangan tur muvofiqligi: Faqat bir nechta kichikroq qiymatlar kattaroq primitiv turga aniq sig'adigan bo'lsa ishlaydi (masalan, ikkita i16 i32 ga).
• Bitwise operatsiyalarining narxi: Qadoqlash va ochish bitwise siljitish va niqoblash operatsiyalarini talab qiladi, ular tez bo'lsa-da, to'g'ridan-to'g'ri stek manipulyatsiyasiga qaraganda instruktsiyalar soni va murakkabligini oshiradi.
• Saqlashga yaroqlilik: Bunday qadoqlangan tuzilmalar kamroq o'qiladigan va kodlash/dekodlash mantig'i chaqiruvchi va chaqiriluvchi o'rtasida mukammal mos kelmasa, xatolarga moyil bo'ladi.

Aslida, bu vaqtinchalik yechimlar kompilyatorlar va dasturchilarni xotira xarajatlari tufayli sekinroq yoki holatni boshqarish muammolari tufayli murakkabroq va kamroq ishonchli kod yozishga majbur qildi. Ko'p qiymatli funksiyalar bu fundamental muammolarni to'g'ridan-to'g'ri hal qilib, Wasm'ning samaraliroq va tabiiyroq ishlashiga imkon beradi.

Texnik chuqur tahlil: Ko'p qiymatli funksiyalar qanday amalga oshiriladi

Ko'p qiymatli taklifi WebAssembly spetsifikatsiyasining markaziga o'zgartirishlar kiritib, uning turlar tizimi va instruktsiyalar to'plamiga ta'sir qildi. Bu o'zgarishlar stekda bir nechta qiymatlarni uzluksiz boshqarish imkonini beradi.

1. Turlar tizimini takomillashtirish:

WebAssembly spetsifikatsiyasi endi funksiya turlariga bir nechta qaytariladigan qiymatlarni e'lon qilishga ruxsat beradi. Funksiya imzosi endi (parametrlar) -> (natija) bilan cheklanmaydi, balki (parametrlar) -> (natija1, natija2, ..., natijaN) bo'lishi mumkin. Xuddi shunday, kirish parametrlari ham turlar ketma-ketligi sifatida ifodalanishi mumkin.

Masalan, funksiya turi [i32, i32] -> [i64, i32] deb e'lon qilinishi mumkin, bu uning kirish sifatida ikkita 32-bitli butun sonni olib, bitta 64-bitli butun son va bitta 32-bitli butun sonni qaytarishini anglatadi.

2. Stek manipulyatsiyasi:

Wasm operand steki buni boshqarish uchun mo'ljallangan. Bir nechta qaytariladigan qiymatga ega funksiya tugagach, u o'zining barcha e'lon qilingan qaytariladigan qiymatlarini tartib bilan stekka joylashtiradi. Keyin chaqiruvchi funksiya bu qiymatlarni ketma-ket iste'mol qilishi mumkin. Masalan, ko'p qiymatli funksiyadan keyin keladigan call instruktsiyasi stekda keyingi instruktsiyalar foydalanishi uchun bir nechta element mavjud bo'lishiga olib keladi.

            ;; Ko'p qiymatli funksiya uchun Wasm psevdo-kod misoli
(func (export "get_pair") (result i32 i32)
  (i32.const 10)  ;; Birinchi natijani joylashtirish
  (i32.const 20)  ;; Ikkinchi natijani joylashtirish
)

;; Chaqiruvchi Wasm psevdo-kodi
(call "get_pair") ;; Stekka 10, keyin 20 ni joylashtiradi
(local.set $y)    ;; 20 ni $y lokal o'zgaruvchisiga chiqarib oladi
(local.set $x)    ;; 10 ni $x lokal o'zgaruvchisiga chiqarib oladi
;; Endi $x = 10, $y = 20
            

              
                Copy
              
            
          

Bu to'g'ridan-to'g'ri stek manipulyatsiyasi optimallashtirishning asosidir. U oraliq xotiraga yozish va o'qishdan qochib, to'g'ridan-to'g'ri CPU'ning stek operatsiyalarining tezligidan foydalanadi.

3. Kompilyator va vositalarni qo'llab-quvvatlash:

Ko'p qiymatli funksiyalar haqiqatan ham samarali bo'lishi uchun WebAssembly'ga mo'ljallangan kompilyatorlar (LLVM, Rustc, Go kompilyatori va boshqalar) va Wasm runtimelari uni qo'llab-quvvatlashi kerak. Ushbu vositalarning zamonaviy versiyalari ko'p qiymatli taklifini qabul qilgan. Bu shuni anglatadiki, siz Rust'da (i32, i32) kortejini qaytaradigan yoki Go'da (int, error) qaytaradigan funksiya yozganingizda, kompilyator endi to'g'ridan-to'g'ri ko'p qiymatli chaqiruv konvensiyasidan foydalanadigan Wasm bayt-kodini yaratishi mumkin, bu esa muhokama qilingan optimallashtirishlarga olib keladi.

Ushbu keng qamrovli vositalarni qo'llab-quvvatlash bu xususiyatni dasturchilarga uzluksiz ravishda taqdim etdi, ko'pincha ular yangilangan vositalar zanjiridan foydalanishdan tashqari hech narsani aniq sozlashlari shart emas.

4. Xost muhiti bilan o'zaro aloqa:

Xost muhitlari, xususan veb-brauzerlar, ko'p qiymatli Wasm funksiyalarini to'g'ri boshqarish uchun o'zlarining JavaScript API'larini yangiladilar. JavaScript xosti bir nechta qiymat qaytaradigan Wasm funksiyasini chaqirganda, bu qiymatlar odatda JavaScript massivida qaytariladi. Masalan:

            // JavaScript xost kodi
const { instance } = await WebAssembly.instantiate(wasmBytes, {});
const results = instance.exports.get_pair(); // get_pair (i32, i32) qaytaradigan Wasm funksiyasi deb faraz qilsak
console.log(results[0], results[1]); // masalan, 10 20
            

              
                Copy
              
            
          

Bu toza va to'g'ridan-to'g'ri integratsiya xost-Wasm chegarasidagi qo'shimcha xarajatlarni yanada kamaytirib, umumiy samaradorlik va foydalanish qulayligiga hissa qo'shadi.

Haqiqiy dunyodagi samaradorlik yutuqlari va benchmarklar (Illustrativ misollar)

Aniq global benchmarklar ma'lum bir apparat, Wasm runtime va ish yukiga bog'liq bo'lsa-da, biz kontseptual samaradorlik yutuqlarini tasvirlashimiz mumkin. Moliyaviy ilova millionlab hisob-kitoblarni amalga oshiradigan stsenariyni ko'rib chiqing, ularning har biri ham hisoblangan qiymatni, ham holat kodini qaytaradigan funksiyani talab qiladi (masalan, (miqdor, holat_enum)).

1-stsenariy: Ko'p qiymatli funksiyalardan oldin (Heap'dan xotira ajratish)

Wasm'ga kompilyatsiya qilingan C funksiyasi shunday ko'rinishi mumkin:

            // Ko'p qiymatli funksiyalardan oldingi C psevdo-kodi
typedef struct { int amount; int status; } CalculationResult;
CalculationResult* calculate_financial_data(int input) {
    CalculationResult* result = (CalculationResult*)malloc(sizeof(CalculationResult));
    if (result) {
        result->amount = input * 2;
        result->status = 0; // Muvaffaqiyatli
    } else {
        // Ajratish muvaffaqiyatsizligini qayta ishlash
    }
    return result;
}

// Chaqiruvchi buni chaqirib, keyin result->amount va result->status'ga kiradi
// va eng muhimi, oxirida free(result) ni chaqiradi
            

              
                Copy
              
            
          

calculate_financial_data ga har bir chaqiruv quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• malloc ga (yoki shunga o'xshash ajratish primitiviga) chaqiruv.
• Xotiraga ikkita butun sonni yozish (potentsial kesh xatolari).
• Ko'rsatkichni qaytarish.
• Chaqiruvchining xotiradan o'qishi (ko'proq kesh xatolari).
• free ga (yoki shunga o'xshash bo'shatish primitiviga) chaqiruv.

Agar bu funksiya, masalan, simulyatsiyada 10 million marta chaqirilsa, xotira ajratish, bo'shatish va bilvosita xotiraga kirishning umumiy xarajati sezilarli bo'ladi, bu esa xotira ajratuvchining samaradorligi va CPU arxitekturasiga qarab, ijro vaqtiga yuzlab millisekundlar yoki hatto soniyalar qo'shishi mumkin.

2-stsenariy: Ko'p qiymatli funksiyalar bilan

Wasm'ga kompilyatsiya qilingan, ko'p qiymatli funksiyalardan foydalanadigan Rust funksiyasi ancha toza bo'ladi:

            // Ko'p qiymatli funksiyali Rust psevdo-kodi (Rust kortejlari ko'p qiymatli Wasm'ga kompilyatsiya qilinadi)
#[no_mangle]
pub extern "C" fn calculate_financial_data(input: i32) -> (i32, i32) {
    let amount = input * 2;
    let status = 0; // Muvaffaqiyatli
    (amount, status)
}

// Chaqiruvchi buni chaqiradi va to'g'ridan-to'g'ri Wasm stekida (amount, status) ni oladi.
            

              
                Copy
              
            
          

Endi calculate_financial_data ga har bir chaqiruv quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Wasm operand stekiga ikkita butun sonni joylashtirish.
• Chaqiruvchining stekdan ushbu ikkita butun sonni to'g'ridan-to'g'ri olishi.

Farq juda katta: xotira ajratish va bo'shatish xarajatlari butunlay yo'q qilinadi. To'g'ridan-to'g'ri stek manipulyatsiyasi CPU'ning eng tez qismlaridan (registrlar va L1 kesh) foydalanadi, chunki Wasm runtime stek operatsiyalarini to'g'ridan-to'g'ri tabiiy registr/stek operatsiyalariga aylantiradi. Bu quyidagilarga olib kelishi mumkin:

• CPU sikllarini kamaytirish: Har bir funksiya chaqiruvi uchun CPU sikllari sonining sezilarli darajada kamayishi.
• Xotira o'tkazuvchanligini tejash: Asosiy xotiraga/dan kamroq ma'lumotlar harakati.
• Yaxshilangan kechikish: Alohida funksiya chaqiruvlarining tezroq bajarilishi.

Yuqori darajada optimallashtirilgan stsenariylarda, bu samaradorlik yutuqlari maqsadli tizimdagi xotira ajratishning nisbiy narxiga qarab, bir nechta qiymat qaytaradigan funksiyalarni tez-tez chaqiradigan kod yo'llari uchun 10-30% yoki undan ham ko'proq oralig'ida bo'lishi mumkin. Ilmiy simulyatsiyalar, ma'lumotlarni qayta ishlash yoki moliyaviy modellashtirish kabi millionlab bunday operatsiyalar sodir bo'ladigan vazifalar uchun ko'p qiymatli funksiyalarning umumiy ta'siri o'yinni o'zgartiruvchi omil bo'ladi.

Global dasturchilar uchun eng yaxshi amaliyotlar va mulohazalar

Ko'p qiymatli funksiyalar sezilarli afzalliklarni taklif qilsa-da, ulardan oqilona foydalanish foydani maksimal darajada oshirishning kalitidir. Global dasturchilar ushbu eng yaxshi amaliyotlarni hisobga olishlari kerak:

Qachon ko'p qiymatli funksiyalardan foydalanish kerak:

• Tabiiy qaytarish turlari: Manba tilingiz tabiiy ravishda bir nechta mantiqiy bog'liq qiymatlarni qaytarganda (masalan, kortejlar, xato kodlari, koordinatalar) ko'p qiymatli funksiyalardan foydalaning.
• Samaradorlik uchun muhim funksiyalar: Tez-tez, ayniqsa ichki sikllarda chaqiriladigan funksiyalar uchun ko'p qiymatli funksiyalar xotira xarajatlarini bartaraf etish orqali sezilarli samaradorlikni oshirishi mumkin.
• Kichik, primitiv qaytariladigan qiymatlar: Bu kichik sonli primitiv turlar (i32, i64, f32, f64) uchun eng samarali. CPU registrlarida samarali qaytarilishi mumkin bo'lgan qiymatlar soni cheklangan.
• Aniq interfeys: Ko'p qiymatli funksiyalar funksiya imzolarini aniqroq va ifodaliroq qiladi, bu esa xalqaro jamoalar uchun kodning o'qilishi va saqlanishini yaxshilaydi.

Qachon faqat ko'p qiymatli funksiyalarga tayanmaslik kerak:

• Katta ma'lumotlar tuzilmalari: Katta yoki murakkab ma'lumotlar tuzilmalarini (masalan, massivlar, katta structlar, satrlar) qaytarish uchun ularni Wasm'ning chiziqli xotirasida ajratish va bitta ko'rsatkichni qaytarish hali ham maqsadga muvofiqdir. Ko'p qiymatli funksiyalar murakkab ob'ektlarning to'g'ri xotira boshqaruvining o'rnini bosa olmaydi.
• Kam chaqiriladigan funksiyalar: Agar funksiya kamdan-kam chaqirilsa, avvalgi vaqtinchalik yechimlarning qo'shimcha xarajatlari ahamiyatsiz bo'lishi mumkin va ko'p qiymatli funksiyalardan optimallashtirish kamroq ta'sirli bo'ladi.
• Haddan tashqari ko'p qaytariladigan qiymatlar: Garchi Wasm spetsifikatsiyasi texnik jihatdan ko'plab qaytariladigan qiymatlarga ruxsat bersa-da, amalda juda ko'p sonli qiymatlarni (masalan, o'nlab) qaytarish CPU registrlarini to'ldirishi va baribir tabiiy kodda qiymatlarning stekka to'kilishiga olib kelishi mumkin, bu esa registrga asoslangan optimallashtirish afzalliklarining bir qismini kamaytiradi. Uni ixcham saqlang.

Disk raskadrovkaga ta'siri:

Ko'p qiymatli funksiyalar bilan Wasm stek holati ko'p qiymatli funksiyalardan oldingisidan biroz farq qilishi mumkin. Disk raskadrovka vositalari buni boshqarish uchun rivojlangan, ammo Wasm ijrosini tekshirishda stekning bir nechta qiymatlarni to'g'ridan-to'g'ri manipulyatsiya qilishini tushunish foydali bo'lishi mumkin. Kompilyatorlardan manba xaritalarini yaratish odatda buni abstraktlashtiradi, bu esa manba tili darajasida disk raskadrovka qilish imkonini beradi.

Vositalar zanjiri mosligi:

Ko'p qiymatli va boshqa zamonaviy Wasm xususiyatlaridan to'liq foydalanish uchun Wasm kompilyatoringiz, bog'lovchingiz va runtime'ingiz yangilanganligiga doimo ishonch hosil qiling. Ko'pgina zamonaviy vositalar zanjiri buni avtomatik ravishda yoqadi. Masalan, Rust'ning wasm32-unknown-unknown maqsadi, so'nggi Rust versiyalari bilan kompilyatsiya qilinganda, kortejlarni qaytarganda avtomatik ravishda ko'p qiymatli funksiyalardan foydalanadi.

WebAssembly va ko'p qiymatli funksiyalarning kelajagi

Ko'p qiymatli taklifi alohida xususiyat emas; bu WebAssembly'ning yanada ilg'or imkoniyatlariga yo'l ochadigan asosiy komponentdir. Uning umumiy dasturlash muammosiga elegant yechimi Wasm'ning turli xil ilovalar uchun mustahkam, yuqori samarali runtime sifatidagi mavqeini mustahkamlaydi.

• Wasm GC bilan integratsiya: WebAssembly axlat yig'ish (Wasm GC) taklifi rivojlanar ekan, Wasm modullariga to'g'ridan-to'g'ri axlat yig'iladigan ob'ektlarni ajratish va boshqarish imkonini beradi, ko'p qiymatli funksiyalar ushbu boshqariladigan ob'ektlarga havolalarni qaytaradigan funksiyalar bilan uzluksiz integratsiyalashadi.
• Komponent modeli: Tillar va muhitlar o'rtasida o'zaro ishlash va modul kompozitsiyasi uchun mo'ljallangan WebAssembly Komponent modeli mustahkam va samarali parametr uzatishga qattiq tayanadi. Ko'p qiymatli funksiyalar komponentlar o'rtasida ma'lumotlarni moslashtirish xarajatlarisiz aniq, yuqori samarali interfeyslarni aniqlash uchun muhim imkoniyat beruvchidir. Bu, ayniqsa, taqsimlangan tizimlar, mikroservislar va plagin arxitekturalarini qurayotgan global jamoalar uchun dolzarbdir.
• Kengroq qabul qilinishi: Veb-brauzerlardan tashqari, Wasm runtimelari server tomonidagi ilovalarda (serverdagi Wasm), chekka hisoblashlarda, blokcheynda va hatto o'rnatilgan tizimlarda tobora ko'proq qabul qilinmoqda. Ko'p qiymatli funksiyalarning samaradorlik afzalliklari Wasm'ning ushbu resurs cheklangan yoki samaradorlikka sezgir muhitlarda hayotiyligini tezlashtiradi.
• Ekosistemaning o'sishi: Wasm'ga ko'proq tillar kompilyatsiya qilinib, ko'proq kutubxonalar qurilgan sari, ko'p qiymatli funksiyalar standart va kutilgan xususiyatga aylanadi, bu esa butun Wasm ekosistemasida yanada idiomatik va samarali kod yozish imkonini beradi.

Xulosa

WebAssembly ko'p qiymatli funksiyalarni chaqirish konvensiyasi Wasm'ning haqiqatan ham universal va yuqori samarali hisoblash platformasiga aylanish yo'lidagi muhim bir qadamdir. Bitta qiymat qaytarishning samarasizligini to'g'ridan-to'g'ri hal qilish orqali, u parametrlarni uzatishda sezilarli optimallashtirishlarni ochib beradi, bu esa tezroq ijro, kamaytirilgan xotira xarajatlari va kompilyatorlar uchun soddaroq kod generatsiyasiga olib keladi.

Butun dunyo dasturchilari uchun bu o'zlarining afzal ko'rgan tillarida yanada ifodali, idiomatik kod yozish imkoniyatini anglatadi, bu kod yuqori darajada optimallashtirilgan WebAssembly'ga kompilyatsiya qilinishiga ishonch hosil qiladilar. Murakkab ilmiy simulyatsiyalar, sezgir veb-ilovalar, xavfsiz kriptografik modullar yoki samarali serversiz funksiyalarni qurayotgan bo'lsangiz ham, ko'p qiymatli funksiyalardan foydalanish eng yuqori samaradorlikka erishish va dasturchi tajribasini oshirishda asosiy omil bo'ladi. WebAssembly bilan samarali va portativ ilovalarning keyingi avlodini qurish uchun ushbu kuchli xususiyatni qabul qiling.

Qo'shimcha o'rganing: WebAssembly spetsifikatsiyasiga sho'ng'ing, zamonaviy Wasm vositalar zanjiri bilan tajriba qiling va o'z loyihalaringizda ko'p qiymatli funksiyalarning kuchiga guvoh bo'ling. Yuqori samarali, portativ kodning kelajagi shu yerda.