Web 家族又新填一门语言!WASM 终于被 Web 正式被接纳了

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来自| 开源中国  编辑 | 可可

经万维网联盟 W3C 认证的 Web 语言有 HTML、CSS 与 JavaScript,而近日该联盟正式宣布 WebAssembly 核心规范( WebAssembly Core Specification )成为官方 Web 标准,这意味着 WebAssembly 成为了第 4 种 Web 语言。

WebAssembly 简称 WASM,它是为基于栈的虚拟机设计的二进制指令格式,WASM 作为可移植目标,用于编译高级语言(如 C/C++/Rust),从而可以在 Web 上部署高性能客户端和服务器应用,同时它也可以 在许多其它环境中使用。

WebAssembly 描述了一种内存安全的沙箱执行环境,该环境甚至可以在现有 JavaScript 虚拟机内部实现。当嵌入到 Web 中时,WebAssembly 将强制执行浏览器的同源和权限安全策略。

WASM  有多种实现,包括浏览器和独立系统,它可以用于视频和音频编解码器、图形和 3D、多媒体和游戏、密码计算或便携式语言实现等应用。

目前 1.0 版本的 Wasm 已经支持 Chrome、Firefox、Safari 与 Edge 浏览器。

对于 Web 来说,因为其虚拟指令集设计,WebAssembly 可让加载的页面以本地编译代码运行,从而可以提高 Web 性能。

换句话说,WebAssembly 可以实现接近本地的性能,并且优化加载时间,同时最重要的是,它可以作为现有代码库的编译目标。

尽管本地类型数量很少,但相对于 JavaScript 而言,性能的提高大部分归功于其对一致类型的使用。WebAssembly 对编译语言进行了数十年的优化,其字节代码针对紧凑性和流传输进行了优化。在下载其它代码时,网页便可以开始执行。网络和 API 访问通过附带的 JavaScript 库进行,安全模型则与 JavaScript 相同。

WebAssembly(简称 Wasm)是一种为栈式虚拟机设计的二进制指令集。Wasm 被设计为可供类似C/C++/Rust等高级语言的平台编译目标,最初设计目的是解决 JavaScript 的性能问题。Wasm 是由 W3C 牵头正在推进的 Web 标准,并得到了谷歌、微软和 Mozilla 等浏览器厂商的支持。

Wasm 具有运行高效、内存安全、无未定义行为和平台独立等特点,经过了编译器和标准化团队多年耕耘,目前已经有了成熟的社区。

设计目标

Ontology 目前支持的 NeoVM,具有简单轻量的特点,内置了整数、字节、结构、数组和字典等丰富的类型,由宿主完成数据的内存分配管理工作,因此很多功能可以通过少量的字节码完成。目前,很多的实用功能借助于原生合约实现,以系统调用的方式提供。

Runtime API 设计

Wasm 以模块的形式组织,模块内部主要包括类型定义、函数、全局变量、内存段、表和导入导出项。我们提供 Runtime 原生模块作为 Wasm 虚拟机和链交互的桥梁,在虚拟机启动时会默认加载该 Runtime 模块,供 Wasm 合约导入和调用。

由于 Wasm 只定义了内存块,没有内置内存分配使用的逻辑,所以要么由 Runtime 提供 malloc、free 等内存分配管理 API,要么由合约自身进行管理。经过细致比较分析,Runtime 管理会限制内存分配算法的升级:

由于内置在 Runtime 中,可能会导致硬分叉,比如老版本分配在内存10的位置,新版本分配在20的位置,很可能导致合约执行结果的不一致;

另外如果老版本的分配算法不够优化,导致合约执行时内存不足而执行失败,新的分配算法可能使合约执行成功,也会导致合约执行分叉。

因此将内存交由合约自身管理是一个扩展性更好的选项,同时也简化了 Runtime 的 API 设计。由于内存由合约管理,因此在 Runtime 需要向合约传递数据时需要由合约预先进行内存分配。

由于 Wasm 自身只支持 u32、u64等简单的类型,对于 Runtime 需要向 Wasm 传递复杂的数据结构时,我们定义了 Abi Codec 对数据结构序列化为字节数组的形式,写入 Wasm 内存,然后由用户合约还原出原数据结构。

小结

Ending 定律也称为终结者定律,它是 Ending 在 2016 年 Emscripten 技术交流会上给出的断言:所有可以用 WebAssembly 实现的终将会用 WebAssembly 实现。

WebAssembly,理论上能编译成 LLVM 的语言,都能编程成 WASM,从而在浏览器上运行。(这家伙是跑在浏览器上的汇编语言么?这是 Java Applet 的加强版么?)然后那些没有 Web 版的软件,理论上都能在浏览器上跑了。

Go 语言之1.11版本已支持 WASM。然后写了个 GO 程序可以在浏览器跑了,界面直接使用 HTML 输出。再看看那个只有浏览器的 Chrome OS。以前总是有评论说这系统太超前了,现在终于明白了。

有了 WASM,未来的操作系统真的只需装个浏览器了。

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