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什么是 WASI

通过上一篇文章，咱们大略能晓得 WebAssembly 是什么，以及用 Go 编写一些利用，这篇文章咱们再来聊一聊 WASI，浏览完这一篇文章后咱们基本上能对 WebAssembly 整体上有个认知。本文同样也只会简略带你过一遍，而不会很深刻，如果感兴趣的话更多地还是须要你本人钻研。

对于什么是 WASI，能够先看一下这篇文章：Standardizing WASI: A system interface to run WebAssembly outside the web，讲得十分具体了。

在操作系统中，应用程序想要操作资源，是通过内核（Kernel）来进行的，内核提供了零碎接口，而对于不同的零碎（Windows、Linux、Mac 等）会有不同的接口，比方 Windows 零碎下是 Windows API，Mac 或者 Linux 下则是 POSIX API。而应用程序想要跨平台调用，则须要将不同的零碎调用，形象为接口（interface），提供对立的规范。咱们之前曾经尝试过编写 Wasm Web 利用，咱们须要应用 JS 胶水代码来跑 Wasm 模块，而 JavaScript 调用浏览器 Web API，而后浏览器才调用零碎接口。Wasm 在浏览器中，与 Kernel 交互的动作是由浏览器来实现的，Wasm 不须要操心太多问题。

那么，如果 Wasm 脱离了浏览器，是否就无奈运行呢？咱们要如何让 Wasm 运行在 Web 浏览器之外呢？

想要让 Wasm 运行在 Web 浏览器之外，首先，咱们要思考一个问题，谁来表演 JavaScript 和浏览器的角色呢？而 Wasm 是否能间接调用物理机系统接口呢？咱们晓得 WebAssembly 是基于虚构指令集架构（V-ISA）的二进制指令集，所以 WebAssembly 须要的是面向虚拟机的零碎接口，为什么不间接与零碎进行交互呢？咱们只须要模仿一下 JS 和浏览器做的事件实现 Runtime 不就能够了？咱们来思考一下，WebAssembly 的零碎接口标准是如何来设计的。

在设计零碎接口时，有两个十分重要的属性，可移植性 和安全性。可移植性，指的是，在不同的零碎中，同样的 Wasm 二进制文件，咱们可能反对将它转化为不同的零碎调用。安全性，指的是，在零碎调用过程中对用户拜访权限的管制，咱们不能间接让第三方包间接拜访系统资源。基于此，咱们须要结构一个沙盒环境，与系统资源隔开，要想拜访系统资源，咱们通过 Wasm Runtime 去做与 Kernel 交互这件事，而在 Web 浏览器内的 Wasm 中这件事由浏览器实现。在实现一个 Wasm Runtime 时，咱们须要一个规范，也就是目前依然在演变进化中的 WASI（WebAssembly System Interface）。WASI 作为一层形象接口层，在零碎调用前实现被 Wasm 二进制所调用。

Wasm 在编译的时候，并不知道面向的是什么操作系统，设想一下，如果没有 WASI 层，C/C++ 代码编译成 Wasm 二进制后，对应的零碎调用援用其中某一种环境，没法做到一次编译，到处运行，咱们可移植性的指标就无奈实现。

WASI 的设计

理解了 WASI 的作用，再来看看 WASI 具体是怎么设计的。

WASI 被设计为一组模块化的标准接口，其中最根底的外围模块为 wasi-core。wasi-core 蕴含文件、网络等相干零碎调用的 WASI 形象函数接口。上面这个图来自 Lin Clark 的博客：

除了 wasi-core，其它的比方“sensors”、“crypto”、“processes”、“multimedia”等子集合都是以独自的子模块的模式组织。

咱们以 fopen 为示例，对于 C/C++，咱们创立了一个 wasi-sysroot，它依据 wasi-core 实现了 libc，咱们应用 wasi-sdk 编译源代码到 wasm 二进制，最终通过 __wasi_path_open 进行零碎调用。在 Rust 中，Rust 会间接在规范库中应用 wasi-core，间接引入 __wasi_path_open 来实现。

__wasi_path_open 函数时最终产生的用于零碎调用的函数，他就是依据 WASI 规范产生的形象零碎调用函数，fopen 为文件操作函数，它被划分在 wasi-code 子集合中。咱们之前谈到的 WASI Runtime，通过实现诸如 wasi-core 的子集合，提供了可移植性，同时这些运行时引擎提供了沙箱环境，宿主机能够一一程序抉择哪些 wasi-core 函数能够传入，只有传入的函数才支持系统调用，不是什么零碎函数都能被调用，这就保障了安全性。

好了，当初有个问题，Wasm 之于 Web 浏览器是很有意义的，尽管当初反对度还不够；而 WASI 呈现的意义是什么？我间接用 C/C++ 编译的我的项目难道不能用吗？喔，Wasm + WASI 的意义重在 WASI 沙盒啊，它实际上是 Assembly+Docker 的联合啊。好了，别说 Java 和 JVM 了，别问 Node.js 之于 JavaScript 不也相似。WASI 的宏图大业是用任何语言编写能够运行在任何平台且高效运行的利用，当目前所有的规范和布局后续都买通后，这门技术还是很有看点的。好了，先按住不表，咱们十年后再回来探讨，到时见分晓。

WASI Runtime 介绍

看到这，你应该晓得 WASI Runtime 是干什么的了？如果还不明确，看一下上面这个图，你应该能猜到 Runtime 是属于什么位置，上面是 Wasm 性能在不同引擎的实现水平：

Wasmtime，Wasmer 就是一些比拟风行的 Runtime 实现。Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎 的 JavaScript 运行时，它自身就是为 JavaScript 脱离浏览器而设计，所以天然地曾经开始自持 Wasm WASI 了。

这里提一嘴，Mozilla 等公司为了推广 WebAssembly 还成立了一个“字节联盟”，专门推动 Wasm 这方面的开源，Wasmtime 就是来自于字节联盟。

编写基于 WASI 的利用

咱们上一篇文章探讨 Web 中的 Wasm 时，咱们都是通过高级语言（C/C++，Rust，Go 等）编写代码后间接编译为 wasm 二进制文件，然而，请留神，这种形式都是通过工具或者是语言编译器基于 JavaScript API 转换到 wasm 二进制文件的，其最终依然是通过 JavaScript 调用调用浏览器而后再与内核交互的（目前的 Wasm 反对就是这样，后续有什么倒退咱们再继续关注）。

那么如果咱们应用 WASI，即不依赖浏览器，不依赖 JavaScript 来编写 Wasm，这时候咱们就不能通过目前的仅反对嵌入到 Web 的工具链来操作了，咱们须要用反对 WASI 的运行时来实现，目前的 WASI Runtime 反对度还不是很够，毕竟 WASI 规范也还在演进。

不过，咱们还是通过一个例子来看看 WASI 的利用。

Wasmer

咱们应用 Wasmer 运行时为例，来编写一个简略 Demo。为什么应用 Wasmer 呢，次要还是集体比拟看好，Wasmer 对于各种语言的反对度绝对更好，甚至还保护了 WAPM 来作为一个 Wasm Module 的包管理工具，还是蛮有意思的。

装置 wasmer（可能须要迷信上网）：

curl https://get.wasmer.io -sSfL | sh

装置胜利，查看版本：

$ wasmer --version
wasmer 1.0.2

wasmer 具体怎么玩，咱们就不多说了，命令行 wasmer --help 就能看到具体的 cli 工具链形容。

目前来说，Rust 的反对度是最好的，因为 WASI、Wasmer 这些自身就是基于 Rust 开发的。不过咱们还是不忘初心，咱们还是应用 Go 语言作为咱们的开发语言，好，接下来就是 Go + WASI 环节。

Wasmer-go

因为 Wasmer 是用 Rust 写的，要反对不同的语言，须要不同语言的反对包，Wasmer-go 是 go 的 Wasmer 实现，实际上 Wasmer-go 就是间接嵌入一个 Wasmer 来反对的。

装置 wasmer-go：

go get github.com/wasmerio/wasmer-go/wasmer

咱们要应用 wasmer-go 反对 Wasm，有两种形式：

• 编写 WAT 文本格式，而后在程序中引入；
• 间接引入 wasm 模块文件；

如果间接引入 wasm 模块文件，我能够用 go build 编译吗？目前不能！咱们想要用 Go 来编写 Wasm，然而咱们应用 Go 编写函数而后用 Go 官网工具链编译进去的 .wasm 目前是无奈应用到 Wasmer runtime 中的，因为目前 Go 编译器转化的 .wasm 是只反对 JS 的，只用于浏览器中，Go 编译器中的 Wasm 也只是试验中，且还没有反对 WASI。后续须要关注。（当初是 2021-03-10）

你能够用 Rust 写 .rs 转 .wasm 而后引入，尽管这很奇怪，我明明用的是 wasmer-go，还得额定找工具链编译 wasm。不然目前还是就间接写 WAT 吧。

Go Demo

咱们就跑一遍官网给的例子：

package main

import (
    "fmt"

    "github.com/wasmerio/wasmer-go/wasmer"
)

func main() {
    // 手动编写 WAT 文本
    wasmBytes := []byte(`
    (module
      (type (func (param i32 i32) (result i32)))
      (func (type 0)
        local.get 0
        local.get 1
        i32.add)
      (export "sum" (func 0)))
`)

    // 创立 wasmer 引擎
    engine := wasmer.NewEngine()

    // 创立一个存储空间
    store := wasmer.NewStore(engine)

    // 编译 wasm 模块
    module, err := wasmer.NewModule(store, wasmBytes)
    if err != nil {fmt.Println("Failed to compile module:", err)
    }

    // 导入一个空的导入对象
    importObject := wasmer.NewImportObject()

    // 初始化 WebAssembly 模块到对象中
    instance, err := wasmer.NewInstance(module, importObject)
    if err != nil {panic(fmt.Sprintln("Failed to instantiate the module:", err))
    }

    // 从对象中导出定义的函数
    sum, err := instance.Exports.GetFunction("sum")
    if err != nil {panic(fmt.Sprintln("Failed to get the `add_one` function:", err))
    }

    // 应用导出的函数
    result, err := sum(1, 2)
    if err != nil {panic(fmt.Sprintln("Failed to call the `add_one` function:", err))
    }

    // 打印后果
    fmt.Println("Results of `sum`:", result)

    // Output:
    // Results of `sum`: 3
}

执行这个程序：

$ go run main.go
Results of `sum`: 3

失去了正确的后果。好了，其实 Go 编写 WASI 我感觉搬运这个例子就足够了。

小结

目前来说，WASI 咱们只能说感兴趣的话本人玩玩，不倡议花太多工夫，毕竟很多货色还不明朗。WebAssembly 的利用，还是先关注 Web 畛域，毕竟这一块是曾经初露锋芒，有一些人在尝试了的。