WebAssembly além da Web - Casos de Uso em IoT

Um pouco sobre WebAssembly, como está sendo usado hoje, fazendo um paralelo com o mundo de Internet das Coisas, mostrando que problemas resolvidos por WebAssembly nos navegadores tem coisas em comum com IoT.

Video da talk - https://www.youtube.com/watch?v=bl1bHudVsAM

Demo #1 - Overview com Webassembly.studio

Demo #2 - Rodando TinyGo/AssemblyScript/Rust em ambiente embarcado
https://github.com/alvarowolfx/wasm-ble-edge-filter

Demo #3 - Usando WebAssembly como motor de regras em IoT
https://github.com/alvarowolfx/wasm-arduino-wifi

Transcript

1. https://www.google.com/url? sa=i&url=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FWebAssembly&psig=AOvVaw01ph2uPKCm79kmbF AW&ust=1594860562007000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCOCK- dyEzuoCFQAAAAAdAAAAABAD WebAssembly além da Web Casos de uso em IoT Alvaro Viebrantz Google Developer Expert for IoT and Product Engineer at Leverege aviebrantz.com @alvaroviebrantz
2. MOTIVAÇÃO DESSA TALK
3. “CONSIGO RODAR _INSIRA_SUA_LINGUAGEM_FAVORITA_ EM UM ARDUINO ?”
4. ATWOOD’S LAW
5. ATWOOD’S LAW “ANY APPLICATION THAT CAN BE WRITTEN IN JAVASCRIPT, WILL EVENTUALLY BE WRITTEN IN JAVASCRIPT.”
6. ATENÇÃO MUITAS COISAS EXPERIMENTAIS A FRENTE
7. O que vamos ver hoje ? O que é o WebAssembly ? Porque faz sentido em IoT Demos
8. WebAssembly
9. O que é WebAssembly Não, o Javascript não vai morrer • Formato binário de código • .wasm • Existe um formato em texto .wat • Código proximo ao Assembly • Podemos comparar com Bytecodes de outras VMs como a JVM • Baixo nível • Portável • Rápido • Menor uso de memória
10. Performance na Web Muito tempo é usado no parse + compile • WebAssembly • Otimizado antes da execução • Ao contrário de Javascript que otimiza a medida que é executado Imagem do artigo - https://medium.com/trainingcenter/webassembly-a-jornada-o-que-%C3%A9-wasm-75e3f0f03124
11. Suporte ao WebAssembly Os browsers abraçaram a especificação - 91.18% em Jul/2020 https://caniuse.com/#feat=wasm
12. Demo #1 WebAssembly Studio
13. WebAssembly por ai Rode código feito em outras linguagens no Browser • WASM por si não é uma linguagem • É um target para outras linguagens • Algumas linguagens que compilam para Wasm • C/C++ ⭐ - Emscriptem • Rust ⭐ • Assemblyscript ⭐ - Flavor de Typescript • TinyGo - Flavor de Go • Golang começou suporte também • Pyodide - Python + Numpy stack
14. Coisas malucas feitas com WebAssembly Tem uso em produção • Figma • Engine de manipulação de imagens • www.figma.com/blog/webassembly-cut-figmas-load-time-by-3x/ • Autocad Web • Engine de CAD portada de C++ • Demo no Google I/O 2018 - www.youtube.com/watch?v=D4fNcX0Q9gA • Blazor - Framework Web .Net • Vugu - Framework Frontend em Go • Valerie - Framework Frontend em Rust github.com/mbasso/awesome-wasm
15. Não só na Web! (que é o ponto dessa talk )
16. WebAssembly everywhere Outros casos de uso e também tem uso em produção • Edge Impulse ⭐ • Roda modelos de ML em dispositivos IoT • Fastly e Cloudflare • Rodar código de forma segura em CDNs • Blockchain/SmartContracts • Projetos OSS • Wasmer - Runtime WASM - Pode ser embutido em Go/Python/PHP/Ruby • Wasmtime - Outro Runtime WASM Standalone • Krustlet - WASM on Kubernetes • Postgres-ext-wasm - github.com/wasmerio/postgres-ext-wasm
17. WebAssembly está crescendo Muita coisa ainda em pesquisa • WASI - WebAssembly System Interface • Como trazer acesso a recursos como arquivos, rede, chamadas de sistema em geral ? • Como fazer isso mantendo a portabilidade e segurança ? hacks.mozilla.org/2019/03/standardizing-wasi-a-webassembly-system-interface/
18. e como chegamos em IoT ?
19. primeiro, o que é IoT ?
20. 20 Por que está na moda hoje ? Sensores, internet e processamento mais baratos
21. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria • Apesar de contar, na maioria das vezes não estamos falando disso • Celulares • Roteadores/Gateways • Raspberry Pi’s e afins
22. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria • Dispositivos bem menores e mais baratos • Lampadas, Sensores de porta, Fechaduras Smart, Termostatos • Rastreadores em geral - GPS, rede celular, LoRa, etc • Assistentes pessoais - Alexa/Google Assistant • Na maioria das vezes, não tem sistema operacional nenhum
23. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria CPU Memory Flash Connectivi ty GPIO Arch Power Consumption Price ATMega 328p 16 Mhz 2 Kb 32 Kb None 24 AVR RISC 8 bit 40mA $1.7 STM32 “Blue Pill” 72 Mhz 20 Kb 64 kb None 32 ARM 32 bit 8mA $2.3 ESP 32 160 Mhz
 Dual Core 512 Kb Up to 16MiB Wifi/Ble 36 XTensa 32 bit 200mA $3
24. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria • Tem que se levar muito a serio questões de performance • Uso de memoria e CPU • Também influência em uso de bateria • Segurança - o “S” de IoT • Ainda assim conseguir evoluir o projeto • Over the Air updates - OTA • Maior parte do desenvolvimento embarcado é em C/C++
25. 25 Mas peraí, não é só em C/C++ né ? Existem varias outras formas por ai • MicroPython • TinyGo • Lua • Várias Engine Javascript • Duktape • Jerryscript • MongooseOS • Mais usados em prototipos
26. mas infelizmente não são production ready
27. Mas aqui temos o link entre IoT e WebAssembly
28. WebAssembly + IoT Compartilham muitos principios • Código otimizado • Menor uso de memoria • Rapidez e Performance • Sandbox e segurança
29. E se pudemos usar qualquer linguagem e ainda ter boa performance ?
30. Esforços para trazer WebAssembly a devices embarcados Em 2017 isso começou, mas era bem ruim • Em 2017 o WebAssembly estava já sendo bem suportado na web • Hoje temos vários runtimes Wasm para embarcados • Wasm3 - Blynk • Wasm Micro Runtime - Intel/Redhat/Fastly/Mozilla - Bytecode Alliance • Zephyr RTOS - Linux Foundation • Mas ainda não resolve 100% a questão da portabilidade • Talvez alguma variante do WASI venha a resolver isso
31. WASI for IoT ? WASI define coisas como acesso a arquivos, rede e syscalls • WASI é o bastante para o mundo embarcado ? • Requisitos mais específicos • Acesso a pinos • Interação com sensores • “Network” - Bluetooth/WiFi/Zigbee/LoRa • Isso é um grande desafio, mesmo usando a mesma stack, pode ser completamente diferente dependendo do hardware
32. Demo #2 Rodando Wasm como linguagem principal
33. Rodando Wasm como linguagem principal Programar em qualquer linguagem para ambiente embarcado • Aplicação embarcado funciona quase que como um SO primitivo • Inicia o código em Wasm • Provê os “drivers” para acesso a rede e outros recursos • Provê interface para OTA do código em Wasm
34. Rodando Wasm como linguagem principal Programar em qualquer linguagem para ambiente embarcado • O que foi feita na demo • ESP32 como dispositivo embarcado • TinyGo/Rust/AssemblyScript compilado para Wasm • Código Wasm fazem acesso ao hardware e rede • Conecta na rede Wifi • Pisca Led • https://github.com/alvarowolfx/wasm-arduino-wifi
35. Rust
36. AssemblyScript
37. TinyGo
38. Foi apresentado na WebAssembly Summit 2020 https://webassembly-summit.org/speakers/6/
39. Demo #3 Usando Wasm como um motor de regras
40. Usando Wasm como um motor de regras Reaproveitar código base do embarcado • Embarcado ainda é programado nativamente • Provê uma interface que permite customização do seu funcionamento • Consegue criar regras mais complexas do que apenas mudar parâmetros ou passar novas configurações • Imagine um usuário mais avançado podem descrever algumas regras em código para atualizar o device, sem quebrar o código principal • O mesmo código pode rodar no servidor usando runtimes Wasm para server side
41. Usando Wasm como um motor de regras Reaproveitar código base do embarcado • O que foi feita na demo • ESP32 escaneia dispositivos bluetooth • A regra para filtrar os devices é definida via Wasm • Embarcado busca nova versão do Wasm a cada boot para se atualizar e pegar regras atuais • https://github.com/alvarowolfx/wasm-ble-edge-filter
42. Regra de negocio em AssemblyScript Um exemplo de como poderia ser customizado
43. REFERENCIAS
44. Referencias Mais material de estudo • https://github.com/AssemblyScript/assemblyscript • https://github.com/wasmerio/postgres-ext-wasm • https://github.com/wasmerio/vscode-wasm • https://medium.com/trainingcenter/webassembly-a-jornada-o-que-%C3%A9-wasm-75e3f0f03124 • https://dev.to/emmanuelantony2000/valerie-rethinking-web-apps-in-rust-4cl3 • https://developer.mozilla.org/en-US/docs/WebAssembly/Concepts • https://lastminuteengineers.com/esp32-sleep-modes-power-consumption/ • Autocad WASM - Demo no Google I/O 2018 - www.youtube.com/watch?v=D4fNcX0Q9gA
45. Obrigado! aviebrantz.com youtube.com/alvaroviebrantz twitch.tv/alvaroviebrantz Alvaro Viebrantz Google Developer Expert for IoT and Product Engineer at Leverege aviebrantz.com @alvaroviebrantz