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次世代のクラウドネイティブ基盤
Wasmの今と未来
CloudNative Days Summer 2024 @札幌
2024/06/15
Soichiro Ueda, Ai Nozaki
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上田 蒼一朗
京都大学 岡部研究室 M1
❤ インフラ技術、システムソフトウェア
野崎 愛
東京大学 中村・高瀬研究室 M2
❤ ハードウェアとソフトウェアの境界
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ainozaki ainno321
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目次
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1. Wasmの今 〜基礎編〜
2. Wasmの今 〜開発者体験編〜
3. Wasmの未来
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WebAssemblyとは
● ブラウザ上で実行可能な仮想命令セットアーキテクチャ
○ JavaScriptと違ってバイナリの状態で実行
● Wasmランタイムを用いてサーバー上でも実行可能
● 間違われがちなこと
○ 正式な略記はWASMではなく
Wasm
○ アセンブリではない
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Wasm × クラウドネイティブ？
「コンテナの次はWasmだ！」
「DockerやKubernetesがWasmをサポート！」
「WasmがあったらDockerは作らなかった！」
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VS
✅ ポータビリティ
✅ セキュリティ
✅ 軽量
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Wasmの仕組み
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Wasmランタイム
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Wasmランタイムのお仕事
● Wasmバイナリを解釈し、実行する
○ インタプリタ型・JIT型・AoTコンパイル型
● Wasmとシステムの仲介役
○ サンドボックスの提供
○ システムに対するAPI（WASI）の提供
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Wasmのバイナリを眺めてみよう
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これがWasmだ！
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↑ WebAssemblyのテキスト形式（WAT）
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Wasmの実行単位、モジュール
この中に一連の実行対象となる命令が記述されている
実行可能ファイルみたいなイメージ
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実行対象となる命令列
命令列は関数の単位で記述される
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Wasmはスタックマシン → スタック上で計算を行う
各命令がスタックに対する操作になっている
スタック
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local.get $a ← 引数 $a をスタックに詰む
スタック
$a
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local.get $b ← 引数 $b をスタックに詰む
スタック
$a
$b
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i64.add ← スタックから2つ取り出し、その和を積む
スタック
$a + $b
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return ← 一番上に積んでいる値を返す
スタック
$a + $b
↓ 戻り値
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Wasmはスタックマシンだが...
● ランダムアクセス可能なメモリも持っている
○ Linear Memory
● Wasmランタイムによって用意され
要求すれば動的にサイズを変更できる
○ ページ単位で変更でき、1ページ = 64KiB
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0 64KiB
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初期のページサイズを指定
i32.store
↑ スタックに積まれた値を
Linear Memoryにストアする
i32.load
↑ Linear Memoryの値を
スタックに積む
memory.grow
↑ Linear Memoryのサイズを変更
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IOとかはどうするの？
● Wasm自体にIO等を扱う仕組みはない
● WebAssembly System Interface (WASI)
○ システムのリソースを提供するAPIの仕様
○ ファイル・ネットワークなど
● 最新のバージョンは Preview2
○ 2024年1月に正式リリース
○ WASI Preview2、WASI p2、WASI 0.2 などとも
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使いたいWASI関数をimportする
WASI Preview1のproc_exitとfd_writeを import
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importした関数を呼び出す
→ ランタイム側に処理が委譲される
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スタック
Linear Memory
Wasmランタイム
Read/Write
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目次
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1. Wasmの今 〜基礎編〜
2. Wasmの今 〜開発者体験編〜
3. Wasmの未来
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開発者体験
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1どう書く？
2どう手元で動かす？ 3どこでデプロイ？
4どう共有する？
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どう書く？
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プログラミング言語のWasm対応
WASI p2
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どう手元で動かす？
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手元で動くWasmランタイム
Wasmtime, WAMR
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どう手元で動かす？
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コンテナエコシステムとWasmの統合
shim
shim
shim
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どこでデプロイする？
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Wasmをサポートするサービス
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どう共有する？
● まだ成熟してない..
● レジストリの仕様：warg
○ JAF Labsによる wa.dev (public beta)
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https://wa.dev/ainozaki:cnds-demo
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目次
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1. Wasmの今 〜基礎編〜
2. Wasmの今 〜開発者体験編〜
3. Wasmの未来
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Wasmで今一番アツい話題
Component Model
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Core Wasmの課題
外部のモジュールやプログラムとのimport/exportが不得意
○ Core Wasmの仕様はprimitiveな型しか持たない
■ その他の型は全てLinear メモリ上で表現されるが、言語依存
○ 😱引数のメモリ上の表現をプログラマが揃える必要
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‘H’ ‘e’ ‘l’ ‘l’ ‘o’ \0
‘H’ ‘H’ ‘e’ ‘e’ ‘l’ ‘l’ ‘l’ ‘l’ ‘o’ ‘o’
ASCII! 終端null! utf-16!
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Component Modelの登場
モジュールを超えて型を表現するための仕様
インターフェースの記述言語 WIT
● Wasm Interface Type
● import/exportのシグネチャを定義する言語
○ WITを元に各言語向けのbindingコードが自動生成される（c.f gRPCのproto）
○ ユーザが記述し，ユーザが呼び出す
バイナリレベルの表現規約 Canonical ABI
● Application Binary Interface
● 型のバイナリ表現を定義
○ 基本ユーザからは見えない
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Component Modelの登場
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Component
Module from
言語B
WITに基づいた
呼び出し
Canonical ABIによる
データ表現の一貫性
Canonical
ABI
Module from
言語A
言語を超えたWasmのリンクを実現できる
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例
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Component
Module from
呼び出し
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Step1:
Rustによるcnds_demo componentの作成
WIT/その実装の例が
初期生成される
（次スライド）
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WITによる
interfaceの定義
interfaceの中身の実装
初期生成されたファ
イルの中身
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componentのビルド
wargにもpublish
https://wa.dev/ainozaki:cnds-demo
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Step2: JSからのcnds_demoの利用
.wasmから
自動生成
jcoにcomponentを渡す
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自動生成された
.jsからimport
Run!
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さいごに
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まだ議論しなければならないこともあるが魅力
的な技術
バイナリサイズの
大きさ
既存の資産からの
乗り換え
未熟な共有手段 定量的な事例評価
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Thank you for your attention!
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お気づきでしょうか...?
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以下入らなかったスライド
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← コンパイラにWasmバッ
クエンドを追加
← ビルド
RustでWasmを作成する
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Wasmランタイムで動かす
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RuntimeClass
作成
Pod作成
Kubernetesから動かす
containerd
設定
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Mewzプロジェクトの簡単な紹介
問題：Wasmの隔離性は
Multi-tenancyでは不十分
解決：Wasmに特化した軽量OS低
overheadにVMで隔離
Wasm Runtime
Machine
Host OS
App App
App
軽量OS
Host OS +
Hypervisor
Machine
App
軽量OS