5分で理解するWebAssemblyのWebの外の話 PHPはマイコンの夢を見るか？

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1. 5分で理解するWebAssembly のWebの外の話 PHPはマイコンの夢を⾒るか？ うすゆき PHPerKaigi 2024 Day1(⅜) Track A ルーキーズLT 17:05~
2. うすゆき 来月から社会人！ 去年は当日スタッフ！ PHP4.1.2 < 年齢 < PHP4.1.1 2
3. 3 PHPを様々な場所で動かしてぇ
4. でも，環境差異が…… 4 OS, アーキテクチャ, etc…
5. 過去のカンファレンスで WebAssembly(以後Wasm)を使って PHPをブラウザで動かす登壇がある…… 5
6. しかも， Wasmは実行環境に依存せず Webの外でも動くらしい 6
7. 7 Wasm
8. まずはWasmの原典へ…… “Bringing the Web up to Speed with WebAssembly” Andreas Haas et al. Google, MicroSoft, Apple, Mozillaの共著論文 Introductionに Wasmの要件(should have)が書かれている 8
9. Should have 1. Safe, fast, and portable semantics a. safe to execute b. fast to execute c. language-, hardware-, and platform-independent d. deterministic and easy to reason about e. simple interoperability with the Web platform 2. Safe and efficient representation a. compact and easy to decode b. easy to validate and compile c. easy to generate for producers d. streamable and parallelizable 9
10. Should have 1. Safe, fast, and portable semantics a. safe to execute b. fast to execute c. language-, hardware-, and platform-independent d. deterministic and easy to reason about e. simple interoperability with the Web platform 2. Safe and efficient representation a. compact and easy to decode b. easy to validate and compile c. easy to generate for producers d. streamable and parallelizable 10
11. language-, hardware-, and platform-independent 11
12. language-, hardware-, and platform-independent 12
13. language-independent C/C++ Wasm Rust Go Java 13 コンパイラ
14. language-, hardware-, and platform-independent 14
15. hardware-, and platform-independent OS Wasm Wasmランタイム ISA 15
16. hardware-, and platform-independent OS WebAssembly Wasmランタイム ISA Webブラウザ，CLI，埋め込み向けの Wasmランタイムが存在！ 16
17. Wasmの仕様を見てみる 17 より詳しく知りたい方は PHPerKaigi 2024 Day1 14:40~ TrackA “WebAssembly を理解する 〜VM の作成を通して〜 by nsfisis” の方を御覧いただきたいです🙏
18. 名前 型 i32, i64 整数(32bit, 64bit) f32,f64 浮動小数点数(32bit, 64bit) (memory) (線形メモリ) ※⼀部のランタイムではVector型や参照型,複数値をサポート Wasmの型 18
19. 名前 型 i32, i64 整数(32bit, 64bit) f32,f64 浮動小数点数(32bit, 64bit) (memory) (線形メモリ) ※⼀部のランタイムではVector型や参照型,複数値をサポート 数値は扱える 19 Wasmの型
20. 名前 型 i32, i64 整数(32bit, 64bit) f32,f64 浮動小数点数(32bit, 64bit) (memory) (線形メモリ) ※⼀部のランタイムではVector型や参照型,複数値をサポート それ以外は線形メモリで表現 20 Wasmの型
21. 21 (func i32.const 1 (if (then i32.const 1 call $log ) (else i32.const 0 call $log ) ) ) ⾼級⾔語っぽいシンタックス
22. 22 ミニマムな仕様
23. 23 ミニマムな仕様 Wasm単体では標準出力すらできない！
24. 24 Wasm単体では標準出力すらできない！ 機能を外部から注入して動作 ミニマムな仕様
25. 具体例 Wasm (import "env" "print" (func $print ( param i32))) ;;中略 call $print JavaScript let memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); let importObject = { env: { buffer: memory, print: function (len) { // printする関数の実装 import命令でランタイムから関数などを受け取れる！ 25
26. Wasm (import "env" "print" (func $print ( param i32))) ;;中略 call $print JavaScript let memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); let importObject = { env: { buffer: memory, print: function (len) { // printする関数の実装 ←call命令で呼び出し可能！ 具体例 26
27. (import "env" "print" (func $print ( param i32))) ;;中略 call $print Wasm JavaScript let memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); let importObject = { env: { buffer: memory, print: function (len) { // printする関数の実装 具体例 27
28. (import "env" "print" (func $print ( param i32))) ;;中略 call $print Wasm JavaScript let memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); let importObject = { env: { buffer: memory, print: function (len) { // printする関数の実装 具体例 28
29. (import "env" "print" (func $print ( param i32))) ;;中略 call $print Wasm JavaScript let memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); let importObject = { env: { buffer: memory, print: function (len) { // printする関数の実装 具体例 29
30. language-, hardware-, and platform-independent の仕組みこそが を実現 (import "env" "print" (func $print ( param i32))) 30 環境依存の処理はWasmの外！
31. 5分で理解するWebAssembly のWebの外の話 PHPはマイコンの夢を⾒るか？ うすゆき 環境に依存しないWasmの仕様によって！ が可能に！
32. めでたしめでたし 32
33. これまでOSが提供してくれた標準出力等を 自前で用意するの 大変すぎでは！？ 33
34. この問題は 先人が解決済み 34
35. 1. Webブラウザ, JSランタイムの場合 2. CLI向けのWasmランタイムの場合 解決手法は実行場所により異なる 35
36. 1. Webブラウザ, JSランタイムの場合 2. CLI向けのWasmランタイムの場合 解決手法は実行場所により異なる 36
37. 1. Webブラウザ, JSランタイムの場合 Wasmコンパイル時に 対応するJSを一緒に生成するツール が存在 37
38. C/C++コード Wasm 対応するJavaScript (グルーコード) Emscripten 38 1. Webブラウザ, JSランタイムの場合
39. Emscriptenと開発者の努力で などがブラウザで動いている • PHP Playground • WordPress • Dockerコンテナ 39
40. Emscriptenでphp/php-srcも ビルドできる！ ビルドされたwasmを見てみる PHPインタプリタ 40
42. システムコールっぽいものが出てくる 42
43. システムコールっぽいものが出てくる 43 Emscriptenは システムコールをJSで実装
44. Wasmはなんかすごいアセンブリ つまり 44
45. Wasmはなんかすごいアセンブリ Emscriptenなどのコンパイラが大活躍！ つまり 45
46. 1. Webブラウザ, JSランタイムの場合 2. CLI向けのWasmランタイムの場合 解決手法は実行場所により異なる 46
47. 2. CLI向けのWasmランタイムの場合 (基本的に)JSが使えない ランタイム側に予め実装←インターフェースは標準化 47
48. CLI版Wasmのインターフェース仕様 1. WASI Preview1 2. WASI Preview2 3. WASIX 48 2. CLI向けのWasmランタイムの場合
49. 1. WASI Preview1 2. WASI Preview2 3. WASIX • Wasmer社が独自に仕様定義 • POSIX互換の関数群 • いろいろできる 49 • Bytecode Allianceが標準化 • 脱POSIX風味 • HTTP通信までサポート • Bytecode Allianceが標準化 • POSIX風味がある • 標準出力など一部のみの定義 時間の都合上，割愛！！！！！ 2. CLI向けのWasmランタイムの場合 CLI版Wasmのインターフェース仕様
50. Wasmの仕様と実装 WebAssembly仕様 (Version1, Version2) W3C 仕 様 実 装 Webブラウザ Chrome, Safari, Firefox… Wasmインタプリタ (CLI) Wasmtime, Wasmer, wazero, Wasm3, … JSランタイム Node.js, Deno, Bun, … Wasmインタプリタ (CLI) Wasmtime, Wasmer, wazero, Wasm3, … Webブラウザ Chrome, Safari, Firefox… Wasmランタイム (CLI) Wasmtime, Wasmer, wazero, Wasm3, … JSランタイム Node.js, Deno, Bun, … Wasmランタイム (埋め込み) Wasmtime, Wasmer, wazero, Wasm3, … WASIXの仕様 Wasmer WASIの仕様 Bytecode Alliance 50
51. 2. CLI向けのWasmランタイムでの対処 1. WASI Preview1 2. WASI Preview2 3. WASIX WASI Preview1に対応した php/php-srcのWasm版が存在 51 PHPインタプリタ
52. vmware-labs/webassembly-language-runtimes 52
53. vmware-labs/webassembly-language-runtimes 複数のCLI Wasmランタイムで起動を確認！ wasmtime Wasm3 wazero 53
54. ファイルを指定しての実行はできない 54 vmware-labs/webassembly-language-runtimes
55. 対話モードでechoできることを確認！ 55 vmware-labs/webassembly-language-runtimes
56. vmware-labs/webassembly-language-runtimes 複数のCLI Wasmランタイムで起動を確認！ wasmtime Wasm3 wazero 56
57. vmware-labs/webassembly-language-runtimes 複数のCLI Wasmランタイムで起動を確認！ wasmtime Wasm3 wazero マイコンでも動く！ 57
58. 5分で理解するWebAssembly のWebの外の話 PHPはマイコンの夢を⾒るか？ うすゆき
59. php/php-srcのWASI版Wasmを マイコンに書き込んでみる…… 59 PHPインタプリタ
60. 手元のマイコン(ESP32-S3)では 容量オーバー…… (サイズ小さくするのは難しい) 60
61. PHPはまだマイコンの夢は見れない 61
62. でもphp/php-srcは 　Wasmを通じて 　　いろいろな場所で動く 世界になってきた！ 62 PHPインタプリタ
63. でもphp/php-srcは 　Wasmを通じて 　　いろいろな場所で動く 世界になってきた！ 63 x86, x86_64, ARM, RISC-V, PowerPC, MIPS, Xtensa, ARC32, ... Linux, Windows, OS X, FreeBSD, Android, iOS ブラウザ，スマホ，PC，マイコン PHPインタプリタ
64. ご清聴ありがとうございました！ 1. Andreas Haas et al.“Bringing the web up to speed with WebAssembly”, PLDI 2017: Proceedings of the 38th ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, pp.185–200, 2017 2. Rick Battagline, 株式会社クイープ.“入門WebAssembly”, 翔泳社, 2021 3. WebAssembly Community Group.“WebAssembly Specification”. WebAssembly 2.0 (Draft 2024-03-05). 2024-03-07. https://webassembly.github.io/spec/core/binary/modules.html 4. 永野(@glassmonekey) .“PHPをブラウザで動かす技術”, PHPerKaigi2023 day0 Track B 5. Philip Kindred Dick，浅倉 久志.“アンドロイドは電気羊の夢を見るか？”,早川書房 ,1977 参考⽂献 64