WebAssemblyとクラウドの動向と可能性

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1. [機密性1/Confidentiality1] WebAssemblyとクラウドの動向と可能性 NTTソフトウェアイノベーションセンタ 吉村 仁志 2025/02/18
2. [機密性1/Confidentiality1] • 氏名：吉村 仁志 • 2023年度4月NTT研究所へ修士卒後に入社．主にコンテナ・ WebAssemblyなどのクラウド技術をOSS活動チームに所属． • 主な活動：LinuxバイナリをWebAssemblyなど別バイナリフォーマット にAOT変換する技術の開発（repo: elfconv) – FOSDEM, WASM I/Oにて発表 • X: Masashi Yoshimura (@ming_rrr) 自己紹介 2
3. [機密性1/Confidentiality1] ➢ WebAssemblyとは ➢ サーバーサイドでのWasm ➢ WebAssembly System Interface (WASI) ➢ capability-based security ➢ Wasm Component Model ➢ WASI 0.3 ➢ Wasmとコンテナ ➢ まとめ 目次 3
4. [機密性1/Confidentiality1] WebAssembly (Wasm) • ブラウザ上 (Amazon Prime Video, etc.) だけでなく， クラウド環境や組み込みなどのブラウザ外へと適用領 域を広げる（採用例：Fastly, etc.） WasmとOS間の重要な仕様 Solomon Hykes (Docker作者)： WASMとWASIが当時あれば，私はDockerを作る必要がなかっただろう． 4
5. [機密性1/Confidentiality1] • WASI Runtime – Wasmtime, WasmEdge, etc. • Wasm application Platforms – wasmCloud, Spin • Kubernetes – runwasi • edge – Cloudflare, Fastly サーバーサイド上のWasm 5
6. [機密性1/Confidentiality1] • WebAssembly System Interface (WASI) – Wasmがシステムリソースを使用するために ランタイムが提供するAPI – capability-based security – 現在のバージョンはv0.2.4 – Component Model WebAssembly System Interface 6 WASI WASI Runtime WASI 0.2
7. [機密性1/Confidentiality1] • capability-based security – 「最小権限の原則」に基づき，リソース と権限の対であるcapabilityをもとに アクセス可否を決定する仕組みのこと． • WASIはcapability-based securityをベースに 実装されており，ホスト側（ランタイム） から許可されたcapabilityに基づきアクセス が可能となる． WASIのcapability-based security 図１：実行結果 サンプルプログラム 7
8. [機密性1/Confidentiality1] • Component Model – 明確なインタフェース（WIT）によるモジュールの再利用・柔軟な結合が 可能 (マイクロサービス，プラグインなど)． – Core Wasmでの言語間の異なる型表現による相互運用性の欠如を解決する． – 専用のレジストリ(wa.dev)によるコンポーネント配布 Component Model 8 package example: world { interface Greeter { greet: func(name: string) -> string; } } world hello_world { import greeter: example.Greeter; } WITの例:
9. [機密性1/Confidentiality1] • WASI 0.3 – Luke Wagner氏がWasmcon 2024，Wasm I/O 2024にて解説 – WASI 0.2のコンポーネントモデルは前提 • 期待される主な更新 – 0.2 コンポーネントモデルのバイナリフォーマットに新たな型やABIオプションを追 加（0.2のコンポーネントは0.3でも動作可能） – native async support • native async support – プログラミング言語側の並行処理の機能を統合 – 並行処理を行うためのインタフェースを簡略化 – 結合可能な並行処理 (composable concurrency) WASI0.3 9
10. [機密性1/Confidentiality1] - 言語間の並行処理機能の統合 - 並行性処理のインタフェース簡略化 native async support async Task<Model> load(string name) { var data = await blockingOperation(name); return data; } from `my-component` import load async def some_func(); one = asyncio.create_task(load(“input.txt1”)); two = asyncio.create_task(load()); models = await asyncio.gather(one, two); ... export import load: func (name: string) -> result<Model>; interface wasi:io/poll { resource pollable {...} } interface { resources fields {...} resources incoming-request {...} resources outgoing-request {...} resources incoming-response {...} resources outgoing-response {...} ... } interface wasi:http/types { resources fields {...}, resources request {...}, resources response {...}, resources body {...} } 10 wasi:http@0.2 wasi:http@0.3 13 resources, 2 handlers 4 resources, 1 handlers
11. [機密性1/Confidentiality1] • 結合可能な並行処理（composable concurrency） native async support 11 interface tools { load: func(path: string) -> stream<u8>; unzip: func(path: stream<u8>) -> stream<u8>; jq: func(in: stream<u8>, query: string) -> string; } // client.js import { load, unzip, jq } from tools; let first = await jq(unzip(load(‘input.txt.gz’)), ‘.[0]’); console.log(first); unix-pipeline-style composition world chainable-handler { import wasi:http/handler; export wasi:http/handler; } http-cache AB-tester compressor // compound-handler.wac let cache = new tools:http-cache {...}; let ab = new tools:AB-tester { cache }; let compressor = new tools:compressor { ab }; export compressor [ wasi:http/handler ]; service-chaining-style composition
12. [機密性1/Confidentiality1] • Wasmはコンテナには無い特徴をいくつも持つ． • 高い移植性 – OSやCPUアーキテクチャといったプラットフォーム非依存 – コンポーネントモデルによる言語を超えたモジュール結合 • セキュリティ機能 – メモリアクセス時の境界チェック，間接関数呼び出しのシグネチャチェック – capability-based securityに基づくWASI Wasmはコンテナを置き換える？ ＞？ 12
13. [機密性1/Confidentiality1] • 実行時の性能 – Wasmはしばしば”faster”と表現されるが，ネイティブバイナリと比較すると性能が劣 化するケースも多い（セキュリティチェックによるトレードオフ）． – 図１は，Frank Denis氏のWasmと ネイティブコードの実行速度の比較[1]． 平均で，2.32倍の速度劣化があるとのこと． – 表１は，LINPACK という浮動小数点演算 系のベンチマークテストの測定結果． nativeと比較し53%の性能． Wasmはコンテナを置き換える？ 0 0 1.5 3 4.5 6 図１ 表１ 環境 Wasm (wasmtime) native 速度 4692 (MFLOPS) 8813 (MFLOPS) [1] https://00f.net/2023/01/04/webassembly-benchmark-2023/より引用 13
14. [機密性1/Confidentiality1] • 実行時の性能 – Wasmはしばしば”faster”と表現されるが，ネイティブバイナリと比較すると性能が劣 化するケースも多い（セキュリティチェックによるトレードオフ）． – 図１は，Frank Denis氏のWasmと ネイティブコードの実行速度の比較[1]． 平均で，2.32倍の速度劣化がある． – 表１は，LINPACK という浮動小数点演算 系のベンチマークテストの測定結果． nativeと比較し53%の性能． Wasmはコンテナを置き換える？ 0 0 1.5 3 4.5 6 図１ 表１ 環境 Wasm (wasmtime) native 速度 4692 (MFLOPS) 8813 (MFLOPS) [1] https://00f.net/2023/01/04/webassembly-benchmark-2023/ Wasmはコンテナを置き換えるものではない． （性能面の課題が顕在） 高い移植性を用いたアプリケーション配布・柔軟なモジュール結合や， セキュアなサンドボックス環境としての活用 14
15. [機密性1/Confidentiality1] • サーバーサイドのWasmは，純粋なWASIランタイムを始め，Wasmから構成さ れるマイクロサービス構築や，エッジコンピューティングへの活用を行う多く のツールが実在する． • WASIでは次バージョンの0.3でnative async supportが実装される予定．また， 0.3以降もComponent Modelは健在． • Wasmはセキュリティや移植性においてコンテナに勝る点もあるが，構造上の 性能面の課題は存在しているため，コンテナの置換はできない．非常に柔軟な マイクロサービス構築が期待できるComponent Modelに今後も注目． まとめ 15