譯者 | 布加迪

審校 | 重樓

公平地說，自上世紀70年代以來，我們的系統運行所依賴的操作系統的核心范式沒有真正改變，盡管在此期間我們已學到了很多知識。

我們看到了創新，尤其是在用戶體驗和并發性方面。不過據F5（隸屬NGNIX）的高級產品管理總監Liam Crilly聲稱，感覺我們仍然只是在針對局部最大值進行優化。

他表示：“我們有線程，也有進程，但它們都植根于同一種抽象。”

Crilly認為WebAssembly（Wasm）為軟件開發人員提供了一個難得的機會來重新思考操作系統的整體運作方式，我們利用這個機會才是明智之舉。

他說：“有了WebAssembly，我們又重新開始了。”

Wasm和創新的擴散

我們之前詳細介紹過WebAssembly，但如果您不熟悉它，多介紹一點背景知識可能會對您有所幫助。WebAssembly是一種二進制指令格式，面向非常小的、基于堆棧的虛擬機（實際上是一個非常簡陋的計算機）。

由于Wasm基于堆棧，所以運行在其上面的代碼很簡單，可以高度優化，因而使它速度極快。針對它的字節碼可以移植，Wasm二進制文件極小。它們也很安全，除非主機運行時環境允許，否則無法執行任何操作。您可以使用各種高級語言（包括C/ C++、C#、Dart、Go、Kotlin、Rust和Swift）編寫注定在Wasm中運行的代碼。

Wasm標準最初源自Mozilla，由字節碼聯盟監管，該聯盟是一個類似Eclipse或云原生計算基金會（CNCF）的基金會。Wasm由W3C實現標準化，因此是繼HTML、CSS和JavaScript之后的第四大互聯網語言。因此，看到所有主流瀏覽器都支持該技術也就不足為奇了。

此外，Wasm這種瀏覽器技術擁有頗具吸引力的優點：高效、快速和安全，因而已經在各種其他環境中得到了應用，這包括Cloudflare Workers、Envoy擴展、Fastly的Compute@Edge以及最近的NGINX Unit。作家、技術專家兼Wasm愛好者Kevin Hoffman甚至認為，云才是Wasm真正大放異彩的環境。

然而不可避免的是，隨著這項技術得到進一步的采用，在您應該將Wasm虛擬機的功能擴展到什么程度上是個未知數。在社區內，一場正在進行的討論探討了這項技術的未來應該是什么樣子，以及它應該在多大程度上類似計算機系統的運作方式。

其背后總是有一系列的權衡和取舍需要考慮。當您思考創新在科技行業的擴散時，看起來熟悉的東西通常會被更快地得到采用。

如果您看一下Java，它迅速發展起來的原因之一是它看起來很像C++，習慣于C語言家族的人可以很快上手。正如首席設計師James Gosling所說，Java是“沒有槍、刀或棍棒的C++”。

這是有意為之；Gosling在去年的reClojure主題演講中說：“我希望C程序員看到Java程序后能夠理解其中的原理，大多數情況下他們確實理解。”

另一方面，如果一項技術很快被廣泛采用，完善起來就會困難得多，正如Gosling承認的那樣：“成功變成了一個問題，因為現在外面有數十億行Java代碼。在Java發布后的幾年里，很明顯我們無法改變會破壞任何人代碼的任何承載體。因此，這確實限制了您在完善方面可以做得多瘋狂。”

運行時環境就是操作系統

不過眼下，盡管Wasm勢頭漸猛，但它并沒有這些問題。

Crilly談到F5時說：“當我們考慮將Wasm用于通用計算時，無論是在瀏覽器中還是在服務器中，它都沒有種種累贅和負擔。舉例說，它并不自帶POSIX，而且并不默認知道關于文件的任何信息。”

“這實際上是一種非常令人擔憂的抽象，但您越想它，就越意識到這就是在上世紀70年代的辦公空間很有用的一種抽象，當時Unix和POSIX在變得成熟。總的來說，我們在存儲和抽象方面比以前要復雜得多，所以默認使用文件作為存儲抽象有點愚蠢。”

重新考慮操作系統也有巨大的潛在優勢。以數據為例，“我們可以摒棄傳統的數據構造，將每個原始數據塊視為任何操作的真實對象，”Crilly說。

他補充道，這種范式意味著“在插件模塊的幫助下，以我們想要的任何格式，將結果推回到我們需要的任何數據存儲系統中。所有關于操作系統本質的先入為主的概念都可能消失，剩下運行時環境——這是計算的最基本要素。換句話說，運行時環境就是新的操作系統。”

Wasm組件模型

Wasm的組件模型方案是將這個愿景變為現實的一種方式。它建立在WebAssembly模塊之上，WebAssembly模塊在2019年成為官方標準。組件模型是一種新的Wasm二進制格式，它本質上是在WebAssembly核心模塊周圍添加了元數據。因此，在一個組件中可能有多個模塊。

組件模型提供了兩點：語言可兼容性和可組合性。組件封裝標準的WebAssembly模塊，您可以使用導入（組件運行所需的內容）和導出（允許從組件調用的內容）與它進行聯系。

組件模型基于無共享鏈接，這意味著它只導入和導出函數和不可變的值，而不是內存內容、表或可變全局值。這有點類似連接不同進程的Unix管道，或連接不同微服務的HTTP API。

采用這種方法可以消除全部潛在的供應鏈式攻擊。此外，使用函數導入跨無共享邊界直接調用可以減少無共享架構中因系統調用、上下文切換和額外復制而導致的通信開銷。

據Cosmonic（Wasm平臺即服務）的首席技術官Bailey Hayes聲稱，組件模型還消除了Wasm模塊的幾個摩擦點。首先，那些導入和導出使用更高級的類型，所以現在可以傳入字符串之類的東西。

雖然在使用Wasm綁定之前可以做到這一點，但這很麻煩，因此加以簡化顯然是成功的做法。

同樣，缺乏與WebAssembly模塊的語言互操作性是造成摩擦的另一個原因。從技術上講，Wasm字節碼實際上是一堆i32s、整數和浮點類型。它能夠調用主機提供給它的函數句柄，這使它能夠做更多的事情。

組件模型并不改變這方面，但它改變的是API，我們稱之為接口類型；現在有了一個接口類型定義，它不僅僅是一堆數字，它創建了所謂的規范ABI。這樣一來，就可以把兩個組件連接在一起，讓它們相互聯系。

這也讓我們得以使用任何語言生成語言綁定。字符串的Python表示和字符串的Rust表示不一樣，所以我們需要一種提升和降低的方式，這是由組件模型定義的。

Hayes認為，Wasm組件模型最終將成為我們新的計算單元。她說：“這下一波計算浪潮將不再專注于Linux類容器的虛擬化，而是取決于我們的業務邏輯的WebAssembly表示。”

她表示，其中的原因是“組件模型為我們提供了一種新的抽象，這是我們以前從未有過的。它將是最終讓我們可以打破整個技術生態系統孤島的技術之一。”

她進一步解釋：“您在行業中經常看到的是，‘這是另一個Rust或C++庫的Go原生版本’——您在每個語言生態系統中都能看到這種情況。我們實際上只是在重復同樣的工作，在我看來，這純粹浪費人力和時間。”

相比之下，組件模型讓技術人員可以“為工作構建最好的組件，擁有最好的API和最快的組件，然后您可以將其用作庫，無論您使用哪種語言。我認為這將是一股真正的創新力量。”

她對Wasm抱有高漲的熱情，這確實是一項令人興奮的技術，不過Crilly發出了警告。

他說：“這種方法存在一些挑戰。一個挑戰是，我們最終是否會扼殺創新，因為如果一個KeyVal必須遵循相同的API，那么如何將自己與另一個KeyVal區分開來？我的另一個擔憂是，人們會急于通過組件模型將所有POSIX抽象引入到WebAssembly。”

“我不希望我們夢游般地進入上世紀70年代的操作系統范式。我們可以做得更好，我真的希望開發人員在開始選擇WebAssembly這種技術時認真想清楚這一點。”

原文標題：Why WebAssembly Will Disrupt the Operating System，作者：Charles Humble