Hallo WASI

Einige Funktionalitäten sind in WebAssembly schwieriger zu bewerkstelligen auf Grund der auferlegten Sicherheitsziele. Die Sprache verlässt sich nicht auf die Sicherheitsmechanismen des Host-Systems, wie es bei den meisten der Fall ist. Daher müssen Zugriffe auf das Dateisystem, Speicher und weitere Ressourcen explizit erlaubt werden. Viele unerkannte Angriffsvektoren werden dadurch ausgeschlossen. WebAssembly wurde zudem entwickelt um Code portierbar zu machen, dank WASI wird daraus ein portierbare Applikation.

Im Browser besteht eine genormte Umgebung und APIs können immer gleich den WebAssembly Modulen übergeben werden um diese Intern zu gebrauchen. Auf dem Betriebssystem wird gewissen Funktionalität vom Modul selbst erwartet, sofern die Berechtigung dazu vorhanden ist. Es wird ein zusätzlicher Layer benötigt, der durch WASI geschaffen wurde.

“Hello, WASI!” Beispiel

$ cargo new --bin hello-wasi
     Created binary (application) `hello-wasi` package

fn main() {
    println!("Hello, WASI!");
}

$ cd hello-wasi/

$ cargo build --release
   Compiling hello-wasi v0.1.0 (...)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.42s

$ cargo run --release
    Finished release [optimized] target(s) in 0.00s
     Running `target/release/hello-wasi`
Hello, WASI!

Weil Rust LLVM basiert ist, wurde nun ein Binary für das aktuelle Betriebssystem erstellt. Dieses Binary funktioniert aber nicht auf einem anderen Betriebssystem.

Als WebAssembly Modul

Versuch ein WebAssembly Modul direkt auszuführen. Es wird wasm3 verwendet, das gleiche kann auch mit anderen outside-the-browser WebAssembly Runtimes gemacht werden (z.B. wasmtime, wasmer, …).

Falls Rust in WebAssembly neu ist oder mehr Interesse am Thema besteht, empfehle ich meine älteren Beiträge zu konsultieren: * Simple Rust Program in WebAssembly: Einfache Anleitung wie Rust in einer Webanwendung genutzt werden kann

$ cargo build --target wasm32-unknown-unknown --release
   Compiling hello-wasi v0.1.0 (...)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.25s

$ wasm3 target/wasm32-unknown-unknown/release/hello-wasi.wasm
Error: function lookup failed ('_start')

Das WebAssembly Modul kann nicht direkt ausgeführt werden. Es fehlt die korrekte Struktur, wie hier die _start Funktion, um von der Runtime ausgeführt zu werden.

$ cargo build --target wasm32-wasi --release
   Compiling hello-wasi v0.1.0 (...)
    Finished release [optimized] target(s) in 0.16s

$ wasm3 target/wasm32-wasi/release/hello-wasi.wasm
Hello, WASI!

$ wasm-objdump -x target/wasm32-wasi/release/hello-wasi.wasm


hello-wasi.wasm:    file format wasm 0x1

Section Details:

Type[18]:
 - type[0] () -> nil
 - type[1] (i32) -> nil
 - type[2] (i32, i32) -> nil
 - type[3] (i32) -> i32
 - type[4] (i32, i32) -> i32
 ....
Import[4]:
 - func[0] sig=7 <_ZN4wasi13lib_generated22wasi_snapshot_preview18fd_write17haeb8e9d471da6707E> <- wasi_snapshot_preview1.fd_write
 - func[1] sig=4 <__imported_wasi_snapshot_preview1_environ_get> <- wasi_snapshot_preview1.environ_get
 - func[2] sig=4 <__imported_wasi_snapshot_preview1_environ_sizes_get> <- wasi_snapshot_preview1.environ_sizes_get
 - func[3] sig=1 <__imported_wasi_snapshot_preview1_proc_exit> <- wasi_snapshot_preview1.proc_exit
Function[204]:
 - func[4] sig=0 <__wasm_call_ctors>
 - func[5] sig=0 <_start>
 - func[6] sig=1 <_ZN3std10sys_common9backtrace28__rust_begin_short_backtrace17h90275821610c977eE>
 - func[7] sig=3 <_ZN3std2rt10lang_start28_$u7b$$u7b$closure$u7d$$u7d$17h077ef646d308a78dE>
 - func[8] sig=3 <_ZN4core3ops8function6FnOnce40call_once$u7b$$u7b$vtable.shim$u7d$$u7d$17h7be2897f107f95f6E>
 - func[9] sig=1 <_ZN4core3ptr85drop_in_place$LT$std..rt..lang_start$LT$$LP$$RP$$GT$..$u7b$$u7b$closure$u7d$$u7d$$GT$17hd02ca6a3ba2a3b9bE>
 - func[10] sig=0 <_ZN10hello_wasi4main17h913399cd9566c9a2E>
 - func[11] sig=8 <__main_void>
 - func[12] sig=4 <__rust_alloc>
 - func[13] sig=5 <__rust_dealloc>
 - func[14] sig=7 <__rust_realloc>
 - func[15] sig=2 <__rust_alloc_error_handler>
 ...
Table[1]:
 - table[0] type=funcref initial=75 max=75
Memory[1]:
 - memory[0] pages: initial=17
Global[1]:
 - global[0] i32 mutable=1 <__stack_pointer> - init i32=1048576
Export[3]:
 - memory[0] -> "memory"
 - func[5] <_start> -> "_start"
 - func[11] <__main_void> -> "__main_void"
Elem[1]:
 - segment[0] flags=0 table=0 count=74 - init i32=1
  - elem[1] = func[10] <_ZN10hello_wasi4main17h913399cd9566c9a2E>
  ...
Code[204]:
 - func[4] size=2 <__wasm_call_ctors>
 - func[5] size=68 <_start>
 - func[6] size=11 <_ZN3std10sys_common9backtrace28__rust_begin_short_backtrace17h90275821610c977eE>
 - func[7] size=15 <_ZN3std2rt10lang_start28_$u7b$$u7b$closure$u7d$$u7d$17h077ef646d308a78dE>
 - func[8] size=15 <_ZN4core3ops8function6FnOnce40call_once$u7b$$u7b$vtable.shim$u7d$$u7d$17h7be2897f107f95f6E>
 - func[9] size=2 <_ZN4core3ptr85drop_in_place$LT$std..rt..lang_start$LT$$LP$$RP$$GT$..$u7b$$u7b$closure$u7d$$u7d$$GT$17hd02ca6a3ba2a3b9bE>
 - func[10] size=82 <_ZN10hello_wasi4main17h913399cd9566c9a2E>
 - func[11] size=70 <__main_void>
 - func[12] size=19 <__rust_alloc>
 - func[13] size=15 <__rust_dealloc>
 - func[14] size=23 <__rust_realloc>
 ...
Data[2]:
 - segment[0] <.rodata> memory=0 size=7192 - init i32=1048576
  - 0100000: 0200 0000 0400 0000 0400 0000 0300 0000  ................
  - 0100010: 0400 0000 0400 0000 4865 6c6c 6f2c 2057  ........Hello, W
  - 0100020: 4153 4921 0a00 0000 1800 1000 0d00 0000  ASI!............
  - 0100030: 2829 0000 0f00 0000 0400 0000 0400 0000  ()..............
  ...
Custom:
 - name: ".debug_abbrev"
 ...

Ohne zu tief zu gehen, sieht man nun die gewünschte _start-Funktion im Export. Zudem stellt der WASI-Compiler für WebAssembly Module einen Standard zur Verfügung um Funktionalität zu importieren, die das Modul selbst gebrauchen möchte. Genaueres hierzu im WASI Tutorial von wasmtime.

Als Tipp können Rust basierende WASI Applikationen direkt mit cargo entwickelt werden

$ cargo install cargo-wasi
    Updating crates.io index
  Downloaded cargo-wasi v0.1.28
  Downloaded 1 crate (13.9 KB) in 1.03s
  Installing cargo-wasi v0.1.28
    Updating crates.io index
  Downloaded cargo-wasi-exe-x86_64-unknown-linux-musl v0.1.28
  Downloaded 1 crate (5.4 MB) in 3.12s
   Compiling cfg-if v1.0.0
   Compiling cargo-wasi-exe-x86_64-unknown-linux-musl v0.1.28
   Compiling cargo-wasi v0.1.28
    Finished release [optimized] target(s) in 9.85s
  Installing .../.cargo/bin/cargo-wasi
   Installed package `cargo-wasi v0.1.28` (executable `cargo-wasi`)

$ cargo wasi run
   Compiling hello-wasi v0.1.0 (...)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.06s
     Running `.../.cargo/bin/cargo-wasi target/wasm32-wasi/debug/hello-wasi.wasm`
     Running `target/wasm32-wasi/debug/hello-wasi.wasm`
Hello, WASI!

Compilierung zu WASI Code wird für verschiedene Programmiersprachen angeboten. Als Beispiel für C/C++ wasienv.

WASI Applikationen können auf diversen Plattformen ausgeführt werden wie auch mit Node.js, Deno, Browser usw.

Weiterführend

Ich bin gerne bereit den Artikel zu präzisieren, erweitern oder zu korrigieren. Schreibt ein Feedback oder meldet euch direkt bei mir.