WebAssembly を使ったサーバレス開発の基礎と実践 (ServerlessDays Tokyo 2024 配布用資料)

用語解説

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WebAssembly

• スタックベースの仮想マシン用のバイナリ命令フォーマット
  • しばしば拡張子が .wasm であるバイナリファイルのことを指す
  • それ自体は実行ファイルではなく、Wasmランタイムに読み込ませて動作する
    • ランタイムの例：主要なブラウザ、Wasmtime など
• WebAssembly が使われているケース
  • ブラウザ上: Figma, Photoshop, Unity, Google Meet etc
  • ブラウザ外(Wasi): エッジコンピューティング, コンテナ, IoT etc
• 参考リンク
  • https://www.w3.org/groups/wg/wasm/

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WebAssembly 略歴

• 2012-2013年頃、Emscripten や asm.js といったブラウザ上でアプリケーションを高速に動作させる手法が開発され注目を集める
• 2015年 Mozilla や Chromium, Edge, WebKit の開発者が W3C コミュニティグループとして WebAssembly の開発開始を発表
• 2016年 主要なブラウザが実験的なサポートを開始
• 2019年 W3C 勧告が策定
• 〜2024年現在 ブラウザ内外の様々なシーンで利用が広がっている

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Wasi

• WebAssembly System Interface
• システムの各種リソースへのインターフェースを定義
  • 例: File System, Network
• W3C WebAssebmly CG のサブグループとして活動
• https://wasi.dev/

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例)ビルドターゲットに WebAssembly を指定してコンパイル

$ cat main.rs
fn main() {
  println!("Hello");
}
$ rustc main.rs --target wasm32-wasi
$ ls
main.rs main.wasm

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Wasmtime とは

• WebAssembly, WASI, Component Model のためのスタンドアロンのランタイム
  • Bytecode Alliance が開発
  • リリースログなど確認できる限り開発開始は 5 年以上前(ソース)
  • それ以降 2020 年に、同じく Wasm ランタイムの一つで Fastly が開発してオープンソース化した Lucet の開発チームが合流し、現在も活発な開発が続いている
    • 例) 2週間ほど前の BA の記事 "New Stack Maps for Wasmtime and Cranelift"

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Wasmtime の特徴

• 多機能
  • ランタイムとしての機能が有名
    • wasmtimeコマンド、または各言語からの呼び出し
  • Wasm バイナリの JIT/AOT コンパイラである Cranelift も同梱
  • wasmtime serve コマンドで wasi-http の実装も使える
  • デバッガをアタッチしたりプロファイラでパフォーマンス測定したりもできる
• 参考リンク
  • github.com/bytecodealliance/wasmtime Cranelift のソースも見れる
  • Guide for C and Rust programmers | Fastly Cranelift の最適化動作イメージ図
  • https://bytecodealliance.org/
    • ここまでの用語がわかると Zulipchat の話が少し読みやすくなるはず

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例) Wasmtime を利用した Wasm module の実行

#$ cat main.rs
#fn main() {
#  println!("Hello");
#}
#$ rustc main.rs --target wasm32-wasi
#$ ls
#main.rs main.wasm
$ wasmtime main.wasm
Hello
$ wasmtime compile main.wasm
$ ls
main.cwasm main.rs main.wasm
$ WASMTIME_NEW_CLI=0 wasmtime main.cwasm --allow-precompiled
Hello
$ wasmtime explore main.wasm 
Exploration written to main.explore.html

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Wasmtime の性能

• 高速起動
  • JS 実行エンジン(SpiderMonkey)の Wasm Module を5マイクロ秒で起動（2022年9月のBAのブログ記事より引用）
• 安全性
  • メモリ安全なRustの採用、各種サプライチェーン安全性への対応、徹底的で執拗なファジング、形式的検証やスペクトル対策などによりセキュリティ対策を強化（2022年9月のBAのブログ記事より引用）

(余談/閑話休題) 上記のような Wasm ランタイムの最適化のほかに、Wasm module (バイトコード) 自体の最適化を行う wizer や weval といったプロジェクトもあり、最適化は様々な方向性で実施されている。 ※どちらも Bytecode Alliance のプロジェクト

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WebAssembly x サーバレス開発

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Wasi の種類

• Wasi 0.1(p1): 枯れてる仕様。Viceroy などで利用
• Wasi 0.2: 今年1月にローンチ。Component Model に基づく仕様、wasmtime serveなどで利用

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Wasi の動作環境

• WebAssemblyをセルフホスト
  • オンプレでもマネージドな一般的なサーバレス環境でも
  • 例) コンテナのファイルシステムの中に Wasm ランタイムと Wasm module (.wasmファイル)を格納して実行 [1]
• WebAssemblyに特化したサーバレスマネージド環境で動作(Fastly Compute, Fermyon等)

[1] (脱線/閑話休題) 先月発表された Wasi 0.2.1 で Wasm Component を Warg だけでなく OCI準拠のコンテナレジストリ(e.g. GitHub Packages, Azure Container Registry, Google Artifact Registry) に fetch/publish などできる仕様が策定完了(ソース)

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Fastly Compute の特徴

(詳細は講演資料で紹介、ここでは概要と要約のみ)

• グローバルで約100拠点ある各POP上のサーバで実行される Wasm バイナリをデプロイ可能
  • VCL では扱えなかった HTTP Req/Res Body の操作含めて汎用言語で操作可能に
• Rust, Go, JavaScript で開発可能(公式サポート)
  • 非公式 SDK を自作することも可能 (例: Zig, Swift, Ruby, C#)
• 開発の始め方や SDK の基本的な紹介はここ
• 主な各種リソース制限はここ
  • 100 MBのパッケージまでアップロード可能、130 sec / process、メモリ消費 128 MB まで等
• コードの公式サンプル（大量）はここ

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Fastly Compute の利用例

• Yamagoya 2023 (日本での年次カンファレンス)
  • スライド: 行動ログ収集 API サーバの Fastly Compute 移行〜高スケーラビリティ、高信頼性、高メンテナンス性を目指して 〜
  • 動画: パネルディスカッション 前編 「30 分早わかり 4 社の Fastly Compute ユースケース」
  • 動画: パネルディスカッション 後編 「Climbers Talk: Fastly Compute の歩き方」
• Altitude 2023 セッション動画
  • 動画: Only on Fastly with Tyler McMullen

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お知らせ 1

今年6月に無料プランを提供開始(公式ブログ記事)

• CDN 無料枠についてわかりやすく紹介されている Zenn の記事

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お知らせ 2

明日ワークショップがあります;
Fastly と Glitch の無料プランで作るサーバレス開発入門

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