WasmをRustにする技術

■イベント
Fukuoka.wasm
https://fukuokawasm.connpass.com/event/407733/

■登壇概要
タイトル：WasmをRustにする技術
登壇者：CTO 笹川 裕人

■ 技術本部 採用情報
https://media.sansan-engineering.com

1. Fukuoka.wasm # WasmをRustにする技術 Sansan株式会社 CTO 笹川 裕⼈
2. 笹川 裕⼈（Sasakawa Hirohito） CTO - CSで博⼠の学位を取得 - 専⾨は正規表現照合のアルゴリズム 写真が入ります - アルゴリズムとデータ構造が好物 - 2023年4⽉より現職 - 2025年6⽉よりCTOに就任 - 新卒/中途全ての3次⾯接を担当。新しく⼊社する技 術系職種の⽅の技術レベルに責任を持っている - 技術全般と、美味しいご飯/お酒が好き - 福岡オフィスは⽉に1回程度訪問して、仕事をしている
3. 背景: WasmをFFIで利⽤するユースケースと課題 - C++などで書かれた資産を、Wasmを経由し別の⾔語から利⽤するケースがある - - go-graphviz (Go), sqlite4j (Java), formulon(Python) Wasmを別⾔語から呼ぶためには、その⾔語におけるWasm Runtimeの制約を 受け問題が発⽣することがある - Runtimeの制約を避けるためWasmを呼び出し側の⾔語に直接変換することを 考えwasm2rsというツールを作成
4. wasm2rsによるTranspile
5. wasm2rsとは Wasm Rust wasm2rs Native Binary rustc Wasmを等価なRustコードを⽣成するツール - ⽣成コードは外部依存の無いRust crateとして動作 - Wasmのセマンティクス（wrapping演算、線形メモリの境界チェック、trap など）は保存されている
6. wasm2rsが対応している変換範囲 wasm proposals - SIMD / relaxed SIMD / atomics / multi-memory / tail-call / 例外処理 / GC / stack-switching (cont) システムインターフェース - WASI preview1 に対応（wasi-threads も可） - preview2 は ほぼすべてのfeatureに対応し、簡単な動作確認が完了 - 今後preview3以降にも対応していく
7. 変換時の課題1: 深すぎるネスト
8. Wasmの制御フロー ≠ Rustの制御フロー Wasm Rust - Block - Loop - Loop - break ʻlabel - br N(多段 break) gotoがない - br_table Wasmの深いネスト+多段分岐を素直に変換できない
9. Wasmの block / br → Rust のラベル付きブロック block / brは素直に変換が可能 ただし、ネストが深くなるとrustcのparserが落ちる - Wasmによってはカジュアルに3000段近くなる - default上限128。設定で上限を変更できるが...
10. ネスト対策: state machine化 ネストが⼀定以上の深さになったらloopとmatchを組み合わせstate machine化 - どんなに深いネストが来ても⼀定以上深くならないようにできる - 「pc = 次に実⾏するコードの塊の番号」とし、wasmのbrをpcに対応させる
11. ネスト対策: state machine化 ネストが⼀定以上の深さになったらloopとmatchを組み合わせstate machine化 - どんなに深いネストが来ても⼀定以上深くならないようにできる - 「pc = 次に実⾏するコードの塊の番号」とし、wasmのbrをpcに対応させる ただし、matchのアームが増えると、matchの評価回数が問題になる - Naiveな変換では約7200アームになる例があり変換コードの実⾏時間が悪化
12. アームの融合 アームを解析し、まとめることで評価回数を減らす - 何もしないステップは取り除く - 計算後に次のステップに進むだけのステップは、後続ステップと1つにまとめる あるケースではnaiveな変換に⽐べ50倍の⾼速化！！
13. 変換時の課題2: stack switching
14. Stack switching (suspend / resume / switch) への対応 Wasm Rust 処理を⼀時停⽌し、 スタックを切り替える 後から再開できる ⼿段がない 実は、ここでもstate machineのアイデアが利⽤できる
15. Wasmの継続をstate machineで表現 継続の本体をstep 関数にし、呼ぶたびに前回の続きから1歩進む - suspend = pc と local を frame に保存して return - resume = 同じ frame で step をもう⼀度呼ぶ
16. Stack switching時の注意 Stack switchingのときは、matchアームの融合による最適化はしない - resumeがpcの番号に依存するので、最適化すると再開できなくなる可能性 - 戻りたいpcのアームが消滅することがあるため 他にも、やや複雑な対応が求められるので、実装はもう少し複雑になる - 関数をまたぐsuspendなど - デバッグがとても⼤変
17. 結果 紹介した以外にも様々な最適化により、巨⼤なWasmを⽤いるケースにおいて - 単⼀スレッドでWasm + Wasmtimeに⽐して1.5倍程度⾼速に - 並列化によって頭打ちしない性能を獲得 - 4並列で3.6倍、8並列で7倍のスループット
18. まとめ WasmをRustに変換するwasm2rsの紹介をした - block / br は素直に変換し、深すぎるネストはstate machineでフラットにする - - matchアームが⼤きくなったら、アームを融合する最適化が効く stack-switching は、状態機械を frame 付きに拡張して実現できる - resumeに対応するため、アーム融合をあえて適⽤しないことも 今後の開発 - WASI 0.2対応の完了 → WASI0.3と範囲を広げていく
19. Sansan 技術本部 採⽤情報 https://media.sansan-engineering.com/
21. wasm2rsでWasmを変換したコード