RustでWasm Runtimeを書いた in WebAssembly night #11

https://emsn.connpass.com/event/290430/

Transcript

1. RustでWasm Runtimeを書いた （株）テックリード ゴリラ
2. 
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   %PDLFS
   
   
   
   
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   IUUQTUXJUUFSDPNHPSJMMB
   
   
   
   
   
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   IUUQTHJUIVCDPNTLBOFIJSB
   
   
   
   
   
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   IUUQT[FOOEFWTLBOFIJSB
   
   
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   >
3. Wasm Runtimeを書いたモチベ
4. Wasm 面白そうだけど 
 どう動いているのか 
 よくわからん
5. 実装して完全理解するしかない ↓ 実装してみた https://github.com/skanehira/chibiwasm ※https://www.w3.org/TR/wasm-core-1/ の仕様まで
6. デモ
7. あらためて... Wasm(WebAssembly)とは？
8. https://developer.mozilla.org/ja/docs/WebAssembly より
9. 狭義的にWasmはブラウザでも動く 仮想命令セット ※文脈によってエコシステム周辺も含めてwasmと呼ぶこともある
10. 命令セットはCPU命令の集まり x86・ARMなどがある
11. 仮想命令セットは CPUに依存しない命令セット
12. RubyやJVMといった仮想マシンで動作する言語は それぞれが定義した仮想命令セットで動いている
13. Wasmの仮想命令セットは 
 ただのバイトコード
14. 00000000: 0061 736d 0100 0000 0107 0160 027f 7f01 .asm.......`.... 00000010: 7f03 0201 000a 0901 0700 2000 2001 6a0b .......... . .j. 00000020: 0a . WATからWasmバイナリを生成
16. Wasm Runtimeは 
 Ruby VMやJVMのような仮想マシン
17. Wasm Runtimeは スタックベースの仮想マシン
18. *.wasmが実行されるまでの流れ
19. 1. *.wasmからRustのデータ構造に落とし込む 
 2. 1のデータ構造から実行用のデータ構造を生成する 
 3. Wasm Runtimeのメモリの確保や命令処理などを行う
20. *.wasmのデータ構造
21. 先頭8バイトがmagic number とversion情報 
 残りが各種セクション情報 
 各種セクションは実行時に 必要な情報を持つ 8BTN
    NPEVMF 
    
    E
    NBHJD
    OVNCFS aBTN 
    
    
    WFSTJPO
     
    
    TFDUJPO
    DPEF 
    
    TFDUJPO
    TJ[F B
    YY
    
    TFDUJPO
    EBUB 
    
    TFDUJPO
    DPEF 
    
    TFDUJPO
    TJ[F 
    YY
    TFDUJPO
    EBUB E
    YY
    
22. 例) 
 type_section 関数シグネチャ情報 code_section 
 関数の命令群
23. TFDUJPO
    5ZQF
     
    
    TFDUJPO
    DPEF 
    
    TFDUJPO
    TJ[F B
    
    OVN
    UZQFT C
    
    GVOD D
    
    OVN
    QBSBNT E
    G
    J F
    G
    J G
    
    OVN
    SFTVMUT 
    G
    J TFDUJPO
    $PEF
     
    B
    TFDUJPO
    DPEF 
    
    TFDUJPO
    TJ[F 
    
    OVN
    GVODUJPOT 
    
    GVOD
    CPEZ
    TJ[F 
    
    MPDBM
    EFDM
    DPVOU B
    
    MPDBMHFU C
    
    MPDBM
    JOEFY D
    
    MPDBMHFU E
    
    MPDBM
    JOEFY F
    B
    JBEE G
    C
    FOE
24. 例) 
 type_section 関数シグネチャ情報 code_section 
 関数の命令群 import_section 他モジュールからインポートす る関数やメモリなどの情報
25. code section をデコード処理する例 TFDUJPO
    $PEF
     
    B
    TFDUJPO
    DPEF 
    
    TFDUJPO
    TJ[F 
    
    OVN
    GVODUJPOT 
    
    GVOD
    CPEZ
    TJ[F 
    
    MPDBM
    EFDM
    DPVOU B
    
    MPDBMHFU C
    
    MPDBM
    JOEFY D
    
    MPDBMHFU E
    
    MPDBM
    JOEFY F
    B
    JBEE G
    C
    FOE
26. 実行時データ構造
27. Store 実行時に必要なインスタンス達を持つ 
 例）関数やメモリのインスタンス Runtime VMそのものと思ってOK Runtime::stack 処理時の値を保持する Runtime::call_stack 関数呼び出しのフレームを保持する フレームごとに命令などの情報をもつ
28. 命令処理の実装を説明する前に スタックマシンについて復習
29. スタックマシン 10 + 13 をスタックを使って計算する場合
30. これをRustで表現する
31. *OTUSVDUJPO 

    
    
    
    8BTNͷ໋ྩ܈ 7BMVF 

    
    
    
    8BTNͰѻ͑Δ஋ 

    
    
    
    J΍JɺGͳͲ 3VOUJNFTUBDL 

    
    
    
    ॲཧ࣌ͷ஋Λอ࣋ 3VOUJNFFYFDVUF 

    
    
    
    ໋ྩΛॲཧ͢Δؔ਺ QD 

    
    
    
    ϓϩάϥϜΧ΢ϯλ 

    
    
    
    ࣍ͷ໋ྩͷ൪஍ʢΠϯσοΫεʣ
32. 'SBNF 

    
    
    
    ؔ਺ͷݺͼग़͠ͷ౓ʹੜ੒͢Δ 

    

    
    
    
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    ؅ཧ͢Δ͜ͱͰɺݺͼग़͠ݩʹ໭Δͱ͖ 

    
    
    
    ͷॲཧ͸'SBNFΛ੾Γସ͑Δ͚ͩͰࡁΉ
33. 最終的なFrame
34. -BCFM 

    
    JG΍MPPQͱ͍ͬͨͷ੍ޚߏจΛॲཧ͢ΔͨΊͷ৘ใ 

    
    ྫ͑͹ελοΫΛר͖໭ͨ͢ΊͷελοΫϙΠϯλ 

    
    ͳͲΛ࣋ͭ BSJUZ 

    
    
    ໭Γ஋ͷ਺ 

    
    
    MPPQ΋໭Γ஋Λฦ͢͜ͱ͕Ͱ͖ΔͨΊɺ 

    
    
    -BCFM΋BSJUZΛ࣋ͭ MPDBMT 

    
    
    ؔ਺ͷҾ਺΍ϩʔΧϧม਺ͷ஋ ͦͷଞɺॾʑͷ࣮૷ͷৄࡉ͸ˣͷهࣄΛࢀর 
 IUUQT[FOOEFWTLBOFIJSBBSUJDMFT SVTUXBTNSVOUJNF
35. ͪͳΈʹ໋ྩͷ਺͸Ҏ্͋Δ 
 ͷͰϚΫϩΛۦ࢖࣮ͯ͠૷ྔΛ཈͑ͨ
    3VTUͷϚΫϩ͸͜͏͍͏ͱ͖ʹศར
36. 実はWasm Runtimeは 
 数値の計算とメモリの操作 
 しかできない
37. ファイルといったOSのリソース の操作は仕様にない
38. WebAssembly System Interface 通称 WASI
39. WASIは雑にいうと システムコールの仕様
40. POSIX Likeな関数の集まり 例） sock_accept(fd, flags) : ソケット新規接続受け入れ fd_write(fd, iovec_array): fdにデータを書き込む fd_read(fd, iovec_array) : fdからデータを読み取る
41. WASIを使えば、ファイルといった OSのリソースを扱えるようになる
42. つまり... WASIをRuntimeに実装することで ファイルIOの処理が可能になる
43. WASIはpreview 1と2がある
44. preview 1の関数一覧 
 https://github.com/WebAssembly/WASI/blob/main/legacy/preview1/docs.md
45. 文字を出力するにはpreview 1の fd_write()を実装する必要がある
46. fd_write()はWasm Runtimeが持つ メモリ上のデータをfdに書き込む
47. ϝϞϦ͔ΒσʔλΛಡΈऔΔ ಡΈऔͬͨόΠτྻΛGEʹ ॻ͖ग़͢
48. Wasmから見てWASIは wasi_snapshot_preview1という モジュール そのモジュールが持っている fd_write()関数を使う fd_write()を使うとき
49. ドキュメントを読んでもどう実装したら良いのかさっぱり分からなかった WASIの実装の余談 なので↓のdenoのwasiモジュールを見ながらRustで実装した 
 https://deno.land/std/wasi/snapshot_preview1.ts 今なら、GoのWASI実装を参考にできるかも？ 
 https://github.com/golang/go/blob/master/src/net/fd_wasip1.go
50. 宣伝 同人誌「作って理解 Wasm Runtimeのしくみ」を執筆中です Rustで"Hello World"を出力できるWasm RuntimeをRustで実装し ていく本になります 来年のどこかの技術書典などに出せたらと思っています
51. ありがとうございました