近日 Oracle 開源了其在 GraalVM 中實現的 WebAssembly 引擎 GraalWasm,開發團隊介紹,GraalWasm 當前實現了 WebAssembly MVP(最小可行產品)規范,并且可以以二進制格式運行 WebAssembly 程序,該程序是由諸如 Emscripten 之類的編譯器后端生成的。

  支持 WebAssembly 擴展了 GraalVM 與其它支持的語言一起執行的能力,進一步有望使其成為通用編程語言執行平臺。不過目前 GraalWasm 還是一個非常早期的實現,并且處于實驗模式。

  為了實現 GraalWasm,開發團隊使用 GraalVM 作為提供有效局部評估引擎的平臺,使用 GraalVM 的 Truffle API,首先實現了 WebAssembly 二進制文件的解釋器。

  WebAssembly 的半結構化格式能夠輕松地恢復程序的控制流結構,從而使存儲代碼的內存數據結構可以表示為 AST。用 AST 表示的程序的解釋器可以用非常簡單的方式編寫,但是,盡管基于 AST 的數據結構更易于檢查和操作,但它們確實存在引入額外內存開銷的缺點。

  另一方面,基于位碼的代碼表示不需要為每個基本指令實例化樹節點,這就是基于位碼的 GraalVM 解釋器通常具有更小的內存占用的原因。

  由于每個 WebAssembly 塊僅包含線性指令序列,因此 GraalWasm 能夠結合兩種解釋器方法中的最佳方法:AST 疊加在 WebAssembly 的控制流指令之上,如 if 和 loop。但是每個塊都用一個 Truffle AST 節點,稱之為 Wasm 塊節點,這減少了內存占用,因為每個塊中的單個指令不需要單獨的節點對象。

  此外,GraalWasm 塊節點不會復制原始指令流的各個部分,而是僅將指針包含在 WebAssembly 二進制文件的字節數組中。

  文本 WebAssembly、二進制 WebAssembly 與 GraalWasm AST 之間的對應關系

  在此數據結構之上實現的解釋器是基于 AST 的解釋器和基于位碼的解釋器之間的混合體。在較高的控制流級別上,它在適當的基本塊之間分配。在每個基本塊中,解釋器在迭代該基本塊的操作碼的解釋循環內完成。這種設計使轉譯更容易理解,并簡化了部分評估。

  運行時,解釋器和程序將傳遞到 Truffle 的局部評估引擎,然后該引擎將解釋器專門用于程序,并將專門的代碼傳遞給 GraalVM 編譯器,最終為目標平臺生成高效的匯編代碼。

  關于 GraalWasm 的更多技術細節可以查看官方博客:

  https://medium.com/graalvm/announcing-graalwasm-a-webassembly-engine-in-graalvm-25cd0400a7f2

  開發團隊還介紹了項目接下來的發展規劃,其表示,GraalWasm 的動機之一是擴展 GraalVM 的 node.js 實現支持的 API 集,WebAssembly 支持的增加將使其能夠實現加載 WebAssembly 二進制文件的 V8 兼容 API 功能。

  下一步將是實現 WebAssembly 系統接口(WASI),這對于在 Web 上下文外部運行 WebAssembly 程序是必需的。WASI 是一組 API,用于抽象化對各種操作系統功能的訪問,例如文件 API、網絡套接字和時鐘。

  同時 GraalWasm 將專注于提高性能,初步實驗和對多個 C 微基準的性能調整表明,與以最高優化水平進行編譯的本地 GCC 二進制文件相比,GraalWasm 當前可實現約 0.5 倍至 0.75 倍的峰值性能。

  另一方面是改善 GraalWasm 中的調試支持,并將其與 GraalVM 的其余部分集成。