С каждым годом WebAssembly приобретает всё большую популярность как универсальный формат для запуска кода, компилируемого из различных языков программирования в браузерах. Представляя собой компилируемый бинарный формат, WebAssembly изначально задумывался как безопасное средство выполнения кода в изолированной среде, так называемой песочнице. Это позволяло запускать программы на C, C++, Rust, Go, Zig и многих других языках прямо в веб-браузере с достойной производительностью, обходя ограничение скорости чистого JavaScript. Однако сама песочница накладывала существенные ограничения, влияя на максимальную скорость исполнения и возможности взаимодействия с операционной системой. Проект inNative ставит перед собой цель избавить WebAssembly от этих ограничений, обеспечивая работу вне традиционной песочницы, сохраняя при этом впечатляющую производительность — на уровне 95% от скорости нативного кода.
Основная идея inNative заключается в использовании Ahead-Of-Time (AOT) компиляции с помощью мощного LLVM-компилятора, который превращает WebAssembly модули в нативный машинный код, максимально оптимизированный под конкретную архитектуру процессора. Такой подход позволяет не только избавиться от накладных расходов JIT-компиляции и необходимости постоянной изоляции в песочнице, но и раскрыть потенциал аппаратных оптимизаций, которые не всегда доступны внутри браузерных сред. Одной из ключевых особенностей inNative является настраиваемый уровень изоляции. Вы можете выбрать более жёсткие меры безопасности с минимальными привилегиями или полностью отключить песочницу, что позволит WebAssembly работать практически так же быстро, как скомпилированный нативный код. Например, в режиме без песочницы результаты бенчмарков показывают достижение производительности порядка 95% от компиляции с помощью GCC и полного использования расширений процессора при --march=native.
Результаты тестирования inNative впечатляют. Для комплексных вычислительных задач, таких как вычисление факториалов, симуляция n-body систем и алгоритмы типа fannkuch_redux, производительность варьируется от 75% до 95% от нативных бинарников. Даже при строгом режиме песочницы inNative обеспечивает скорость примерно в 75% по сравнению с компилированными напрямую приложениями. Такие показатели демонстрируют реальный прорыв для WebAssembly, позволяя использовать его не только в браузерах, но и в качестве полноценной платформы для высокопроизводительных решений вне веб-среды. Ещё одна важная особенность проекта – возможность прямого взаимодействия WebAssembly модулей с операционной системой.
В то время как стандарты WebAssembly всё ещё развиваются и не предусматривают официального способа связывания с C API системного уровня, inNative внедряет собственные расширения, позволяющие передавать указатели WebAssembly непосредственно в вызовы функций Win32 и других системных библиотек. Это открывает двери для создания полноценных пользовательских интерфейсов и других системных приложений на базе WebAssembly, что ранее было практически невозможно без сложных обходных решений. Возможность создавать WebAssembly модули, которые работают на уровне C библиотек, обеспечивает высокий уровень взаимодействия между различными языками программирования и средами исполнения. Это особенно актуально, учитывая перспективные стандарты WebIDL и другие инициативы, направленные на упрощение межъязыкового взаимодействия. Технически достижение столь высокой скорости исполнения обусловлено способностью inNative проводить глубокую оптимизацию кода во время компиляции, используя инфраструктуру LLVM.
При отключении песочницы компилятор может применять агрессивные оптимизации, включая сокращение накладных расходов памяти и кэширования, а также эффективно использовать инструкции SIMD современных процессоров. Причина, по которой inNative ещё не достиг полностью нативного 100% уровня скорости, связана с ограничениями WebAssembly в его 32-битных индексах, которые затрудняют оптимизацию векторизации из-за проблем с анализом пересечений указателей. Предстоящие расширения WebAssembly, включая фиксированные SIMD-инструкции, вероятно, устранить этот разрыв. inNative предлагает не просто аутсорсинговую альтернативу традиционным бинарным форматам, но и новую парадигму в области разработки и распространения программного обеспечения. Идея заключается в том, что разработчики смогут создавать архитектурно-независимые приложения на WebAssembly, которые затем будут компилироваться к конкретной платформе при установке или первом запуске.
Это позволяет сократить затраты на поддержание множества архитектур, одновременно открывая возможности для внедрения новых и экспериментальных процессорных архитектур без изъятием из разработки всех популярных языков программирования. Отказ от инфраструктурных ограничений i386 и x86 в сторону более универсальной модели на базе WebAssembly потенциально сможет изменить индустрию программного обеспечения и сделать её более гибкой и многогранной. Программное обеспечение на базе WebAssembly, построенное с учётом POSIX-совместимых API, сможет запускаться на любом устройстве с поддержкой соответствующего ядра, вне зависимости от архитектуры, что кардинально расширит горизонты разработки и использования программ. Важным аспектом inNative является сочетание преимуществ как JIT, так и AOT-компиляции. Компиляция выполняется один раз на целевой машине с кэшированием результата, что позволяет применять наиболее продвинутые оптимизационные стратегии, недоступные при работе исключительно в JIT, при этом сохраняя адаптацию под конкретное аппаратное окружение.
Это сочетание обеспечивает высокую производительность, удобство распространения и гибкость использования. Несмотря на то, что inNative находится на ранних стадиях развития, проект открывает крайне перспективные возможности для разработчиков и индустрии в целом. Его особенности устраняют многие привычные ограничения WebAssembly, расширяют его применимость вне веб-браузеров, а также создают условия для нового поколения приложений, сочетающих высокую скорость, безопасность и портируемость. Сообщество проекта активно развивается, делясь знаниями и ресурсами через GitHub и Discord. Это позволяет быстро интегрировать новые идеи и улучшения, учитывая потребности разработчиков и пользователей.
В будущем стандартизация расширений WebAssembly для взаимодействия с системными библиотеками сделает inNative ещё более мощным и привлекательным инструментом. Подводя итог, можно утверждать, что inNative символизирует начало нового этапа в технологии WebAssembly. Он переосмысливает концепцию исполнения кода в изолированных средах и открывает возможности для создания высокопроизводительных приложений, которые сочетают преимущества кроссплатформенности с практической скоростью нативного кода. Эта технология способна изменить подход к разработке, распространению и исполнению программ, предложив разработчикам новый мощный инструмент для создания эффективного и универсального ПО.
