借助 NGINX Unit 在服务器端使用 WebAssembly

产品管理高级总监

2023-09-05

WebAssembly（缩写为 Wasm）可为 Web 应用领域提供有力支持。在浏览器中，它提供了一个安全的沙盒执行环境，支持前端开发人员在不影响性能的情况下使用各种高级语言（不仅限于 JavaScript！）。在后端（服务器端），WebAssembly 的跨平台支持和多架构可移植性有望极大地简化开发、部署和可扩展性。

NGINX 旨在帮助您创建服务器端 WebAssembly 模块并在任何位置运行它 — 不必修改也无需多个 build 流水线。相反，您的 WebAssembly 模块创建可以从本地开发开始，直至投入到运行任务关键的多云环境。

随着 NGINX Unit 1.31 的发布，我们很高兴实现了这一愿景。NGINX Unit 是一个通用的 web 应用服务器，应用代码与 TLS、静态文件及请求路由等其他基本属性一同执行。不仅如此，NGINX Unit 还面向七种编程语言运行时提供一致的开发人员体验，现在又添加了 WebAssembly。

将 WebAssembly 添加到 NGINX Unit 在多个层面上都很有必要：

HTTP 的“请求-响应”模式与 WebAssembly 沙盒的输入/输出（I/O）字节流完美契合。
开发人员能够在不影响运行时性能的情况下尽享高级语言生产效率。
NGINX Unit 的请求路由器可帮助通过多个 WebAssembly 模块构建复杂应用。
WebAssembly 的启动速度很快，因此同样适用于部署单个微服务和功能，乃至功能齐全的应用。
通用可移植性和跨平台兼容性有助于本地开发，而没有复杂的 build 流水线。
NGINX Unit 已经提供了 Per-App 隔离，WebAssembly 沙盒有助于更安全地运行不受信任的代码。

注：截至本文撰写时，WebAssembly 模块为技术预览版 — 详情见下。

NGINX Unit WebAssembly 模块的工作原理

NGINX Unit 的架构将网络协议从应用运行时中分离出来。unitd: router 进程会处理传入的 HTTP 请求，并根据需要处理 TLS 层。在确定如何处理该请求后，“HTTP 上下文”（URI、请求头和正文）将被传递到应用运行时。

对于如何向应用代码提供 HTTP 上下文以及开发人员如何访问 URI、请求头和正文，许多编程语言都有明确的规范。NGINX Unit 提供了多个语言模块，可实现 NGINX Unit 路由器与应用运行时之间的接口层。

NGINX Unit 的 WebAssembly 语言模块在 WebAssembly 运行时和路由器进程之间提供了类似的接口层。WebAssembly 沙盒的线性内存使用当前请求的 HTTP 上下文进行初始化，最终的响应将返回到路由器，以便传输给客户端。

沙盒执行环境由 Wasmtime 运行时提供。下图说明了从客户端到路由器再到由 Wasmtime 执行的 WebAssembly 模块的 HTTP 请求流。

在 NGINX Unit 上运行 WebAssembly 模块

配置 NGINX Unit 来运行 WebAssembly 模块就像使用其他任何语言一样简单。下面的配置片段中有一个名为 helloworld 的应用，它具有以下属性：

type 定义要为此应用加载的语言模块
module 指向已编译的 WebAssembly 字节码
access 是 Wasmtime 运行时的一项特性，支持应用访问沙盒以外的资源
request_handler、malloc_handler 和 free_handler 与将 HTTP 上下文传输到 Wasmtime 的 SDK 函数有关（下一节将详细介绍）

{
   "applications":{
      "helloworld":{
         "type":"wasm",
         "module":"/path/to/wasm_module.wasm",
         "access":{
            "filesystem":[
               "/tmp",
               "/var/tmp"
            ]
         },
         "request_handler":"luw_request_handler",
         "malloc_handler":"luw_malloc_handler",
         "free_handler":"luw_free_handler"
      }
   }
}

在 WebAssembly 沙盒中查找 HTTP 上下文

如上所述，NGINX Unit 的 WebAssembly 语言模块使用当前请求的 HTTP 上下文初始化 WebAssembly 执行沙盒。许多编程语言运行时都能提供对 HTTP 元数据的原生直接访问，而 WebAssembly 没有此类标准。

我们期望 WASI-HTTP 标准最终能够满足这一需求，与此同时，我们也提供了 Rust 和 C 语言的软件开发套件（SDK）。Unit-Wasm SDK 支持轻松编写 Web 应用和 API，这些应用和 API 可编译为 WebAssembly，并在 NGINX Unit 上运行。请查看我们的 WebAssembly 操作指南，了解开发环境和构建步骤。

尽管我们希望实现 WebAssembly 作为通用运行时的潜力，但使用该 SDK 构建的应用只能在 NGINX Unit 上运行。因此，我们将 WebAssembly 支持作为技术预览版推出，希望尽快代之以 WASI-HTTP 支持。