使用NGINX Unit实现服务器端WebAssembly

NGINX | 2023年9月05日

WebAssembly（简称Wasm）可为Web应用带来诸多优势。在浏览器中，它提供安全的沙盒执行环境，使前端开发者能够使用多种高级语言（不只是JavaScript！），同时不牺牲性能。在后端（服务器端），WebAssembly的跨平台支持和多架构可移植性有望让开发、部署和扩展比以往更加轻松。

NGINX期待这样的未来：只需创建一个服务器端WebAssembly模块，无需修改，也无需使用多个构建流水线，即可在任何环境中运行。WebAssembly模块可从本地开发环境一路运行到任务关键型多云环境。

随着NGINX Unit 1.31的发布，我们很高兴能将这一愿景变为现实。NGINX Unit是一款通用Web应用服务器，可在执行应用程序代码的同时处理TLS、静态文件和请求路由等其他基本功能。此外，NGINX Unit在实现上述功能的同时，还能为7种编程语言运行时以及现在新增的WebAssembly提供一致的开发者体验。

将WebAssembly添加到NGINX Unit具有多方面的意义：

HTTP的请求-响应模式与WebAssembly沙箱的输入/输出（I/O）字节流天然契合。
开发者可以在不牺牲运行时性能的前提下，享受高级语言带来的高效开发体验。
NGINX Unit的请求路由器可帮助使用多个WebAssembly模块构建复杂应用。
WebAssembly启动速度快，既适合部署单个微服务和函数，也适合部署功能完备的应用。
通用可移植性和跨平台兼容性支持本地开发，无需复杂的构建流水线。
NGINX Unit已提供应用级隔离，而WebAssembly沙箱可进一步提高运行不受信任代码时的安全性。

注意：截至本文撰写时，WebAssembly模块仍处于技术预览阶段，详情见下文。

NGINX Unit WebAssembly模块如何工作？

NGINX Unit的架构将网络协议与应用程序运行时解耦。unitd: router进程负责处理传入的HTTP请求，并根据需要处理TLS层。确定如何处理该请求后，会将“HTTP上下文”（URI、标头和正文）传递给应用程序运行时。

许多编程语言都对如何向应用程序代码提供HTTP上下文，以及开发者如何访问URI、标头和正文作出了明确规定。NGINX Unit提供了多个语言模块，用于在NGINX Unit的路由器与应用程序运行时之间实现接口层。

NGINX Unit的WebAssembly语言模块在WebAssembly运行时与路由器进程之间提供了类似的接口层。WebAssembly沙箱的线性内存使用当前请求的HTTP上下文进行初始化，最终生成的响应会返回给路由器，再由路由器传输至客户端。

沙盒执行环境由Wasmtime运行时提供。下图展示了HTTP请求从客户端发出、经过路由器，再到由Wasmtime执行的WebAssembly模块的流程。

HTTP请求从客户端经路由器流向由Wasmtime执行的WebAssembly模块的流程图。

在NGINX Unit上运行WebAssembly模块

配置NGINX Unit以执行WebAssembly模块与配置其他语言一样简单。在下面的配置片段中，有一个名为helloworld的应用，其属性如下：

type 定义要为此应用程序加载的语言模块
module 指向已编译的WebAssembly字节码
access 是 Wasmtime 运行时的一项功能，使应用程序能够访问沙箱外部的资源
request_handler，malloc_handler和free_handler与将HTTP上下文传递给Wasmtime的SDK函数相关（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沙箱中查找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 执行沙箱。许多编程语言运行时都提供对 HTTP 元数据的原生直接访问，但 WebAssembly 尚无此类标准。

我们预计，WASI-HTTP标准最终将满足这一需求。在此之前，我们提供了适用于Rust和C的软件开发工具包（SDK）。借助Unit-Wasm SDK，可以轻松编写可编译为WebAssembly并在NGINX Unit上运行的Web应用和API。您可以参阅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，但使用此SDK构建的应用程序只能在NGINX Unit上运行。因此，我们以技术预览版的形式推出WebAssembly支持，并计划在条件允许后尽快将其替换为WASI-HTTP支持。