WebAssembly

一、WebAssembly 的本质定位

WebAssembly（Wasm）并不是一门编程语言，而是一种面向多宿主环境的虚拟指令集架构（Virtual ISA, V-ISA）。

第一性原理：

Wasm 的核心目标不是"替代 JavaScript"，而是提供一种 跨语言、跨平台、可沙箱化执行的最小通用计算抽象。

二、整体系统分层模型（认知骨架）

┌────────────────────────────┐│        应用 / 语言层        │  C / C++ / Rust / Go / …├────────────────────────────┤│        编译与 IR 层         │  LLVM IR → WASM Binary├────────────────────────────┤│     WebAssembly 指令集      │  Stack VM / Binary Format├────────────────────────────┤│   系统抽象层（WASI）        │  Capability-based API├────────────────────────────┤│        Wasm 运行时          │  Wasmtime / Wasmer / WAMR├────────────────────────────┤│        宿主环境             │  Browser / OS / Cloud / Edge└────────────────────────────┘

该分层模型体现了 Wasm 的核心设计思想：强边界、弱假设、最小抽象。

三、Wasm 二进制模块的架构模型

Wasm 模块是一种自描述、可验证、与平台无关的二进制单元。其内部结构由一组 Section 组成，但 Section 的本质并非“文件格式”，而是系统能力的声明集合。

3.1 模块能力分类模型

能力维度对应 Section设计意图
类型系统Type行为签名的前置声明
行为映射Function / Code类型与实现的分离
状态模型Global / Memory / Data显式状态与线性内存
动态分发Table / Element间接调用与多态
生命周期Start模块初始化钩子
边界接口Import / Export能力与依赖显式化
元数据Custom调试与工具支持

3.2 魔数与版本

意义：确保模块在加载前即可被快速识别与验证。

四、执行模型：栈式虚拟机与指令设计

Wasm 采用栈式虚拟机模型，其设计权衡包括：

4.1 数值与编码模型

设计哲学：以编码复杂度换取传输与存储效率。

五、WAT：可读的等价表示

WebAssembly Text Format（WAT）是 Wasm 二进制的语义等价文本表示，主要用于：

5.1 S-表达式与 Flat-WAT

5.2 工具链

六、运行时模型与内存体系

6.1 实例化语义

6.2 线性内存模型

核心思想：

无指针共享、无隐式对象、无宿主内存污染。

七、WASI：系统调用的抽象层

WASI（WebAssembly System Interface）是 Wasm 在 Web 之外可运行的关键。

7.1 设计目标

7.2 Capability-based Security

对比传统 OS：

八、纳米进程（Nanoprocess）模型

在 Wasm 语义下：

模块实例 = 最小隔离执行单元

特征：

权限规则：

该模型天然适配：

九、宿主环境与加载模型（以浏览器为例）

9.1 生命周期

  1. fetch：获取二进制
  2. compile：编译为平台代码
  3. instantiate：绑定导入并初始化
  4. call：执行导出函数

9.2 Web API

十、运行时实现生态

运行时特点适用场景
Wasmtime标准友好、性能稳定云 / Server
Wasmer多语言绑定平台集成
WAMR轻量、C 实现IoT / Embedded
WasmEdge云原生导向Edge / AI

十一、编译体系与语言生态

本质：

Wasm 是 LLVM 生态的可执行终点之一。

十二、能力边界与局限性

这是 Wasm 强隔离换取安全与可移植性 的必然代价。

十三、应用定位与长期演进

当前稳定价值

演进方向

总结

WebAssembly 是一种：

以安全、可验证、最小能力集为核心的通用执行抽象。

它不是某一语言的替代品，而是未来多计算环境的公共底座。

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