WebAssembly no lado do servidor com o NGINX Unit

Liam CrillyDiretor Sênior de Gestão de Produtos

WebAssembly (abreviado como Wasm) tem muito a oferecer ao mundo das aplicações web. No navegador, ele fornece um ambiente de execução seguro e isolado que permite aos desenvolvedores de frontend trabalhar com diversas linguagens de alto nível (não apenas JavaScript!) sem comprometer o desempenho. Já no backend (lado do servidor), o suporte multiplataforma e a portabilidade entre diferentes arquiteturas do WebAssembly prometem tornar o desenvolvimento, a implantação e a escalabilidade mais fáceis do que nunca.

Na NGINX, vislumbramos um mundo em que você possa criar um módulo WebAssembly para o lado do servidor e executá-lo em qualquer lugar, sem modificações e sem vários pipelines de compilação. Assim, seu módulo WebAssembly poderia partir do desenvolvimento local e chegar até ambientes multicloud de missão crítica.

Com o lançamento do NGINX Unit 1.31, temos o prazer de concretizar essa visão. O NGINX Unit é um servidor universal de aplicações web no qual o código da aplicação é executado juntamente com outros recursos essenciais, como TLS, arquivos estáticos e roteamento de solicitações. Além disso, o NGINX Unit faz tudo isso enquanto oferece uma experiência de desenvolvimento consistente para sete ambientes de execução de linguagens de programação e, agora, também para WebAssembly.

Adicionar WebAssembly ao NGINX Unit faz sentido por vários motivos:

• O padrão de solicitação-resposta do HTTP se encaixa naturalmente no fluxo de bytes de entrada/saída (E/S) do sandbox do WebAssembly.
• Os desenvolvedores podem aproveitar a produtividade das linguagens de alto nível sem comprometer o desempenho em tempo de execução.
• O roteador de requisições do NGINX Unit pode facilitar a criação de aplicações complexas a partir de vários módulos WebAssembly.
• O rápido tempo de inicialização do WebAssembly o torna igualmente adequado para implantar microsserviços e funções individuais ou até mesmo aplicações completas.
• A portabilidade universal e a compatibilidade entre plataformas permitem o desenvolvimento local sem pipelines de build complexos.
• O NGINX Unit já oferece isolamento por aplicação, e o sandbox do WebAssembly torna a execução de código não confiável ainda mais segura.

Observação: No momento da redação deste texto, o módulo WebAssembly está em versão de prévia tecnológica — mais detalhes abaixo.

Como funciona o módulo WebAssembly do NGINX Unit?

A arquitetura do NGINX Unit desacopla os protocolos de rede do ambiente de execução da aplicação. O processo unitd: router trata a solicitação HTTP recebida, cuidando da camada TLS conforme necessário. Depois de decidir o que fazer com essa solicitação, o “contexto HTTP” (URI, cabeçalhos e corpo) é então repassado ao ambiente de execução da aplicação.

Muitas linguagens de programação têm uma especificação precisa sobre como o contexto HTTP é disponibilizado ao código da aplicação e como um desenvolvedor pode acessar o URI, os cabeçalhos e o corpo. O NGINX Unit fornece vários módulos de linguagem que implementam uma camada de interface entre o roteador do NGINX Unit e o ambiente de execução da aplicação.

O módulo de linguagem WebAssembly para o NGINX Unit fornece uma camada de interface semelhante entre o runtime do WebAssembly e o processo do roteador. A memória linear do sandbox do WebAssembly é inicializada com o contexto HTTP da solicitação atual, e a resposta finalizada é enviada de volta ao roteador para transmissão ao cliente.

O ambiente de execução isolado é fornecido pelo runtime Wasmtime. O diagrama abaixo ilustra o fluxo de uma solicitação HTTP do cliente, passando pelo roteador, até o módulo WebAssembly executado pelo Wasmtime.

Executando módulos WebAssembly no NGINX Unit

Configurar o NGINX Unit para executar um módulo WebAssembly é tão simples quanto configurá-lo para qualquer outra linguagem. No trecho de configuração abaixo, há uma aplicação chamada helloworld com estes atributos:

• type define o módulo de linguagem a ser carregado para esta aplicação
• module aponta para um bytecode WebAssembly compilado
• access é um recurso do runtime Wasmtime que permite que a aplicação acesse recursos fora do sandbox
• request_handler, malloc_handler e free_handler estão relacionados às funções do SDK que transferem o contexto HTTP para o Wasmtime (mais detalhes na próxima seção)

{
   "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"
      }
   }
}

Encontrando o contexto HTTP dentro do sandbox do WebAssembly

Como mencionado acima, o módulo de linguagem WebAssembly do NGINX Unit inicializa o ambiente isolado de execução do WebAssembly com o contexto HTTP da solicitação atual. Embora muitos ambientes de execução de linguagens de programação ofereçam acesso nativo e direto aos metadados HTTP, não existe um padrão desse tipo para WebAssembly.

Esperamos que o padrão WASI-HTTP venha a atender a essa necessidade no futuro. Enquanto isso, disponibilizamos um kit de desenvolvimento de software (SDK) para Rust e C. O SDK Unit-Wasm facilita a criação de aplicações web e APIs que podem ser compiladas para WebAssembly e executadas no NGINX Unit. Em nosso guia prático sobre WebAssembly, você pode conhecer o ambiente de desenvolvimento e as etapas de compilação.

Apesar da nossa visão e do nosso desejo de concretizar o potencial do WebAssembly como um ambiente de execução universal, os aplicativos criados com este SDK serão executados apenas no NGINX Unit. Por isso, estamos introduzindo o suporte ao WebAssembly como uma versão de prévia da tecnologia — esperamos substituí-lo pelo suporte ao WASI-HTTP assim que isso for possível.

Experimente a versão de prévia da tecnologia

A versão de prévia da tecnologia foi criada para demonstrar o potencial do WebAssembly no lado do servidor, oferecendo ao mesmo tempo um servidor leve para executar aplicações web. Explore-a com o intuito de testá-la na prática: faça experimentos e envie seus comentários. Gostaríamos muito de ouvir sua opinião no Slack da comunidade NGINX ou por meio do repositório do NGINX Unit no GitHub.

Para começar, instale o NGINX Unit e acesse o guia prático do WebAssembly

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