在 Kubernetes 上使用 WebAssembly: 从容器到 Wasm
在 Kubernetes 上使用 WebAssembly: 从容器到 Wasm
WebAssembly（Wasm）最初是为浏览器创建的，现在在服务器端也越来越受欢迎。在我看来，WebAssembly 在云原生生态系统中变得流行的原因是它相对于容器的优势，包括体积更小、速度更快、安全性更强和可移植性更高。
本文我将简要介绍 WebAssembly 并解释其优势。然后我们将在后面的文章中讨论如何使用容器工具（包括低级容器运行时、高级容器运行时和 Kubernetes）执行 Wasm 模块。
什么是 WebAssembly？
WebAssembly 是一种通用的字节码技术，允许用各种语言编写的程序（如 Go、Rust 和 C/C++）被编译成字节码，可以直接在网络浏览器和服务器内部执行。
WebAssembly 是从头开始设计的，用来解决 JavaScript 的性能问题。使用 WebAssembly，开发人员可以将代码编译为低级二进制格式，以接近本机速度在现代网页浏览器中执行。
2019年3月，Mozilla 发布了 WebAssembly 系统接口（WASI），这是一个 API 规范，定义了 WebAssembly 模块与宿主环境之间的标准接口。WASI 允许 Wasm 模块安全地访问系统资源，包括网络、文件系统等。这极大地扩展了 WebAssembly 的潜力，使其不仅能够在浏览器中运行，还能在服务器上运行。
WebAssembly 的优势
WebAssembly 具有几个显着优势，超越了传统容器：
- 快速：Wasm 模块通常在毫秒内启动，比传统容器快得多，这对需要快速启动的工作负载（如无服务器函数）至关重要。
- 轻量级：与容器镜像相比，Wasm 模块通常占用更少的空间，并且需要更少的 CPU 和内存资源。
- 安全：Wasm 模块在严格的沙箱环境中运行，与底层主机操作系统隔离，减少潜在的安全漏洞。
- 可移植：Wasm 模块可以在各种平台和 CPU 架构上无缝运行，消除了为不同操作系统和 CPU 组合定制的多个容器镜像的需要。
你可以查看此表格，详细比较了 WebAssembly 和容器之间的差异：WebAssembly vs Linux Container：https://wasmedge.org/wasm_linux_container/。
在 Linux 容器中运行 Wasm 模块
在容器生态系统中执行 Wasm 模块的一种简单方法是将 Wasm 字节码合并到 Linux 容器镜像中。具体而言，容器内部的 Linux 操作系统可以被精简为仅包含支持 Wasm 运行时所需的组件。由于 Wasm 模块存储在标准容器中，它们可以与任何现有的容器生态系统无缝集成。
瘦身的 Linux 操作系统相比于常规 Linux 操作系统具有更小的攻击面。然而，这种方法仍然需要启动一个 Linux 容器。尽管 Linux 操作系统被裁剪了，但它仍然占据了容器镜像大小的 80%。
在支持 Wasm 的容器运行时中运行 Wasm 模块
将 Wasm 模块嵌入到 Linux 容器中的优势在于允许与现有环境无缝集成，同时也可以从 Wasm 带来的性能改进中受益。然而，与直接在支持 Wasm 的容器运行时中运行 Wasm 模块相比，这种方法效率和安全性较低。
一般来说，容器运行时可以分为两个级别：高级运行时和低级运行时。
- 低级容器运行时：指的是符合
OCI标准的实现，可以接收一个可运行的文件系统（rootfs）和一个配置文件（config.json）来执行隔离的进程。低级容器运行时直接管理和运行容器，比如 runc、crun、youki、gvisor 和 kata。 - 高级容器运行时：这个组件负责传输和管理容器镜像，解压镜像，并将其传递给低级运行时来运行容器。高级容器运行时通过抽象低级运行时的复杂性简化了容器管理，使用户能够通过相同的高级运行时管理各种低级运行时。
Containerd和CRI-O是两个流行的高级容器运行时。
我们可以在低级和高级容器运行时中启用 Wasm 支持。
通过低级容器运行时直接运行 Wasm 模块时，有几种可用的选项，如 crun 和 youki，这些选项内置支持 Wasm。
通过高级容器运行时运行 Wasm 模块时，CRI-O 和 containerd 都是不错的选择。有两种可能的方法：
- 一种是高级运行时仍依赖于低级运行时，调用低级运行时执行 Wasm 模块。
- 另一种方法是 containerd 有一个名为
runwasi的子项目，可以开发一个containerd-wasm-shim，直接与 Wasm 运行时（如WasmEdge和Wasmtime）进行交互。这样 containerd 可以在不依赖低级运行时的情况下运行 Wasm 模块，而是直接调用 Wasm 运行时。这不仅缩短了调用路径，还提高了效率。
在 Kubernetes 上运行 Wasm 模块
WebAssembly 正推动云计算的第三波浪潮。作为容器编排领域的事实标准，Kubernetes 不断演进以利用 WebAssembly 带来的优势。
要在 Kubernetes 上运行 Wasm 工作负载，需要两个关键组件：
- 使用 Wasm 运行时引导的工作节点。可以通过集成高级容器运行时（如
containerd和CRI-O）与支持 Wasm 的低级运行时（如crun和youki）来实现此设置。 - 映射到具有 WebAssembly 运行时的节点的
RuntimeClass对象。RuntimeClass 处理 Kubernetes 集群中存在多个容器运行时的问题，某些节点可能支持 Wasm 运行时，而其他节点可能支持常规容器运行时。您可以使用 RuntimeClass 将 Wasm 工作负载专门调度到具有 Wasm 运行时的节点。
要在 Kubernetes 节点上启用 Wasm 支持，可以使用 Kwasm Operator 自动化过程，而不是手动安装具有 Wasm 运行时库的容器运行时。Kwasm(https://kwasm.sh/) 是一个 Kubernetes Operator，它会自动为您的 Kubernetes 节点添加 WebAssembly 支持。Operator 使用 kwasm-node-installer(https://github.com/KWasm/kwasm-node-installer) 项目来修改底层 Kubernetes 节点。
总结
WebAssembly 提供了一种快速、高效和安全的代码执行方式，而 Kubernetes 则是一个强大的容器编排平台。Cloud Native WebAssembly 在服务器和云中使用 Wasm，利用 Kubernetes 等编排工具来部署和管理 Wasm 应用程序。通过结合这些技术，我们可以创建灵活、高性能、可扩展和安全的云原生应用。这种融合提供了创新的可能性，可以开发先进的无服务器架构、边缘计算解决方案，同时确保在不同环境中的兼容性和可移植性。
原文链接：https://www.cncf.io/blog/2024/03/12/webassembly-on-kubernetes-from-containers-to-wasm-part-01/