जब से वेब एक प्लैटफ़ॉर्म सिर्फ़ दस्तावेज़ों के लिए ही नहीं, बल्कि ऐप्लिकेशन के लिए भी बना है, तब से कुछ सबसे बेहतर ऐप्लिकेशन ने वेब ब्राउज़र की सीमाओं को पार कर लिया है. परफ़ॉर्मेंस को बेहतर बनाने के लिए, निचले लेवल की भाषाओं के साथ इंटरफ़ेस करके "मेटल के करीब जाने" का तरीका कई उच्च-लेवल वाली भाषाओं में पाया जाता है. उदाहरण के लिए, Java में Java नेटिव इंटरफ़ेस है. JavaScript के लिए, नीचे के लेवल की यह भाषा WebAssembly है. इस लेख में बताया गया है कि असेंबली लैंग्वेज क्या है और यह वेब पर क्यों काम की हो सकती है. इसके बाद, यह जानें कि asm.js के फ़िलहाल के हल की मदद से, WebAssembly कैसे बनाया गया.
असेंबली लैंग्वेज
क्या आपने कभी असेंबली लैंग्वेज में प्रोग्राम किया है? कंप्यूटर प्रोग्रामिंग में, असेंबली लैंग्वेज को अक्सर असेंबली कहा जाता है. इसे आम तौर पर, एएसएम या एएसएम के तौर पर जाना जाता है. यह कोई भी लो-लेवल प्रोग्रामिंग भाषा है. इसमें भाषा के निर्देशों और आर्किटेक्चर के मशीन कोड के निर्देशों के बीच काफ़ी अच्छी तरह से ईमेल भेजा जाता है.
उदाहरण के लिए, Intel® 64 और IA-32 आर्किटेक्चर (पीडीएफ़) देखने पर, MUL निर्देश (mulटिप्लिकेशन के लिए) पहले ऑपरेंड (डेस्टिनेशन ऑपरैंड) और दूसरे ऑपरेंड (सोर्स ऑपरेंड) को बिना साइन किए गुणा करके देखता है और नतीजे को डेस्टिनेशन ऑपरेंड में स्टोर करता है. डेस्टिनेशन ऑपरेंड बहुत आसान है. यह रजिस्टर AX में मौजूद एक ऑपरेटरेड ऑपरेंड है. साथ ही, सोर्स ऑपरेंड CX जैसे सामान्य मकसद के लिए मौजूद होता है. नतीजा फिर से AX रजिस्टर में सेव किया गया. x86 कोड के इस उदाहरण पर ध्यान दें:
mov ax, 5 ; Set the value of register AX to 5.
mov cx, 10 ; Set the value of register CX to 10.
mul cx ; Multiply the value of register AX (5)
; and the value of register CX (10), and
; store the result in register AX.
तुलना के लिए, अगर आपको 5 और 10 को गुणा करने के मकसद से टास्क असाइन किया गया है, तो शायद आपको JavaScript में, नीचे दिए गए कोड से मिलता-जुलता कोड लिखना होगा:
const factor1 = 5;
const factor2 = 10;
const result = factor1 * factor2;
असेंबली रूट का इस्तेमाल करने का फ़ायदा यह है कि इस तरह के कम-लेवल वाले और मशीन के हिसाब से ऑप्टिमाइज़ किए गए कोड, हाई-लेवल और इंसानों के लिए ऑप्टिमाइज़ किए गए कोड की तुलना में ज़्यादा असरदार हैं. पिछले मामले में, इससे कोई फ़र्क़ नहीं पड़ता. हालांकि, आपके पास यह कल्पना करने का विकल्प है कि ज़्यादा जटिल ऑपरेशन के लिए, दोनों के बीच का अंतर काफ़ी अहम हो सकता है.
जैसा कि नाम से ही पता चलता है, x86 कोड, x86 आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है. अगर असेंबली कोड लिखने का कोई ऐसा तरीका होता जो किसी खास आर्किटेक्चर पर निर्भर न हो, लेकिन वह असेंबली के परफ़ॉर्मेंस के फ़ायदे इनहेरिट करता, तो क्या होता?
asm.js
बिना आर्किटेक्चर डिपेंडेंसी के असेंबली कोड लिखने का पहला चरण asm.js है, जो JavaScript का एक सख्त सबसेट है. इसका इस्तेमाल कंपाइलर के लिए कम लेवल और बेहतर टारगेट भाषा के तौर पर किया जा सकता है. इस उप-भाषा ने C या C++ जैसी मेमोरी-असुरक्षित भाषाओं के लिए, सैंडबॉक्स की गई वर्चुअल मशीन के बारे में असरदार तरीके से बताया है. स्टैटिक और डाइनैमिक पुष्टि के मिले-जुले रूप की मदद से, JavaScript इंजन मान्य asm.js कोड के लिए, कंपाइलेशन रणनीति को ऑप्टिमाइज़ करने के लिए, पहले से मौजूद (AOT) रणनीति लागू कर सकते हैं. मैन्युअल मेमोरी मैनेजमेंट (जैसे कि C) के साथ स्टैटिक रूप से टाइप की गई भाषाओं में लिखे गए कोड का अनुवाद, रिलीज़ होने वाले Emscripten (एलएलवीएम पर आधारित) जैसे सोर्स-टू-सोर्स कंपाइलर से किया गया था.
परफ़ॉर्मेंस में सुधार के लिए, भाषा से जुड़ी उन सुविधाओं को सीमित किया गया है जो AOT में लागू नहीं होती हैं. Firefox 22, asm.js के साथ काम करने वाला पहला ब्राउज़र था जिसे OdinMonkey के नाम से रिलीज़ किया गया. Chrome ने वर्शन 61 में asm.js सहायता जोड़ी है. हालांकि, ब्राउज़र में asm.js अब भी काम करता है, लेकिन WebAssembly ने इसकी जगह ले ली है. इस समय asm.js इस्तेमाल करने की वजह, उन ब्राउज़र के विकल्प के तौर पर होगी जिनमें WebAssembly का इस्तेमाल नहीं किया जा सकता.
WebAssembly
WebAssembly एक लो-लेवल असेंबली जैसी भाषा है. यह एक कॉम्पैक्ट बाइनरी फ़ॉर्मैट है, जो करीब-करीब नेटिव परफ़ॉर्मेंस के साथ चलता है. साथ ही, C/C++, और रस्ट जैसी भाषाओं को उपलब्ध कराता है. साथ ही, कई और भाषाओं को कंपाइलेशन टारगेट के साथ उपलब्ध कराता है, ताकि वे वेब पर चलें. Java और Dart जैसी मेमोरी से मैनेज की जाने वाली भाषाओं के लिए, सहायता पर काम चल रहा है. जल्द ही, यह उपलब्ध हो जाएगी या पहले ही Kotlin/Wasm के मामले में उपलब्ध हो जाएगी. WebAssembly को JavaScript के साथ चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है. इससे दोनों एक साथ काम कर सकते हैं.
ब्राउज़र के अलावा, WebAssembly प्रोग्राम अन्य रनटाइम में भी चलते हैं. इसकी वजह WASI है. यह WebAssembly सिस्टम इंटरफ़ेस, WebAssembly के लिए एक मॉड्यूलर सिस्टम इंटरफ़ेस है. WASI को ऑपरेटिंग सिस्टम में पोर्टेबल होने के लिए बनाया गया है, इसका मकसद सुरक्षित है और इसे सैंडबॉक्स एनवायरमेंट में चल सकता है.
WebAssembly कोड (बाइनरी कोड, यानी बाइट कोड) को पोर्टेबल वर्चुअल स्टैक मशीन (वीएम) पर चलाया जाता है. बाइट कोड को JavaScript की तुलना में तेज़ी से पार्स और एक्ज़ीक्यूट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है. साथ ही, इसे इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि इसमें कोड को संक्षिप्त रूप से दिखाया जा सके.
निर्देशों को लागू करने के लिए, पारंपरिक प्रोग्राम काउंटर की मदद ली जाती है. साथ ही, निर्देशों को लागू किया जाता है. ज़्यादातर Wasm इंजन, Wasm बाइट कोड को मशीन कोड में जोड़कर, उसे लागू करते हैं. निर्देश दो कैटगरी में आते हैं:
- कंट्रोल बनाने वाले निर्देश तय करें और उनके आर्ग्युमेंट की वैल्यू को स्टैक से हटाएं. इससे प्रोग्राम काउंटर बदल सकता है और नतीजे की वैल्यू को स्टैक में पुश कर सकता है.
- आसान निर्देश, जिनमें स्टैक से अपनी आर्ग्युमेंट वैल्यू को पॉप किया जाता है. इसके बाद, वैल्यू पर ऑपरेटर लागू किया जाता है. इसके बाद, नतीजे की वैल्यू को स्टैक पर पुश किया जाता है और फिर सीधे तौर पर प्रोग्राम काउंटर को बेहतर बनाया जाता है.
पहले वाले उदाहरण पर वापस जाएं और नीचे दिया गया WebAssembly कोड, लेख की शुरुआत के x86 कोड के बराबर होगा:
i32.const 5 ; Push the integer value 5 onto the stack.
i32.const 10 ; Push the integer value 10 onto the stack.
i32.mul ; Pop the two most recent items on the stack,
; multiply them, and push the result onto the stack.
सॉफ़्टवेयर में asm.js को पूरी तरह से लागू किया गया है. इसका मतलब है कि इसका कोड किसी भी JavaScript इंजन में चल सकता है (भले ही, यह ऑप्टिमाइज़ न किया गया हो). WebAssembly को ऐसी नई सुविधा की ज़रूरत थी जिसके लिए सभी ब्राउज़र वेंडर ने सहमति दी हो. WebAssembly को 5 दिसंबर, 2019 को W3C का सुझाव बनाया गया था. इसे 2015 में लॉन्च किया गया था और इसे पहली बार मार्च 2017 में रिलीज़ किया गया था. W3C सभी प्रमुख ब्राउज़र वेंडर और दिलचस्पी रखने वाले अन्य पक्षों के योगदान के स्टैंडर्ड को बरकरार रखता है. साल 2017 से, ब्राउज़र हर जगह काम करता है.
WebAssembly में दो तरह से दिखाए जाते हैं: टेक्स्ट और बाइनरी. ऊपर जो दिख रहा है वह टेक्स्ट के तौर पर है.
टेक्स्ट के तौर पर दिखाना
टेक्स्ट के रूप में प्रज़ेंटेशन S-expressions पर आधारित होता है. आम तौर पर, इसमें फ़ाइल एक्सटेंशन .wat का इस्तेमाल किया जाता है. आम तौर पर, इसमें WebAअसेंबली tएक्सटेंशन फ़ॉर्मैट इस्तेमाल किया जाता है. अगर आप चाहें, तो हाथ से लिखा जा सकता है. ऊपर दिए गए उदाहरण को गुणा करके, फ़ैक्टर को हार्डकोड किए बिना उसे ज़्यादा उपयोगी बनाकर, नीचे दिए गए कोड को बेहतर तरीके से समझा जा सकता है:
(module
(func $mul (param $factor1 i32) (param $factor2 i32) (result i32)
local.get $factor1
local.get $factor2
i32.mul)
(export "mul" (func $mul))
)
बाइनरी प्रतिनिधित्व
फ़ाइल एक्सटेंशन .wasm का इस्तेमाल करने वाले बाइनरी फ़ॉर्मैट को इंसान के इस्तेमाल के लिए नहीं बनाया जाता है. इसे इंसान ही बना सकते हैं. wat2wasm जैसे टूल का इस्तेमाल करके, ऊपर दिए गए कोड को यहां दिए गए बाइनरी में बदला जा सकता है. (आम तौर पर, टिप्पणियां बाइनरी का हिस्सा नहीं होती हैं. हालांकि, बेहतर तरीके से समझने के लिए, ये टिप्पणियां wat2vasm टूल की मदद से जोड़ी जाती हैं.)
0000000: 0061 736d ; WASM_BINARY_MAGIC
0000004: 0100 0000 ; WASM_BINARY_VERSION
; section "Type" (1)
0000008: 01 ; section code
0000009: 00 ; section size (guess)
000000a: 01 ; num types
; func type 0
000000b: 60 ; func
000000c: 02 ; num params
000000d: 7f ; i32
000000e: 7f ; i32
000000f: 01 ; num results
0000010: 7f ; i32
0000009: 07 ; FIXUP section size
; section "Function" (3)
0000011: 03 ; section code
0000012: 00 ; section size (guess)
0000013: 01 ; num functions
0000014: 00 ; function 0 signature index
0000012: 02 ; FIXUP section size
; section "Export" (7)
0000015: 07 ; section code
0000016: 00 ; section size (guess)
0000017: 01 ; num exports
0000018: 03 ; string length
0000019: 6d75 6c mul ; export name
000001c: 00 ; export kind
000001d: 00 ; export func index
0000016: 07 ; FIXUP section size
; section "Code" (10)
000001e: 0a ; section code
000001f: 00 ; section size (guess)
0000020: 01 ; num functions
; function body 0
0000021: 00 ; func body size (guess)
0000022: 00 ; local decl count
0000023: 20 ; local.get
0000024: 00 ; local index
0000025: 20 ; local.get
0000026: 01 ; local index
0000027: 6c ; i32.mul
0000028: 0b ; end
0000021: 07 ; FIXUP func body size
000001f: 09 ; FIXUP section size
; section "name"
0000029: 00 ; section code
000002a: 00 ; section size (guess)
000002b: 04 ; string length
000002c: 6e61 6d65 name ; custom section name
0000030: 01 ; name subsection type
0000031: 00 ; subsection size (guess)
0000032: 01 ; num names
0000033: 00 ; elem index
0000034: 03 ; string length
0000035: 6d75 6c mul ; elem name 0
0000031: 06 ; FIXUP subsection size
0000038: 02 ; local name type
0000039: 00 ; subsection size (guess)
000003a: 01 ; num functions
000003b: 00 ; function index
000003c: 02 ; num locals
000003d: 00 ; local index
000003e: 07 ; string length
000003f: 6661 6374 6f72 31 factor1 ; local name 0
0000046: 01 ; local index
0000047: 07 ; string length
0000048: 6661 6374 6f72 32 factor2 ; local name 1
0000039: 15 ; FIXUP subsection size
000002a: 24 ; FIXUP section size
WebAssembly में कंपाइल किया जा रहा है
आपने देखा कि .wat या .wasm, खास तौर पर लोगों के लिए आसान हैं. यहीं से Emscripten जैसा कंपाइलर काम करता है.
यह आपको C और C++ जैसी उच्च-लेवल वाली भाषाओं से कंपाइल करने की सुविधा देता है. Rust जैसी अन्य लैंग्वेज के अन्य कंपाइलर भी हैं. नीचे दिए गए सी कोड का इस्तेमाल करें:
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello World\n");
return 0;
}
आम तौर पर, इस C प्रोग्राम को gcc कंपाइलर के साथ कंपाइल किया जाता है.
$ gcc hello.c -o hello
Emscripten इंस्टॉल किए हुए के साथ, emcc कमांड और करीब-करीब एक जैसे तर्क का इस्तेमाल करके, इसे WebAssembly में कंपाइल किया जाता है:
$ emcc hello.c -o hello.html
इससे hello.wasm फ़ाइल और एचटीएमएल रैपर फ़ाइल hello.html बन जाएगी. जब किसी वेब सर्वर से hello.html फ़ाइल उपलब्ध कराई जाएगी, तो आपको DevTools कंसोल पर "Hello World" प्रिंट किया हुआ दिखेगा.
एचटीएमएल रैपर के बिना, WebAssembly में कंपाइल करने का भी एक तरीका है:
$ emcc hello.c -o hello.js
पहले की तरह, यह एक hello.wasm फ़ाइल बनाएगा, लेकिन इस बार एचटीएमएल रैपर के बजाय, hello.js फ़ाइल बनाएगा. इसकी जांच करने के लिए, नतीजे के तौर पर बनी JavaScript फ़ाइल hello.js को इसके साथ चलाएं, उदाहरण के लिए, Node.js:
$ node hello.js
Hello World
ज़्यादा जानें
WebAssembly का यह परिचय सिर्फ़ एक शुरुआत है.
एमडीएन पर WebAssembly के दस्तावेज़ में WebAssembly के बारे में जानें.
साथ ही, Emscripten का दस्तावेज़ देखें. सच तो यह है कि WebAssembly के साथ काम करने पर आपको उल्लू मीम कैसे बनाया जाता है जैसा महसूस हो सकता है. ऐसा इसलिए, क्योंकि एचटीएमएल, सीएसएस, और JavaScript की जानकारी रखने वाले वेब डेवलपर को ज़रूरी नहीं है कि उन्हें C जैसी भाषाओं की जानकारी हो. अच्छी बात यह है कि StackOverflow के webassembly टैग जैसे कुछ चैनल हैं, जहां अच्छे से सवाल पूछने पर विशेषज्ञ, आपकी मदद करके खुश हो जाते हैं.
स्वीकार हैं
इस लेख की समीक्षा जेकब कुमेरॉ, डेरिक शफ़, और रेचल एंड्रू ने की है.