जब से वेब सिर्फ़ दस्तावेज़ों के लिए ही नहीं, बल्कि ऐप्लिकेशन के लिए भी एक प्लैटफ़ॉर्म बन गया है, तब से कुछ सबसे ऐडवांस ऐप्लिकेशन ने वेब ब्राउज़र को अपनी सीमा तक पहुंचा दिया है. उच्च-स्तरीय भाषाओं में प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए निचले-स्तर की भाषाओं के साथ इंटरफ़ेस करके "मज़बूत के और नज़दीक" जाने का तरीका सामने आया है. उदाहरण के लिए, Java में Java नेटिव इंटरफ़ेस है. JavaScript के लिए, लोअर लेवल की यह भाषा WebAssembly है. इस लेख में, असेंबली लैंग्वेज के बारे में बताया गया है. साथ ही, यह भी बताया गया है कि यह वेब पर क्यों काम की है. इसके बाद, यह जानें कि asm.js के फ़िलहाल के समाधान से WebAssembly कैसे बनाया गया.
असेंबली लैंग्वेज
क्या आपने कभी असेंबली लैंग्वेज में प्रोग्राम किया है? कंप्यूटर प्रोग्रामिंग में असेंबली लैंग्वेज को आम तौर पर असेंबली और आम तौर पर एएसएम या एएसएम कहा जाता है. यह कोई भी लो-लेवल प्रोग्रामिंग भाषा होती है. इसमें भाषा में दिए गए निर्देशों और आर्किटेक्चर के मशीन कोड से जुड़े निर्देशों के बीच गहरा तालमेल होता है.
उदाहरण के लिए, Intel® 64 और IA-32 आर्किटेक्चर (PDF) को देखते हुए, MUL निर्देश (multiplication के लिए) में, पहले ऑपरेंड (डेस्टिनेशन ऑपरेंड) और दूसरे ऑपरेंड (सोर्स ऑपरेंड) का बिना हस्ताक्षर वाला गुणा किया जाता है और नतीजे को डेस्टिनेशन ऑपरेंड में सेव किया जाता है. यह काफ़ी आसान है, लेकिन डेस्टिनेशन ऑपरेंड, एक ऐसा ऑपरेटर है जिसका इस्तेमाल नहीं किया जा सकता, जो AX रजिस्टर में मौजूद है. साथ ही, सोर्स ऑपरेंड, सामान्य कामों के लिए इस्तेमाल की जाने वाली रजिस्टर की गई फ़ाइल में मौजूद है, जैसे कि CX. नतीजे को फिर से AX रजिस्टर में सेव कर लिया गया है. x86 कोड का यह उदाहरण देखें:
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 5 और 10 को गुणा करने के लिए असाइन किया गया है, तो शायद आप JavaScript में इस तरह के कोड लिखें:
const factor1 = 5;
const factor2 = 10;
const result = factor1 * factor2;
असेंबली रूट पर जाने का फ़ायदा यह है कि इस तरह के लो-लेवल और मशीन से ऑप्टिमाइज़ किए गए कोड, हाई-लेवल और लोगों के लिए ऑप्टिमाइज़ किए गए कोड की तुलना में ज़्यादा बेहतर होते हैं. पहले वाले मामले में इससे कोई फ़र्क़ नहीं पड़ता, लेकिन ज़्यादा जटिल कार्रवाइयों के लिए, अंतर अहम हो सकता है.
जैसा कि नाम से ही पता चलता है, x86 कोड, x86 आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है. क्या होगा अगर असेंबली कोड लिखने का कोई ऐसा तरीका हो जो किसी खास आर्किटेक्चर पर निर्भर न करता हो, लेकिन वह असेंबली के परफ़ॉर्मेंस के फ़ायदे भी लेता हो?
asm.js
आर्किटेक्चर डिपेंडेंसी के बिना असेंबली कोड लिखने का पहला चरण asm.js था. यह JavaScript का एक सख्त सबसेट था, जिसे कंपाइलर के लिए कम लेवल की, कारगर टारगेट लैंग्वेज के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता था. 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 कॉम्बिनेशन की मदद से, JavaScript इंजन एक तय समय (एओटी) का इस्तेमाल करके, मान्य asm.js कोड के लिए कंपाइलेशन रणनीति लागू करते हैं. मैन्युअल मेमोरी मैनेजमेंट (जैसे कि C) की मदद से, स्टैटिक तरीके से टाइप की गई भाषाओं में लिखे गए कोड का अनुवाद, सोर्स-टू-सोर्स कंपाइलर ने किया है. जैसे, arly Emscripten (एलएलवीएम पर आधारित).
परफ़ॉर्मेंस को बेहतर बनाने के लिए, भाषा से जुड़ी सुविधाओं को एओटी के मुताबिक सीमित तौर पर सेट किया गया. Firefox 22, asm.js के साथ काम करने वाला पहला ब्राउज़र था, जिसे OdinMonkey के नाम से रिलीज़ किया गया था. Chrome ने वर्शन 61 में asm.js support की सुविधा जोड़ी है. हालांकि, ब्राउज़र में asm.js अब भी काम करता है, लेकिन WebAssembly ने इसकी जगह ले ली है. फ़िलहाल, asm.js का इस्तेमाल उन ब्राउज़र के लिए एक विकल्प के तौर पर किया जाएगा जिनमें WebAssembly काम नहीं करता.
WebAssembly
WebAssembly, लो-लेवल की असेंबली जैसी भाषा है. यह कॉम्पैक्ट बाइनरी फ़ॉर्मैट में होता है. यह फ़ॉर्मैट, करीब-करीब नेटिव परफ़ॉर्मेंस के साथ चलता है. साथ ही, C/C++ और Rust जैसी कई भाषाएं उपलब्ध कराता है. साथ ही, कंपाइलेशन टारगेट के साथ और भी कई भाषाएं उपलब्ध होती हैं, ताकि उन्हें वेब पर चलाया जा सके. Java और Dart जैसी मेमोरी से मैनेज की जाने वाली भाषाओं के लिए, सहायता पर काम जारी है. यह जल्द ही उपलब्ध होगी या Kotlin/Wasm के मामले में इसे पहले ही उपलब्ध करा चुकी है. WebAssembly को JavaScript के साथ-साथ चलने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे दोनों एक साथ काम कर पाते हैं.
ब्राउज़र के अलावा, WebAssembly प्रोग्राम दूसरे रनटाइम में भी चलते हैं. ऐसा, WASI की वजह से होता है. WebAssembly सिस्टम इंटरफ़ेस, WebAssembly के लिए एक मॉड्यूलर सिस्टम इंटरफ़ेस होता है. WASI को सभी ऑपरेटिंग सिस्टम में पोर्टेबल होने के लिए बनाया गया है, ताकि वह सैंडबॉक्स एनवायरमेंट में आसानी से चल सके और सुरक्षित हो.
WebAssembly कोड (बाइनरी कोड, यानी बाइट कोड), को पोर्टेबल वर्चुअल स्टैक मशीन (वीएम) पर चलाया जाता है. बाइटकोड को इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि वह JavaScript की तुलना में तेज़ी से पार्स और एक्ज़ीक्यूट हो सके. साथ ही, इसमें एक छोटा कोड भी दिखता है.
निर्देशों का सैद्धांतिक तरीके से पालन, निर्देशों के मुताबिक आगे बढ़ने वाले पारंपरिक प्रोग्राम काउंटर के ज़रिए किया जाता है. आम तौर पर, Wasm कोड मशीन कोड में Wasm बाइट कोड को कंपाइल करके उसे लागू करते हैं. निर्देश दो कैटगरी में आते हैं:
- कंट्रोल करने से जुड़े निर्देश जो कंट्रोल बनाते हैं और अपने आर्ग्युमेंट वैल्यू को स्टैक से बाहर करते हैं, प्रोग्राम काउंटर को बदल सकते हैं और नतीजे की वैल्यू को स्टैक पर पुश कर सकते हैं.
- आसान निर्देश जो स्टैक से अपनी आर्ग्युमेंट वैल्यू को पॉप करते हैं, वैल्यू पर ऑपरेटर लागू करते हैं, और फिर नतीजों की वैल्यू को स्टैक पर पुश करते हैं. इसके बाद, प्रोग्राम काउंटर को बेहतर बनाने के लिए ऐसा किया जाता है.
पहले वाले उदाहरण पर वापस जाएं. इसके बाद, यहां दिया गया WebAssembly कोड, लेख की शुरुआत में मौजूद x86 कोड की तरह ही 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.
हालांकि, asm.js को सभी सॉफ़्टवेयर में लागू किया जाता है, यानी कि इसका कोड किसी भी JavaScript इंजन में चल सकता है (भले ही इसे ऑप्टिमाइज़ न किया गया हो), लेकिन WebAssembly को ऐसी नई सुविधा की ज़रूरत थी जिसके लिए सभी ब्राउज़र वेंडर ने सहमति दी हो. इसे साल 2015 में लॉन्च किया गया था और मार्च 2017 में इसे रिलीज़ किया गया था. WebAssembly, 5 दिसंबर, 2019 को W3C का सुझाव बन गया. W3C सभी प्रमुख ब्राउज़र वेंडर और रुचि रखने वाली पार्टियों के योगदान से मानक को बनाए रखता है. साल 2017 से, ब्राउज़र पर हर जगह काम किया जा सकता है.
WebAssembly में दो चीज़ें होती हैं: टेक्स्ट और बाइनरी. आपको ऊपर जो दिख रहा है वह टेक्स्ट के तौर पर दिखाया गया है.
टेक्स्ट के तौर पर निरूपण
टेक्स्ट के तौर पर दिखाया गया यह एक्सप्रेशन, S-expressions पर आधारित होता है. आम तौर पर, यह फ़ाइल एक्सटेंशन .wat (WebAsembly text फ़ॉर्मैट के लिए) का इस्तेमाल करता है. अगर आप चाहें, तो इसे हाथ से लिखें. ऊपर से गुणा करने के उदाहरण को लेते हुए और कारकों की हार्डकोड न करके इसे ज़्यादा उपयोगी बनाने के लिए, आप शायद इस कोड को समझ सकते 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 रिप्रज़ेंटेशन
.wasm फ़ाइल एक्सटेंशन का इस्तेमाल करने वाले बाइनरी फ़ॉर्मैट को इंसानों के इस्तेमाल के लिए नहीं बनाया गया है, न कि सिर्फ़ इंसान के बनाए जाने के लिए. wat2wasm जैसे टूल का इस्तेमाल करके, ऊपर दिए गए कोड को इस बाइनरी रिप्रज़ेंटेशन में बदला जा सकता है. (ये टिप्पणियां आम तौर पर बाइनरी रिप्रज़ेंटेशन का हिस्सा नहीं होती हैं, लेकिन इन्हें बेहतर ढंग से समझने के लिए, wat2vasm टूल की मदद से जोड़ा जाता है.)
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0000004: 0100 0000 ; WASM_BINARY_VERSION
; section "Type" (1)
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; section "Export" (7)
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WebAssembly में कंपाइल किया जा रहा है
जैसा कि आपको दिख रहा है, .wat या .wasm, इंसानों के लिए बहुत अच्छे नहीं हैं. यहां Emscripten जैसा कंपाइलर काम करता है.
यह आपको C और C++ जैसी उच्च-स्तरीय भाषाओं से कंपाइल करने देता है. Rust जैसी अन्य भाषाओं के लिए अन्य कंपाइलर भी हैं. यहां दिए गए C कोड का इस्तेमाल करें:
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello World\n");
return 0;
}
आम तौर पर, इस C प्रोग्राम को कंपाइलर gcc की मदद से कंपाइल किया जाता है.
$ gcc hello.c -o hello
Emscripten इंस्टॉल करने पर, emcc कमांड और करीब-करीब एक जैसे आर्ग्युमेंट 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. किसी वेब सर्वर से hello.html फ़ाइल उपलब्ध कराने पर, आपको DevTools कंसोल में प्रिंट किया गया "Hello World" दिखेगा.
एचटीएमएल रैपर के बिना भी WebAssembly में कंपाइल करने का एक तरीका है:
$ emcc hello.c -o hello.js
पहले की तरह, इससे एक hello.wasm फ़ाइल बन जाएगी, लेकिन इस बार एचटीएमएल रैपर के बजाय hello.js फ़ाइल बन जाएगी. इसकी जांच करने के लिए, नतीजे वाली JavaScript फ़ाइल hello.js को, उदाहरण के लिए, Node.js के साथ चलाया जाता है:
$ node hello.js
Hello World
ज़्यादा जानें
WebAssembly के बारे में कम शब्दों में दी गई यह जानकारी, बेहद आसान है.
एमडीएन पर WebAssembly के दस्तावेज़ में WebAssembly के बारे में ज़्यादा जानें.
साथ ही, Emscripten दस्तावेज़ भी पढ़ें. सच कहूं, तो WebAssembly के साथ काम करना उल्लू वाला मीम बनाने का तरीका जैसा लग सकता है. खास तौर पर, जब एचटीएमएल, सीएसएस, और JavaScript की जानकारी रखने वाले वेब डेवलपर, C जैसी भाषाओं में जानकारी इकट्ठा करते हैं, तो यह ज़रूरी नहीं है कि वे इन्हें कंपाइल करते हों. अच्छी बात यह है कि StackOverflow का webassembly टैग जैसे चैनल मौजूद हैं. अगर आप ठीक से पूछें, तो विशेषज्ञ आपकी मदद करने में अक्सर मदद करते हैं.
स्वीकार की गई
इस लेख की समीक्षा जेकब कुमेरो, डेरेक शफ़, और रेचल एंड्रयू ने की है.