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. परफ़ॉर्मेंस को बेहतर बनाने के लिए, निचले लेवल की भाषाओं के साथ इंटरफ़ेस करके "ज़्यादा बेहतर" बनाने का तरीका, कई उच्च लेवल की भाषाओं में इस्तेमाल किया जाता है. उदाहरण के लिए, Java में Java नेटिव इंटरफ़ेस है. JavaScript के लिए, लोअर लेवल की यह भाषा WebAssembly है. इस लेख में, आपको पता चलेगा कि असेंबली लैंग्वेज क्या है और यह वेब पर काम क्यों आ सकती है. इसके बाद, asm.js के इंटरिम सलूशन की मदद से WebAssembly को बनाने का तरीका जानें.
असेंबली लैंग्वेज
क्या आपने कभी असेंबली लैंग्वेज में प्रोग्राम किया है? कंप्यूटर प्रोग्रामिंग में, असेंबली लैंग्वेज को अक्सर सिर्फ़ असेंबली कहा जाता है और आम तौर पर इसे ASM या asm के तौर पर छोटा किया जाता है. यह कोई भी लो-लेवल प्रोग्रामिंग भाषा है. इसमें भाषा के निर्देशों और आर्किटेक्चर के मशीन कोड निर्देशों के बीच बहुत ज़्यादा समानता होती है.
उदाहरण के लिए, Intel® 64 और IA-32 आर्किटेक्चर (PDF) को देखते हुए, MUL निर्देश (गुणा के लिए), पहले ऑपरेंड (डेस्टिनेशन ऑपरेंड) और दूसरे ऑपरेंड (सोर्स ऑपरेंड) का बिना साइन वाला गुणा करता है और नतीजे को डेस्टिनेशन ऑपरेंड में सेव करता है. यह काफ़ी आसान है. डेस्टिनेशन ऑपरेंड, एक ऐसा ऑपरेटर है जिसका इस्तेमाल न किया जा सकता है और जो रजिस्टर किए गए AX में मौजूद होता है. साथ ही, सोर्स ऑपरेंड, सामान्य कामों के लिए इस्तेमाल होने वाली रजिस्टर की गई फ़ाइल में मौजूद होता है, जैसे कि CX. नतीजा, रजिस्टर AX में फिर से सेव हो जाता 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 आपको 5 और 10 को गुणा करने का टास्क दिया जाता है, तो शायद आप JavaScript में इस तरह का कोड लिखें:
const factor1 = 5;
const factor2 = 10;
const result = factor1 * factor2;
असेंबली रूट का फ़ायदा यह है कि इस तरह का लो-लेवल और मशीन के हिसाब से ऑप्टिमाइज़ किया गया कोड, हाई-लेवल और लोगों के हिसाब से ऑप्टिमाइज़ किए गए कोड के मुकाबले काफ़ी ज़्यादा असरदार होता है. पहले मामले में, यह फ़र्क़ नहीं पड़ता. हालांकि, ज़्यादा जटिल ऑपरेशन के लिए, यह फ़र्क़ काफ़ी ज़्यादा हो सकता है.
जैसा कि नाम से पता चलता है, x86 कोड x86 आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है. अगर असेंबली कोड लिखने का कोई ऐसा तरीका हो जो किसी खास आर्किटेक्चर पर निर्भर न हो, लेकिन उससे असेंबली की परफ़ॉर्मेंस के फ़ायदे मिलते हों, तो क्या होगा?
asm.js
बिना आर्किटेक्चर डिपेंडेंसी वाले असेंबली कोड लिखने का पहला चरण asm.js था. यह JavaScript का एक सख्त सबसेट है, जिसका इस्तेमाल कंपाइलर के लिए, लो-लेवल और असरदार 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 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, early Emscripten (एलएलवीएम पर आधारित).
भाषा की सुविधाओं को सिर्फ़ उन सुविधाओं तक सीमित करके परफ़ॉर्मेंस को बेहतर बनाया गया है जो AOT के साथ काम करती हैं. Firefox 22 पहला ऐसा ब्राउज़र था जो asm.js के साथ काम करता था. इसे OdinMonkey के नाम से रिलीज़ किया गया था. Chrome ने वर्शन 61 में asm.js support की सुविधा जोड़ी है. asm.js अब भी ब्राउज़र में काम करता है, लेकिन WebAssembly ने इसकी जगह ले ली है. फ़िलहाल, asm.js का इस्तेमाल उन ब्राउज़र के लिए किया जा सकता है 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 वे वेब पर चलें. Java और Dart जैसी मेमोरी मैनेज करने वाली भाषाओं के लिए, यह सुविधा जल्द ही उपलब्ध हो जाएगी. इसके अलावा, Kotlin/Wasm के मामले में यह सुविधा पहले से ही उपलब्ध है. WebAssembly को JavaScript के साथ चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, ताकि दोनों एक साथ काम कर सकें.
ब्राउज़र के अलावा, WebAssembly प्रोग्राम अन्य रनटाइम में भी चलते हैं. इसकी वजह यह है कि WebAssembly के लिए, WASI, WebAssembly सिस्टम इंटरफ़ेस एक मॉड्यूलर सिस्टम इंटरफ़ेस है. WASI को सभी ऑपरेटिंग सिस्टम पर काम करने के लिए बनाया गया है. इसका मकसद, इसे सुरक्षित बनाना और सैंडबॉक्स वाले माहौल में चलाना है.
WebAssembly कोड (बाइनरी कोड, यानी बाइट कोड), को पोर्टेबल वर्चुअल स्टैक मशीन (वीएम) पर चलाया जाता है. बाइटकोड को JavaScript की तुलना में तेज़ी से पार्स और लागू करने के लिए डिज़ाइन किया गया है. साथ ही, यह कोड को छोटा दिखाता है.
निर्देशों को कॉन्सेप्ट के हिसाब से लागू करने के लिए, एक पारंपरिक प्रोग्राम काउंटर का इस्तेमाल किया जाता है. यह निर्देशों के हिसाब से आगे बढ़ता है. आम तौर पर, ज़्यादातर Wasm इंजन, Wasm बाइटकोड को मशीन कोड में कंपाइल करते हैं और फिर उसे चलाते हैं. निर्देशों को दो कैटगरी में बांटा गया है:
- कंट्रोल निर्देश, कंट्रोल कंस्ट्रक्ट बनाते हैं और स्टैक से उनके आर्ग्युमेंट की वैल्यू को पॉप करते हैं. साथ ही, ये प्रोग्राम काउंटर बदल सकते हैं और नतीजे की वैल्यू को स्टैक पर पुश कर सकते हैं.
- ऐसे आसान निर्देश जो स्टैक से अपनी आर्ग्युमेंट वैल्यू को पॉप करते हैं, वैल्यू पर कोई ऑपरेटर लागू करते हैं, और फिर नतीजे की वैल्यू को स्टैक पर पुश करते हैं. इसके बाद, प्रोग्राम काउंटर अपने-आप आगे बढ़ जाता है.
पिछले उदाहरण पर वापस आकर, यहां दिया गया WebAssembly कोड, लेख की शुरुआत में दिए गए 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.
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. WebAssembly को साल 2015 में लॉन्च किया गया था और मार्च 2017 में पहली बार रिलीज़ किया गया था. इसे 5 दिसंबर, 2019 को W3C का सुझाव माना गया. W3C, सभी प्रमुख ब्राउज़र वेंडर और दिलचस्पी रखने वाले अन्य पक्षों के योगदान से स्टैंडर्ड को बनाए रखता है. साल 2017 से, सभी ब्राउज़र पर यह सुविधा काम करती है.
WebAssembly को दो तरह से दिखाया जा सकता है: टेक्स्ट और बाइनरी. आपको ऊपर जो दिख रहा है वह टेक्स्ट के तौर पर दिखाया गया है.
टेक्स्ट के तौर पर जानकारी
टेक्स्ट के तौर पर दिखाया गया डेटा, एस-एक्सप्रेशन पर आधारित होता है. आम तौर पर, WebAssembly text फ़ॉर्मैट के लिए, फ़ाइल एक्सटेंशन .wat का इस्तेमाल किया जाता है. अगर आप चाहें, तो इसे हाथ से लिखें. ऊपर दिए गए गुणा के उदाहरण को लेते हुए और फ़ैक्टर को हार्डकोड किए बिना इसे ज़्यादा काम का बनाते हुए, शायद आपको नीचे दिए गए कोड का मतलब समझ आ जाए:
(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
फ़ाइल एक्सटेंशन .wasm का इस्तेमाल करने वाला बाइनरी फ़ॉर्मैट, लोगों के इस्तेमाल के लिए नहीं है. wat2wasm जैसे टूल का इस्तेमाल करके, ऊपर दिए गए कोड को बाइनरी में बदला जा सकता है. (टिप्पणियां आम तौर पर बाइनरी रिप्रज़ेंटेशन का हिस्सा नहीं होती हैं. हालांकि, wat2wasm टूल उन्हें बेहतर तरीके से समझने के लिए जोड़ता है.)
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 करना
जैसा कि आप देख सकते हैं, .wat और .wasm, दोनों ही लोगों के लिए आसान नहीं हैं. यहां Emscripten जैसा कंपाइलर काम करता है.
इसकी मदद से, C और C++ जैसी हाई-लेवल भाषाओं से कोड को कंपाइल किया जा सकता है. Rust और दूसरी कई भाषाओं के लिए भी कंपाइलर उपलब्ध हैं. C में लिखा गया यह कोड देखें:
#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 होने के बाद, emcc कमांड और लगभग एक जैसे आर्ग्युमेंट का इस्तेमाल करके, इसे WebAssembly में कंपाइल किया जा सकता है:
$ emcc hello.c -o hello.html
इससे hello.wasm फ़ाइल और एचटीएमएल रैपर फ़ाइल hello.html बन जाएगी. जब किसी वेब सर्वर से फ़ाइल hello.html को दिखाया जाता है, तो आपको DevTools कंसोल में "Hello World" प्रिंट किया हुआ दिखेगा.
एचटीएमएल रैपर के बिना भी, WebAssembly में कॉम्पाइल करने का एक तरीका है:
$ emcc hello.c -o hello.js
इससे पहले की तरह ही, यह एक hello.wasm फ़ाइल बनाएगी. हालांकि, इस बार एचटीएमएल रैपर के बजाय hello.js फ़ाइल बनेगी. जांच करने के लिए, Node.js जैसे टूल की मदद से, जनरेट हुई JavaScript फ़ाइल hello.js को चलाएं:
$ node hello.js
Hello World
ज़्यादा जानें
WebAssembly के बारे में कम शब्दों में दी गई यह जानकारी, बेहद आसान है.
MDN पर WebAssembly के दस्तावेज़ में, WebAssembly के बारे में ज़्यादा जानें और Emscripten के दस्तावेज़ देखें. सच कहें, तो WebAssembly के साथ काम करना उल्लू का मेम कैसे बनाएं जैसा लग सकता है. खास तौर पर, ऐसा इसलिए है, क्योंकि एचटीएमएल, सीएसएस, और JavaScript के बारे में जानने वाले वेब डेवलपर, ज़रूरी नहीं है कि वे C जैसी भाषाओं में काम करने में माहिर हों. हालांकि, StackOverflow के webassembly टैग जैसे चैनल हैं, जहां विशेषज्ञों को आपकी मदद करने में खुशी होती है. हालांकि, इसके लिए आपको विनम्रता से पूछना होगा.
स्वीकार की गई
इस लेख की समीक्षा Jakob Kummerow, Derek Schuff, और Rachel Andrew ने की है.