试试将.NET7编译为WASM并在Docker上运行

余亦真情感专家 發表於 2022-11-10 10:35:00

试试将.NET7编译为WASM并在Docker上运行

之前有听到说Docker支持Wasmtime了，刚好.NET7也支持WASM，就带大家来了解一下这个东西，顺便试试它怎么样。
因为WASM(WebAssembly) 一开始是一个给浏览器的技术，比起JS解释执行，WASM能用于提升浏览器的用户体验，因为在一些场景中它有着比JS更好的性能。
大家可以将WASM理解为C#的MSIL或者Java的字节码，它并不是二进制代码，还是会由JIT编译执行，JIT有很多优化，另外大多数场景也只会JIT一次，加上省略了JS加载，语法分析各种的过程，才会有着比JS更好的性能。
另外因为WASM是中间码的格式，所以理论上任何语言C#、RUST、Java、Go都可以将代码编译为WASM，然后放到浏览器中执行。比如C#火热的Blazor项目，就是将C#编译为WASM，然后使C#代码能在浏览器中运行。
另外聊一聊WASI(WebAssembly System Interface)，我们知道WASM有着不错的可移植性和安全性（目前浏览器运行都是沙箱运行，对于权限管控很严格），那么就有一群大佬就说，我们是不是能脱离浏览器单独运行WASM程序呢？于是就产生了一个标准的系统接口，大家都按照这样的方式来生成WASM，调用系统API，然后我们开发一个Runtime，让大家的WASM程序都能在这上面运行。
举个不严谨的例子说明一下WASI就是比如：
<ul>
<li>C# => MSIL => CLR(Mono、CoreCLR)</li>
<li>Java => 字节码 => JVM(HotSpot VM、ZingVM) 
而现在我们可以：</li>
<li>C# => WASM => WASI(wasmtime、wasmedge)。</li>
</ul>
各位应该就明白了，WASI其实就是个运行时的规范，大家编译成WASM放上去就能跑。 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95dotNet7%e7%9a%84WASM%e5%92%8cWASI-221108232119130.png" alt="" loading="lazy">
所以现在对于它的观点就是，觉得它在Server后端领域目前来说不是一个很价值的东西，因为可移植性好的语言比比皆是，比如C#、Java、Go等等。
拿性能来说，对于这样的中间语言性能无关就是JIT和GC，WASI的JIT和GC能做的像C#、Java这样的JIT、GC性能那么好吗？这个目前来说是存在疑问的，至少在短时间内很难追平其它平台十多年的优化。
再说WASM的另一个优点，就是体积小和启动快，现在C#支持NativeAOT、Java有GraalVM、Go和Rust之类的本身就是编译型语言，启动速度和体积都很不错，WASM在这个方面其实不占优势。
<h2 id="net编译为wasm">.NET编译为WASM</h2>
好了，言归正传，我们来试试.NET7上面的WASM。.NET7目前已经发布，我们需要使用最新的版本，如下图所示： 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8WASI%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109092059982.png" alt="" loading="lazy">
然后我们创建一个简单的控制台项目，用于输出斐波那契数列和执行耗时，代码如下所示 (这并不性能最优的实现，只是这样子实现简单)：
<pre><code class="language-cs">using System.Diagnostics;

namespace PublishDotNetToWASM;

public static class Program
{
public static void Main()
{
 // warm
 ulong sum = 0;
 foreach (var i in Fibonacci().Take(1000))
 {
 sum += i;
 }

 // run
 sum = 0;
 var sw = Stopwatch.StartNew();
 foreach (var i in Fibonacci().Take(100000))
 {
 sum += i;
 }
 sw.Stop();
 Console.WriteLine($"Result:{sum}, Timespan:{sw.ElapsedTicks} Ticks");
}

private static IEnumerable<ulong> Fibonacci()
{
 ulong current = 1, next = 1;

 while (true)
 {
 yield return current;
 next = current + (current = next);
 }
}
}
</code></pre>
接下来为了将.NET程序发布成WASM，我们需要安装<code>Wasi.Sdk</code>预览包，这个预览包是<code>Steve Sanderson</code>大佬做的支持，可以将.NET程序编译为WASM，截止至目前版本信息如下所示：
<pre><code class="language-xml"><PackageReference Include="Wasi.Sdk" Version="0.1.2-preview.10061" />
</code></pre>
运行<code>dotnet publish -c Release</code>命令，将我们的应用程序发布为WASM格式，在发布过程中，需要下载<code>MinGW</code>作为编译器，网络环境不好的同学，需要使用proxy，稍微等待一会就顺利的发布成功了： 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8WASI%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109093936517.png" alt="" loading="lazy">
<h2 id="运行wasm程序">运行WASM程序</h2>
此时我们可以安装一下<code>Wasmtime</code>来执行我们的程序，通过<code>https://wasmtime.dev/</code>下载安装： 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8WASI%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109094423544.png" alt="" loading="lazy">
然后就可以直接使用<code>wasmtime</code>命令运行我们的程序，我分别使用<code>wasmtime</code>和<code>dotnet</code>运行了我们的程序： 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8WASI%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109095006851.png" alt="" loading="lazy">
可见目前来说WASM的性能还是惨不忍睹的，等一等后续的优化吧。
<h2 id="将net发布到docker-wasi">将.NET发布到Docker WASI</h2>
再来看看我们的Docker，对于Docker支持WASI我感到并不意外，因为Docker的容器化对于直接执行的WASM来说还是比较重，支持它是一个拓宽影响力的好事。具体的执行模型如下所示，对于WASM应用有着不同的执行方式。不再使用<code>runc</code>而是<code>wasmedge</code>。
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8WASI%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221108232749175.png" alt="" loading="lazy"> 
<code>wasmedge</code>也是一个实现了WASI标准的WASM运行时，和上文提到的wasmtime一样。
要实现在Docker上运行WASM程序需要安装Docker的预览版，链接<code>https://docs.docker.com/desktop/wasm/</code>。 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8Docker%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109105327473.png" alt="" loading="lazy">
然后我们整一个Dockerfile，我们直接依赖scratch镜像即可，因为它不需要其它的基础镜像(暂时我没有使用.NET7的多段构建镜像，听大佬说目前貌似有问题)。
<pre><code class="language-dockerfile">FROM scratch
COPY ./bin/Release/net7.0/PublishDotNetToWASM.wasm /PublishDotNetToWASM.wasm
ENTRYPOINT [ "PublishDotNetToWASM.wasm" ]
</code></pre>
再使用下面的命令构建Docker镜像，由于是wasm镜像，所以需要带额外的参数。
<pre><code class="language-sh">docker buildx build --platform wasi/wasm32 -t publishdotnettowasm .
</code></pre>
可以看到打包出来的镜像是非常小的，只有3.68MB。 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8Docker%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109132801243.png" alt="" loading="lazy">
运行的话也很简单，用下方的命令即可，需要指定runtime为<code>io.containerd.wasmedge.v1</code>，另外也需要指定paltform。
<pre><code class="language-shell">docker run --rm --name=publishdotnettowasm --runtime=io.containerd.wasmedge.v1 --platform=wasi/wasm32 publishdotnettowasm
</code></pre>
我把dotnet原生运行、wasmtime运行、docker WASI运行都跑了一下，可以发现目前来说性能是惨不忍睹。 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8Docker%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109133136384.png" alt="" loading="lazy">
<h2 id="总结">总结</h2>
以上就是如何将.NET7程序发布到WASM，然后在Docker最新的WASI中运行的样例，目前来看基本的运行都已经OK，不过正如前面提到的，现在性能还是太受影响了。
这不仅仅是在.NET平台上，其它语言Rust、C、C++编译为WASM上都有明显的性能下降。 
<img src="https://incerry-blog-imgs.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image-%e8%af%95%e8%af%95%e5%b0%86dotNet7%e7%bc%96%e8%af%91%e4%b8%baWASM%e5%b9%b6%e5%9c%a8Docker%e4%b8%8a%e8%bf%90%e8%a1%8c-221109142651992.png" alt="" loading="lazy">
思来想去可能在一些插件化和不需要性能很好的场景WASI会比较用。不过这些都需要时间慢慢见证，毕竟存在即合理，像JS这样的语言不一样好好的？
我们可以拭目以待，看看WASM/WASI会不会给我们带来其它惊喜，期待后续Steve Sanderson大佬和WASM社区的相关优化。
<h2 id="源码链接">源码链接</h2>
https://github.com/InCerryGit/PublishDotNetToWASM
<h2 id="参考文献">参考文献</h2>
https://www.docker.com/blog/docker-wasm-technical-preview/ 
https://www.zhihu.com/question/304577684/answer/1961085507 
https://arghya.xyz/articles/webassembly-wasm-wasi/ 
https://laurentkempe.com/2022/10/31/experimenting-with-dotnet-7-wasm-and-wasi-on-docker/ 
来源：https://www.cnblogs.com/InCerry/p/PublishDotNetToWASM.html

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