一分钟读论文：《我们走了多远——WebAssembly 运行时的全面特征研究》

WebAssembly ⼆进制⽂件依赖 Web 浏览器的 JavaScript 引擎来执⾏，需要独⽴的 WebAssembly 运⾏时才能在⾮ Web 浏览器中运⾏ WebAssembly 代码。美国佐治亚大学的论文《How Far We’ve Come – A Characterization Study of Standalone WebAssembly Runtimes》构建了一个标准的 WABench 的基准套件，对独立的 WebAssembly 运行时进行了全面的表征研究，包含性能、内存开销和架构特征。分析了33 个独⽴ WebAssembly 运⾏时的TOP5，发现这些独立运⾏时在运⾏ WebAssembly ⼆进制⽂件时平均会降低 1.59 到 9.57 倍的性能。

通常有两种执行 WebAssembly 代码的方法：解释型和 JIT（SinglePass, Cranelift, LLVM）。WebAssembly 独立运行时的标准：

• 该运行时是一个独立的 WebAssembly 运行时，支持使用 WASI 编译的 WebAssembly 二进制代码。
• 运行时足够成熟，可以运行广泛的 WebAssembly 应用程序。
• 运行时随着 WebAssembly 和 WASI 的发展而积极开发和维护。

论文研究了符合以上标准的 WebAssembly 独立运行时 TOP5：Wasmtime（Rust，JIT）、WAVM（C/C++，JIT）、Wasmer（Rust，JIT）、Wasm3（C，解释型）、WAMR (C, 解释型)。

论文研究的发现

• 与原生执行相⽐，所有五个独⽴的 WebAssembly 运⾏时在执⾏ WebAssembly ⼆进制⽂件时都会引⼊额外的性能开销。平均性能下降范围从1.59× (Wasmer) 到9.57× (WAMR)。
• 在三个 WebAssembly JIT 编译器中，Cranelift 和 LLVM 对于不同的基准程序集具有最佳性能。与 SinglePass 相⽐，Cranelift 的性能平均提速为1.74× ，⽽ LLVM 的提速为1.43×。
• AOT 编译对 WAVM 的性能（1.73×性能加速）有很⼤影响，⽽对 Wasmtime （1.02×加速）和 Wasmer（1.02×加速）的影响⾮常有限。
• WebAssembly 编译器优化可以为不同的 WebAssembly 运⾏时带来相当⼤的性能改进，性能加速1.44× ‒ 3.57×。
• 运⾏ WebAssembly ⼆进制⽂件时，独⽴ WebAssembly 运⾏时消耗的内存资源是原生执⾏的 1.26x‒ 5.50x。
• WebAssembly 运⾏时不仅执⾏更多的机器指令，即平均为原生执⾏的 2.03x‒ 14.61x，⽽且还表现出⽐原生执⾏更⾼的每周期指令（Instructions per cycle, 即 IPC）值。
• WebAssembly 运⾏时表现出⽐原生执⾏更多的分⽀预测未命中率，范围从1.52× 到 12.64×，但它们的分⽀预测未命中率通常⾮常接近原生执⾏。
• 与原生执⾏相⽐， WebAssembly 运⾏时的平均缓存未命中率为1.39x⾄4.60x，⽽它们的缓存未命中率通常相似。

下表是论文作者研究构建的 WABench 基准套件中包含的基准程序。

References

• WABench 基准套件
• Wasmtime
• Wasmer
• Wasm3 Labs
• WAMR
• WAVM