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[译]安全的WebAssembly内存操作

2018-03-27
xlaoyu
web

作者:Lin Clark
译者:xlaoyu
英文原文:Memory in WebAssembly (and why it’s safer than you think)

转载请注明出处,保留原文链接以及作者信息


这是 WebAssembly 使用系列介绍的第二篇文章:

  1. 使用JavaScript创建WebAssembly模块实例
  2. 安全的WebAssembly内存操作
  3. WebAssembly的导入类型 table 到底是什么?

Memory(内存,内存都以内存称呼)在 WebAssembly 中的使用和在 JavaScript 中稍有不同。在 WebAssembly 里,我们可以直接访问原始字节,这可能会让一些人感到担忧,但它实际上比你想象的更安全。

什么是内存对象?

当一个WebAssembly模块被实例化时,它需要一个内存对象。我们可以创建一个新 WebAssembly.Memory 对象并将其传入。或者如果我们没传,那么引擎将创建一个内存对象并自动将其附加到该实例上。

所有 JS 引擎都会在内部创建一个ArrayBuffer。ArrayBuffer 是 JS 引用的 JavaScript 对象,JS 替我们为它分配内存。我们告诉它需要多少内存,它会创建我们需要大小的 ArrayBuffer 对象。

arraybuffer

数组的索引可以看作是内存地址。如果以后我们需要更多的内存空间,可以执行一种叫做 增长 的操作来扩大数组。

使用 JavaScript 的对象 ArrayBuffer 来操控 WebAssembly 的内存,达成了两个目的:

  1. 使在 JS 和 WebAssembly 之间互相传递数据更简单
  2. 有助于内存管理的安全性

在 JS 和 WebAssembly 之间传递数据

因为 ArrayBuffer 也只是一个 JavaScript 对象,这意味着 JavaScript 有足够的能力可以去操作内存里的字节。基于这种方式,WebAssembly 和 JavaScript 可以共享内存并来回传递值。

它们使用数组下标去定位内存块,而不是使用内存地址。

例如,WebAssembly 可以把一个字符串放进内存里。首先把字符串编码为字节。。

encode

然后把字节放进数组中。

put-array

然后它会将第一个索引(整数)返回给 JavaScript,所以 JavaScript 可以将字节取出来并使用它们。

return-index

目前为止,大多数 JavaScript 引擎都无法直接使用字节来工作,所以我们需要在 JS 这边使用某些方法把字节转化为有用的数据类型,比如字符串。

在某些浏览器中,我们可以使用 TextDecoderTextEncoder API。或者我们可以像 Emscripten 那样在代码中加入辅助函数,帮助我们完成这件事情。

use-bytes

以上是使用 JS 对象操作 WebAssembly 内存的第一个优点:可以直接通过内存互相传递数据

让内存访问更安全

使用 JavaScript 对象处理 WebAssembly 内存的另外一个好处就是:安全性。通过帮助防止浏览器级内存泄漏并提供内存隔离,它使事情更安全。

内存泄漏

当我们自己手动管理内存时,随时可能忘记清除它。这可能会导致系统内存不足最终内存溢出。

我们想象一下,如果一个 WebAssembly 模块实例可以直接访问内存,并且在该实例执行完成退出上下文时忘记释放该内存,那么将会导致内存泄露。但是现在由于内存对象是一个 JavaScript 对象,它的存在将由垃圾回收器追踪着(尽管并没有控制内容)。这意味着当 WebAssembly 模块实例离开执行上下文时,整个内存数组将会被回收掉。

gc

内存隔离

当人们得知 WebAssembly 模块可以直接访问内存时,这可能会让我们有点紧张。我们可能会以为 WebAssembly 模块可以定位和访问到它们本该不能访问的内存,但事实并非如此。

ArrayBuffer 对象边界会提供一个限制,这是 WebAssembly 模块能直接接触到的内存边界。

boundary

WebAssembly 可以直接获取该数组内部的字节,但它不能看到超出此数组边界的任何内容。

例如,内存中的任何其他JS对象(如全局window)都不能被 WebAssembly 访问。这对安全性非常重要。

无论何时在 WebAssembly 中进行读取或写操作时,引擎都会执行数组边界检查以确保地址位于 WebAssembly 实例的内存中。

如果代码尝试访问超出界限的地址,则引擎将引发异常,这保护了其余的内存。


下篇文章,我们一起来看看什么是 WebAssembly 的 table 对象。


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