2025中国研究生操作系统开源创新大赛

研究创新赛道 第6题

赛题题目

WASM运行时引擎在ARMv8 CPU上的移植与性能优化

赛题说明

WASM（WebAssembly）是一种为堆栈式虚拟机设计的二进制指令格式，用于在Web应用、嵌入式场景与物联网场景中实现高效、安全的代码执行。 WASM沙箱引擎是为WASM程序的执行提供运行时支持的软件，它们不仅根据WASM Spec规范来加载、验证和执行WASM程序，还需要根据WASI接口标准实现相应的接口函数，从而为WASM程序提供文件系统、随机数等其它系统资源的访问能力。WASM沙箱引擎分为浏览器引擎与独立运行时引擎两类，本题主要关注后者，即独立运行时引擎。 当前，开源社区中较为知名且正不断发展的WASM独立运行时引擎有WasmEdge、Wasmer、Wasmtime等，它们都支持解释执行（Interpret&Execute）、即时编译（JIT Compile）、超前编译（AOT Compile）等执行WASM字节码的方式，其中即时编译和超前编译可极大地提高WASM运行时引擎执行字节码的性能。但总体而言，WASM应用软件性能与原生应用软件性能间仍存在不容忽视的差距。 本题旨在探索WASM运行时引擎在ARMv8 CPU上的移植与性能优化方案。参赛者应在WasmEdge、Wasmer、Wasmtime三者中选择一个或多个运行时引擎，将其移植到ARMv8 CPU平台，使用诸如但不限于代码块分割方法、字节码JIT/AOT质量、JIT/AOT缓存与自动并行化等一个或多个优化方案。 参赛者的最终目标是将所选WASM运行时引擎移植到ARMv8 CPU平台，并在性能测试集Browser-SPEC上至少取得5%的性能提升，挑战取得15%或更大的性能提升。

赛题要求

• 技术文档要求：参赛者所交付的软件应有配套的详细移植方案与优化方案。若有参考文献或互联网资料，应尽数列出。
• 软件基础要求：参赛者所交付的软件需从WasmEdge、Wasmer、Wasmtime三者中选择至少1个进行移植与优化迭代。
• 运行环境要求：参赛者所交付的软件需能运行在ARMv8 CPU平台上，且运行功能测试与性能测试。其中决赛现场将使用树莓派（Raspberry Pi）4B作为统一的评测硬件环境。
• 功能正确要求：参赛者所交付的软件应完全通过原始软件代码仓库内的功能测试（例如：基于WasmEdge的交付软件应通过WasmEdge仓库内的功能测试）。若有特别情况，应在迁移或优化方案中解释无法通过功能测试缘由。
• 性能提升要求：参赛者所交付的软件在Browser-SPEC上应至少取得5%的性能提升，挑战取得15%或更大的性能提升。

评分标准

• 功能完整性（40分）：
  • 通过所有功能测试样例，每有1个样例不通过，扣5分，扣完为止。
• 性能优化（50分）：
  • 在Browser-SPEC上取得5%以下性能提升（10分）；
  • 在Browser-SPEC上取得5%-15%性能提升（30分）；
  • 在Browser-SPEC上取得15%以上性能提升（50分）。
• 文档质量（10分）：
  • 文档详细清晰，包含安装方式及使用方法（5分）；
  • 文档应充分阐述其创新性（5分）。

赛题联系人

沃天宇 woty@buaa.edu.cn

参考资料

• [1] WasmEdge：https://wasmedge.org/
• [2] Wasmer：https://wasmer.io/
• [3] Wasmtime：https://wasmtime.dev/
• [4] 飞腾D3000 CPU：https://www.phytium.com.cn/homepage/production/15/
• [5] 树莓派：https://www.raspberrypi.com/
• [6] Abhinav Jangda, Bobby Powers, Emery D. Berger, and Arjun Guha. 2019. Not so fast: analyzing the performance of webassembly vs. native code. In Proceedings of the 2019 USENIX Conference on Usenix Annual Technical Conference (USENIX ATC ‘19). USENIX Association, USA, 107–120. https://www.usenix.org/system/files/atc19-jangda.pdf

参赛资源支持：无