Node.js 的 wasi 模块提供了一种在 Node.js 环境中使用 WebAssembly System Interface (WASI) 的方式。WASI 是一种标准化的 WebAssembly 模块接口，允许在无操作系统环境（如 WebAssembly 运行时）中运行程序，并提供类似于文件系统、环境变量等基本操作系统功能。

以下是 wasi 模块的详细介绍，包括其属性、方法和使用示例，涵盖文档的主要内容。

1. 引入 wasi 模块

const { WASI } = require('wasi');
const fs = require('fs');
const path = require('path');

2. WASI 类

WASI 类是这个模块的核心，用于与 WASI 实例进行交互。通过创建 WASI 实例，你可以提供配置选项，并为 WebAssembly 模块创建一个环境。

构造函数：new WASI(options)

• options: 一个可选对象，用于配置 WASI 实例。常见的属性包括：
  • args: 传递给 WASI 实例的命令行参数（数组）。
  • env: 提供给 WASI 模块的环境变量（对象）。
  • preopens: 文件系统路径的映射（对象），允许 WASI 访问特定的主机文件系统目录。
  • returnOnExit: 如果设置为 true，wasi.start() 调用会在程序退出时返回，而不是让 Node.js 进程退出。
  • stderr, stdin, stdout: 用于输入/输出流的自定义文件描述符。

示例：

const wasi = new WASI({
  args: process.argv,
  env: process.env,
  preopens: {
    '/sandbox': './sandbox'
  }
});

在此示例中，preopens 将主机的 ./sandbox 目录映射到 WASI 实例中的 /sandbox。

3. wasi.start(instance)

wasi.start() 方法用于启动一个 WebAssembly 实例。它接受一个已编译的 WebAssembly 实例，并在这个实例上运行。

• instance: WebAssembly 实例，由 WebAssembly 模块生成。

示例：

const { WASI } = require('wasi');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const wasi = new WASI();

const wasmPath = path.join(__dirname, 'example.wasm');
const wasmBytes = fs.readFileSync(wasmPath);

(async () => {
  const wasmModule = await WebAssembly.compile(wasmBytes);
  const instance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule, {
    wasi_snapshot_preview1: wasi.wasiImport
  });

  wasi.start(instance);
})();

wasi.start() 启动 WebAssembly 实例并运行导出的 _start 函数（如果存在）。这是 WebAssembly 程序的入口点。

4. wasi.initialize(instance)

与 wasi.start() 类似，wasi.initialize() 仅初始化 WebAssembly 实例的 WASI 环境，而不执行它。这对一些只需初始化而不立即执行的 WebAssembly 模块很有用。

• instance: WebAssembly 实例。

示例：

const { WASI } = require('wasi');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const wasi = new WASI();

const wasmPath = path.join(__dirname, 'example.wasm');
const wasmBytes = fs.readFileSync(wasmPath);

(async () => {
  const wasmModule = await WebAssembly.compile(wasmBytes);
  const instance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule, {
    wasi_snapshot_preview1: wasi.wasiImport
  });

  wasi.initialize(instance);
})();

5. wasi.wasiImport 属性

wasi.wasiImport 是 WASI 模块导入到 WebAssembly 实例中的对象。这个对象包含了与 WASI 相关的所有功能，例如与文件系统、时间、随机数生成等操作相关的 API。

你在创建 WebAssembly 实例时，需要将 wasi.wasiImport 作为导入提供给 WebAssembly 实例。

示例：

const { WASI } = require('wasi');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const wasi = new WASI();

const wasmPath = path.join(__dirname, 'example.wasm');
const wasmBytes = fs.readFileSync(wasmPath);

(async () => {
  const wasmModule = await WebAssembly.compile(wasmBytes);
  const instance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule, {
    wasi_snapshot_preview1: wasi.wasiImport  // 这里引入 wasiImport
  });

  wasi.start(instance);
})();

在这个例子中，我们将 wasi.wasiImport 作为 wasi_snapshot_preview1 模块的导入，传递给 WebAssembly 实例。

6. 文件系统的预打开 (Preopen) 机制

WASI 允许通过 preopens 选项将主机文件系统的一部分公开给 WebAssembly 实例。这种机制允许 WebAssembly 代码在被限制的文件系统内进行文件操作。

在 WASI 中，你需要映射文件系统路径来打开文件或目录。映射的路径只能是 wasi 模块配置中 preopens 中定义的目录。

示例：

const wasi = new WASI({
  preopens: {
    '/sandbox': './sandbox'  // 将主机文件系统的 ./sandbox 目录映射到 WASI 实例中的 /sandbox
  }
});

在 WASI 中，WebAssembly 代码可以访问 /sandbox 目录中的文件，并进行读写操作。

7. 使用环境变量

env 选项允许你为 WASI 模块提供环境变量。这些变量可以在 WebAssembly 代码中访问。

示例：

const wasi = new WASI({
  env: {
    'MY_VARIABLE': 'some_value'
  }
});

console.log(process.env.MY_VARIABLE);  // 输出: some_value

8. 自定义输入/输出流

WASI 模块通常需要使用标准输入 (stdin)、标准输出 (stdout) 和标准错误 (stderr) 流进行输入和输出。你可以在 WASI 实例中通过 stdin, stdout 和 stderr 选项自定义这些流。

示例：

const wasi = new WASI({
  stdin: process.stdin,
  stdout: process.stdout,
  stderr: process.stderr
});

你可以将这些流重新定向到文件或其他 Node.js 流对象，以控制 WebAssembly 实例的 I/O 操作。

9. WASI 返回码

当 WASI 程序执行结束时，wasi.start() 返回的 WASI 退出码指示程序的执行结果。你可以根据退出码判断程序的成功或失败。

• 0: 成功。
• 其他值: 错误码。

示例：

try {
  wasi.start(instance);
} catch (e) {
  console.error(`WASI 程序退出码: ${e}`);
}

10. 错误处理

当 WASI 实例的执行中发生错误时，可以捕获并处理这些错误。例如，如果 WebAssembly 模块访问了它不允许的文件系统路径或发生了其他异常，则会抛出错误。

示例：

try {
  wasi.start(instance);
} catch (error) {
  console.error('WASI Error:', error);
}

总结

Node.js 的 wasi 模块提供了一个强大的机制，可以在 Node.js 中运行 WebAssembly 程序，并利用标准的 WebAssembly System Interface (WASI)。通过 WASI 类、wasiImport、文件系统预打开机制、自定义 I/O 流和环境变量，开发者可以轻松地在 Node.js 环境中执行 WebAssembly 代码，并与底层的文件系统和输入输出进行交互。