Wasmi引擎内存优化：减少函数编译产物的内存占用

在WebAssembly运行时环境中，内存效率一直是性能优化的关键点之一。本文深入分析wasmi引擎中函数编译产物的内存使用情况，并提出有效的优化方案，显著降低了引擎运行时的内存消耗。

问题背景

wasmi引擎在编译WebAssembly模块时，会将所有函数的编译产物存储在内存中。对于采用延迟编译策略的情况，引擎还需要保存每个函数进行延迟编译所需的全部信息。当前实现中存在两个主要的内存使用问题：

1. 未编译函数实体(UncompiledFuncEntity) 存储了冗余信息，包括重复的函数索引和庞大的WasmFeatures结构
2. 已编译函数实体(CompiledFunctionEntity) 使用Box<[T]>存储指令和常量，导致额外内存开销

优化方案详解

未编译函数实体的优化

原始实现中，UncompiledFuncEntity存储了完整的FuncToValidate结构，其中包含多个冗余字段：

struct UncompiledFuncEntity {
    func_to_validate: FuncToValidate<...>  // 包含冗余func_idx和WasmFeatures
}

优化后的结构消除了这些冗余：

struct UncompiledFuncEntity {
    func_index: u32,                     // 单独存储函数索引
    bytes: SmallByteSlice,               // 优化后的字节切片存储
    module: ModuleHeader,                // 共享模块头信息
    validate: Option<ValidatorResources> // 精简后的验证资源
}

关键优化点包括：

1. 将函数索引从FuncToValidate中提取出来单独存储
2. 将WasmFeatures提升到CodeMap级别共享，避免每个函数重复存储
3. 使用自定义的SmallByteSlice优化小字节序列的存储

已编译函数实体的优化

原始实现使用Box<[T]>存储指令和常量：

struct CompiledFunctionEntity {
    instrs: Box<[Instruction]>,
    consts: Box<[Const16]>,
}

优化方案改为使用原始指针配合长度信息：

struct CompiledFunctionEntity {
    instrs_ptr: *const Instruction,
    instrs_len: u16,
    consts_ptr: *const Const16,
    consts_len: u16,
}

这种改变不仅减少了结构体大小，还使len_cells方法的执行更加高效。

内存优化效果

经过上述优化，内存使用情况得到显著改善：

1. UncompiledFuncEntity大小从88字节降至48字节
2. InternalFuncEntity大小从88字节降至48字节
3. 每处理1000个函数可节省约40KB内存

对于函数数量庞大的WebAssembly模块，这种优化将带来可观的内存节省，特别是在对抗恶意构造的包含大量空函数的Wasm模块时，能有效缓解内存压力。

技术实现细节

优化过程中需要特别注意：

1. 内存安全：使用原始指针时需要确保引用的数据生命周期足够长
2. 对齐考虑：结构体字段重新排列以最小化填充字节
3. 兼容性：保持与现有wasmparser版本的兼容性

SmallByteSlice的实现采用了智能的small buffer优化技术，对小尺寸数据直接内联存储，对大尺寸数据才使用堆分配，这种技术在字符串处理等场景中已被证明能有效提升性能。

总结

通过对wasmi引擎内部数据结构的精细优化，我们显著降低了函数编译产物的内存占用。这种优化对于资源受限的环境尤为重要，能够使wasmi引擎在处理大型WebAssembly模块时更加高效稳定。未来还可以考虑进一步优化SmallByteSlice的实现，通过unsafe技术减少其内存占用，但需要在安全性和性能之间做出合理权衡。