WebAssembly并发场景下C/C++修改栈指针实现线程安全栈隔离

问题背景 #

可重入C++函数编译为Wasm后，使用导入的共享内存时存在线程安全问题：函数运行使用的栈被分配在共享线性内存的硬编码固定位置，多个WebWorker上的同模块实例并行执行时会出现栈数据互相覆盖的竞争问题。

前置约束 #

• 不引入wasi-libc、emscripten这类过重的依赖
• 自行承担WebAssembly多线程特性尚未完全成熟带来的崩溃、数据竞争风险
• 核心目标为每个线程实例分配非重叠的独立栈，解决栈竞争导致的线程安全问题

直接修改栈指针的报错问题 #

尝试通过C侧声明extern unsigned char __stack_pointer;直接修改栈指针时，wasm-ld会抛出符号类型不匹配错误：

wasm-ld内部将__stack_pointer定义为WASM_SYMBOL_TYPE_GLOBAL类型，而C侧声明生成的目标文件中该符号被定义为WASM_SYMBOL_TYPE_DATA类型，无法完成链接。

最终解决方案 #

通过新增Wasm汇编文件定义栈指针修改函数的方式解决符号类型不匹配问题：

1. 新增stack_helper.wat汇编文件，内容如下：

(module
  (import "env" "__stack_pointer" (global $stack_ptr (mut i32)))
  (func (export "init_stack") (param i32)
    local.get 0
    global.set $stack_ptr
  )
)

2. 将该汇编文件和你的C/C++业务代码一同编译、链接为最终的Wasm模块

使用步骤 #

• 为每个WebWorker预分配一块不与其他线程重叠的内存段作为独立栈，栈大小可根据业务场景自行调整
• 实例化Wasm模块后，优先调用导出的init_stack方法，传入分配的栈内存的高地址（适配Wasm栈向下增长的特性）
• 后续执行C++可重入函数时，所有栈操作都会落在当前实例的独立栈区间内，不会出现多线程栈数据竞争问题

内容的提问来源于stack exchange，提问作者spaghetti