KubernetesのノードとしてWebAssemblyランタイムを用いる「Krustlet」、マイクロソフトが公開

2020年4月14日

Dockerコンテナによって実現された軽量で高速に起動するアプリケーション実行環境は、多数のコンテナから構成される分散アプリケーションの普及を大きく後押ししました。

分散アプリケーションの普及は、さらに軽量かつセキュアなDockerコンテナ実現へのニーズへとつながり、GoogleのgVisorやAmazon Web ServicesのFirecrackerといったセキュアなコンテナランタイムの実装や、同じくAWSによるコンテナに最適化したLinuxベースの軽量OSである「Bottlerocket」などを生み出すことになりました。

しかしいくらLinuxを軽量化したところで、OSであるLinuxの軽量化や機能の簡素化には限界があり、それはコンテナランタイムに対しても同様です。

今回マイクロソフトが発表した「Krustlet」はこの、より軽量かつセキュアにアプリケーションを実行するというニーズに対して、DockerコンテナではなくWebAssemblyを用いるという、新しいアプローチで答えたものです。

「Krustlet」は、Rustで実装されたKubeletかつWebAssemblyランタイム

Krustletとは、Rustで実装されたKubeletであり、かつWebAssemlyランタイムの機能も備えています。名称は「Kubernetes-rust-kubelet」を略したものです。

Krustletは、起動されるとまず自分自身をKubernetesのノードとしてKubernetesに登録します。Krustletは前述のようにRustで実装されたKubeletであるため、Kubeletとしてノード上でPodの生成などの機能を備えています。

そのためKuberenetesのマニフェストファイルによってKubeletとして動作をコントロールし、Azure Container RegistryからWebAssemblyモジュールをロードしてKrustlet上で実行する、といったことが可能だと説明されています。

これはつまり、OS上のサンドボックスとしてDockerコンテナを用い、そのなかでWebAssemblyランタイムを実行するのではなく、OS上のサンドボックスとしてWebAssemblyを用いる、ということです。

これによりDockerコンテナよりもさらに軽量で、しかもOSよりもそもそも実装されている機能が少ないという意味でセキュアなWebAssemblyを、Kubernetesのノードとして利用できるようになるわけです。

ただし、Krustletはまだバージョン0.1.0の段階で、多くの機能が未実装です。実用までにはさらに機能を充実させていく必要があります。ノードとして利用されるWebAssembly側にもまだ進化が必要でしょう。

WebAssemblyはポータブルなバイナリフォーマットへ

WebAssemblyとは、Webブラウザ上でネイティブコードに近い実行速度で高速に実行できるバイナリフォーマットとして開発が始まり、2019年12月にはW3Cの勧告に到達しました。

WebAssemblyがW3Cの勧告に到達。「WebAssembly Core Specification 」「WebAssembly Web API」「WebAssembly JavaScript Interface 」の3つ

と同時に、このWebAssemblyの技術をWebブラウザから取り出し、サーバやデスクトップなどさまざまな場所で実行できるものにしようとする動きも目立ってきました。

その代表が、2019年4月にCDNベンダのFastlyが公開したWebAssemblyのコンパイラとランタイムの「Lucet」です。

WebAssemblyが50マイクロ秒以下で起動する「Lucet」。コンパイラとランタイムをFastlyがオープンソースで公開

そしてLucetの公開と同時に、FastlyやMozilla、Node.jsなどが共同で、WebAssemblyからファイルやネットワーク、メモリなどのリソースへ共通のAPIでアクセスできるようにするための標準仕様「WASI」の策定を開始。

WebAssemblyをWebブラウザ以外の実行環境へ。システムインターフェイスへのアクセスを可能にする「WASI」の策定開始。Mozillaが呼びかけNode.jsらが賛同

WASIが実現するのは、WebAssemblyからファイル操作やメモリ操作、ネットワークへの通信を、LinuxでもWindowsでもmacOSなどのOSに依存せず、共通のWebAssemblyバイナリで可能にするというものです。これによってWebAssemblyバイナリはプロセッサにもOSにも依存しないポータブルなバイナリとなります。

WebAssemblyをポータブルかつセキュアなバイナリとしていこうという動きは、インテルやMoziilaなどが設立したBytoCode Allianceによっても支持されています。