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P2 Segue & ColorGuard: Optimizing SFI Performance and Scalability on Modern Architectures

Segue 与 ColorGuard：在现代架构上优化 SFI 性能与可扩展性
ASPLOS Proceedings of the 30th ACM International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, Volume 12025匹配度 2/10 · 该论文属于编译器插桩、运行时隔离与 WebAssembly 沙箱性能优化，与用户关注的静态分析、LLM/Agent 结合、浮点程序分析或贝叶斯程序分析没有直接关联；仅在 PL/编译器工程与工业部署上有间接邻近。引用 7 inbox
Shravan Narayan, Tal Garfinkel, Evan Johnson, Zachary Yedidia, Yingchen Wang, Andrew Brown, Anjo Vahldiek-Oberwagner, Michael LeMay, Wenyong Huang, Xin Wang, Mingqiu Sun, Dean Tullsen, Deian Stefan
安全与隐私编译与代码生成运行时与内存管理
crossref: 2026-09-12dblp: 2026-09-12

AI 速览

一句话：通过 x86-64 分段和内存标记优化软件故障隔离，提升 WebAssembly 沙箱性能与并发规模。

软件故障隔离（SFI）通过编译器对内存访问插桩实现进程内隔离，是 WebAssembly（Wasm）的关键组成部分，但插桩会带来显著性能开销，并限制大规模并发场景下的可扩展性。本文提出两项优化：Segue 利用 x86-64 分段机制降低内存访问插桩成本；ColorGuard 借助内存标记（如 MPK）提升同一地址空间内可并发运行的 Wasm 实例数量。评估表明，Segue 在 SPEC CPU 2006 的 Wasm 兼容子集上消除了 44.7% 的 Wasm 开销，并将 Firefox 中 Wasm 沙箱化字体渲染的开销降低 75%；ColorGuard 可将并发 Wasm 实例数提升最多 15 倍，改善高规模服务端工作负载的效率。作者还探讨了在 Wasm2c、WAMR 和 Wasmtime 三个生产工具链中部署这些优化所面临的挑战。

问题
SFI 依赖编译器插桩实现进程内隔离，但内存访问插桩开销大，且在大规模并发 Wasm 场景下可扩展性不足。
方法
提出 Segue 使用 x86-64 分段减少内存访问插桩成本，以及 ColorGuard 利用内存标记（如 MPK）在单一地址空间中支持更多并发 Wasm 实例。
评估
在 SPEC CPU 2006 的 Wasm 兼容子集、Firefox 字体渲染及高规模服务端负载上评估性能与并发扩展性，并在 Wasm2c、WAMR 和 Wasmtime 中探索生产部署。
原文摘要（Abstract）

Software-based fault isolation (SFI) enables in-process isolation through compiler instrumentation of memory accesses, and is a critical part of WebAssembly (Wasm). We present two optimizations that improve SFI performance and scalability: Segue uses x86-64 segmentation to reduce the cost of instrumentation on memory accesses, e.g., it eliminates 44.7% of Wasm's overhead on a Wasm-compatible subset of SPEC CPU 2006, and reduces overhead of Wasm-sandboxed font rendering in Firefox by 75%; ColorGuard leverages memory tagging (e.g., MPK), to enable up to a 15× increase in the number of Wasm instances that can run concurrently in a single address space, improving efficiency for high scale server-side workloads. We also explore the challenges of deploying these optimizations in three production toolchains: Wasm2c, WAMR and Wasmtime.

链接与引用

DOI 原文 · PDF（开放获取） · DBLP

BibTeX 
@inproceedings{NarayanG0YWBVLH25,
  title = {Segue & ColorGuard: Optimizing SFI Performance and Scalability on Modern Architectures},
  author = {Shravan Narayan and Tal Garfinkel and Evan Johnson and Zachary Yedidia and Yingchen Wang and Andrew Brown and Anjo Vahldiek-Oberwagner and Michael LeMay and Wenyong Huang and Xin Wang and Mingqiu Sun and Dean Tullsen and Deian Stefan},
  booktitle = {ASPLOS},
  year = {2025},
  doi = {10.1145/3669940.3707249}
}