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아티팩트 기반 빌드 시스템

이 페이지에서는 아티팩트 기반 빌드 시스템과 그 생성의 이면에 있는 철학을 설명합니다. Bazel은 아티팩트 기반 빌드 시스템입니다. 작업 기반 빌드 시스템은 빌드 스크립트보다 상위에는 적합하지만, 개별 엔지니어가 작업을 직접 정의하도록 함으로써 개별 엔지니어에게 과도한 권한을 부여합니다.

아티팩트 기반 빌드 시스템에는 시스템에서 정의한 소수의 작업이 있어 엔지니어가 제한된 방식으로 구성할 수 있습니다. 엔지니어는 빌드해야 할 내용을 시스템에 알려주지만, 빌드할 방법은 빌드 시스템에서 결정합니다. 작업 기반 빌드 시스템과 마찬가지로 Bazel과 같은 아티팩트 기반 빌드 시스템에는 여전히 빌드 파일이 있지만 이러한 빌드 파일의 콘텐츠는 매우 다릅니다. Bazel의 빌드 파일은 출력 생성 방법을 설명하는 Turing-complete 스크립트 언어의 명령형 명령어 집합이 아니라 빌드할 아티팩트 집합, 종속 항목, 빌드 방식에 영향을 주는 제한된 옵션 집합을 설명하는 선언적 매니페스트입니다. 엔지니어는 명령줄에서 bazel를 실행할 때 빌드할 대상 집합 (내용)을 지정하고 Bazel은 컴파일 단계 (방법)의 구성, 실행, 예약을 담당합니다. 이제 빌드 시스템이 언제 어떤 도구를 실행할지 완전히 제어할 수 있기 때문에 훨씬 더 효율적이면서도 정확성을 보장할 수 있습니다.

기능적 관점

아티팩트 기반 빌드 시스템과 기능 프로그래밍을 비유하기가 쉽습니다. 기존 명령형 프로그래밍 언어 (예: Java, C, Python)는 프로그래머가 일련의 실행 단계를 정의할 수 있는 것과 동일한 방식으로, 작업 기반 빌드 시스템에서 실행할 문 목록을 차례로 지정합니다. 반면 기능 프로그래밍 언어 (예: Haskell, ML)는 일련의 수학 방정식처럼 구조화됩니다. 함수 언어에서 프로그래머가 실행할 계산을 설명하지만 계산이 실행되는 시점과 정확히 방법에 관한 세부정보는 컴파일러에 남겨둡니다.

이는 아티팩트 기반 빌드 시스템에 매니페스트를 선언하고 시스템에서 빌드 실행 방법을 파악하도록 하는 개념에 매핑됩니다. 함수 프로그래밍을 사용하여 쉽게 표현할 수 없는 문제도 많지만, 그 이점을 크게 누리는 것이 있습니다. 언어에서 이러한 프로그램을 쉽게 병렬화하고 명령형 언어에서는 불가능한 정확성을 확실하게 보장할 수 있는 경우가 많습니다. 함수 프로그래밍을 사용하여 가장 쉽게 표현할 수 있는 문제는 일련의 규칙이나 함수를 사용하여 하나의 데이터를 다른 데이터로 변환하는 것입니다. 이것이 바로 빌드 시스템입니다. 전체 시스템이 사실상 소스 파일 (및 컴파일러와 같은 도구)을 입력으로 취하고 바이너리를 출력으로 생성하는 수학적 함수입니다. 따라서 함수 프로그래밍 원칙을 기반으로 빌드 시스템의 기반을 구축하는 것이 놀라운 일은 아닙니다.

아티팩트 기반 빌드 시스템 이해

Google의 빌드 시스템인 Blaze는 최초의 아티팩트 기반 빌드 시스템입니다. Bazel은 Blaze의 오픈소스 버전입니다.

Bazel에서 빌드 파일 (일반적으로 BUILD)은 다음과 같습니다.

java_binary(
    name = "MyBinary",
    srcs = ["MyBinary.java"],
    deps = [
        ":mylib",
    ],
)
java_library(
    name = "mylib",
    srcs = ["MyLibrary.java", "MyHelper.java"],
    visibility = ["//java/com/example/myproduct:__subpackages__"],
    deps = [
        "//java/com/example/common",
        "//java/com/example/myproduct/otherlib",
    ],
)

Bazel에서 BUILD 파일은 대상을 정의합니다. 여기서 두 가지 대상 유형은 java_binary와 java_library입니다. 모든 타겟은 시스템에서 만들 수 있는 아티팩트에 해당합니다. 바이너리 타겟은 직접 실행할 수 있는 바이너리를 생성하고 라이브러리 타겟은 바이너리 또는 다른 라이브러리에서 사용할 수 있는 라이브러리를 생성합니다. 모든 대상에는 다음이 포함됩니다.

name: 명령줄 및 다른 대상에서 타겟을 참조하는 방법
srcs: 타겟의 아티팩트를 만들기 위해 컴파일할 소스 파일입니다.
deps: 이 대상보다 먼저 빌드되어 연결되어야 하는 다른 대상

종속 항목은 동일한 패키지 내에 있거나 (예: :mylib에 관한 MyBinary의 종속 항목) 동일한 소스 계층의 다른 패키지(예: mylib의 //java/com/example/common 종속 항목)에 있을 수 있습니다.

작업 기반 빌드 시스템과 마찬가지로 Bazel의 명령줄 도구를 사용하여 빌드를 수행합니다. MyBinary 타겟을 빌드하려면 bazel build :MyBinary를 실행합니다. 클린 저장소에서 이 명령어를 처음 입력한 후 Bazel은

작업공간의 모든 BUILD 파일을 파싱하여 아티팩트 간의 종속 항목 그래프를 만듭니다.
그래프를 사용하여 MyBinary의 전이 종속 항목, 즉 MyBinary가 종속된 모든 대상과 이러한 대상이 종속되는 모든 대상을 재귀적으로 확인합니다.
이러한 각 종속 항목을 순서대로 빌드합니다. Bazel은 다른 종속 항목이 없는 각 대상을 빌드하는 것으로 시작하고 각 대상에 대해 여전히 빌드해야 하는 종속 항목을 추적합니다. 대상의 모든 종속 항목이 빌드되자마자 Bazel이 대상의 빌드를 시작합니다. 이 프로세스는 MyBinary의 전이 종속 항목이 모두 빌드될 때까지 계속됩니다.
MyBinary를 빌드하여 3단계에서 빌드된 모든 종속 항목을 연결하는 최종 실행 바이너리를 생성합니다.

기본적으로 여기서 발생하는 상황은 작업 기반 빌드 시스템을 사용할 때 발생한 것과 크게 다르다고 생각되지 않을 수 있습니다. 실제로 최종 결과는 동일한 바이너리이며, 이를 생성하는 프로세스에는 여러 단계를 분석하여 그 사이의 종속 항목을 찾은 다음 이러한 단계를 순서대로 실행하는 것이 포함됩니다. 그러나 결정적인 차이점이 있습니다. 첫 번째 내용은 3단계에서 나타납니다. Bazel은 각 대상이 Java 라이브러리만 생성한다는 사실을 알고 있기 때문에 임의의 사용자 정의 스크립트가 아닌 Java 컴파일러를 실행하기만 하면 된다는 것을 알고 있으므로 이러한 단계를 병렬로 실행하는 것이 안전하다는 것을 압니다. 이렇게 하면 멀티코어 머신에서 한 번에 하나씩 대상을 빌드하는 것에 비해 훨씬 큰 성능 개선이 발생할 수 있습니다. 이는 빌드 시스템에서 자체 실행 전략을 담당하여 동시 로드를 더욱 강력하게 보장할 수 있도록 하기 때문에 가능한 일입니다.

하지만 동시 로드 이상의 이점이 있습니다. 개발자가 아무것도 변경하지 않고 bazel build :MyBinary를 두 번 입력하면 Bazel이 1초 이내에 종료되고 대상이 최신 상태라는 메시지가 표시됩니다. 이는 앞서 설명한 함수 프로그래밍 패러다임 때문일 수 있습니다. Bazel은 각 대상이 자바 컴파일러를 실행한 결과일 뿐이라는 것을 알고 있으며, 입력이 변경되지 않는 한 출력을 재사용할 수 있는 한 자바 컴파일러의 출력이 입력에만 의존한다는 사실을 알고 있습니다. 또한 이 분석은 모든 수준에서 작동합니다. MyBinary.java가 변경되면 Bazel은 MyBinary를 다시 빌드하지만 mylib를 재사용할 수 있습니다. //java/com/example/common의 소스 파일이 변경되면 Bazel은 라이브러리 mylib 및 MyBinary를 다시 빌드하지만 //java/com/example/myproduct/otherlib를 재사용해야 한다는 사실을 인지하고 있습니다. Bazel은 모든 단계에서 실행되는 도구의 속성을 알고 있기 때문에 오래된 빌드를 생성하지 않도록 보장하는 동시에 최소한의 아티팩트 집합만 다시 빌드할 수 있습니다.

작업이 아닌 아티팩트 측면에서 빌드 프로세스를 재구성하는 것은 미묘하지만 강력합니다. 프로그래머에게 노출되는 유연성을 줄임으로써 빌드 시스템은 빌드의 모든 단계에서 어떤 작업이 실행되는지 더 잘 파악할 수 있습니다. 이 지식을 활용하여 빌드 프로세스를 병렬화하고 출력을 재사용하여 빌드를 훨씬 더 효율적으로 만들 수 있습니다. 하지만 이는 첫 번째 단계일 뿐이며, 이러한 병렬 처리 및 재사용의 기본 요소는 분산된 고도의 확장성을 갖춘 빌드 시스템의 기반이 됩니다.

다른 멋진 Bazel 묘기

아티팩트 기반 빌드 시스템은 작업 기반 빌드 시스템에 내재된 병렬 처리 및 재사용 문제를 근본적으로 해결합니다. 그러나 이전에 언급되었지만 아직 해결되지 않은 몇 가지 문제가 있습니다. Bazel은 이 문제를 해결하는 영리한 방법을 가지고 있으므로 계속 진행하기 전에 이에 대해 논의해야 합니다.

종속 항목으로 사용되는 도구

이전에 발생한 문제 중 하나는 빌드가 머신에 설치된 도구에 의존하며 도구 버전이나 위치가 다르기 때문에 시스템 간에 빌드를 재현하기가 어려울 수 있다는 것입니다. 프로젝트에서 빌드하거나 컴파일되는 플랫폼에 따라 다른 도구가 필요한 언어 (예: Windows 또는 Linux)를 사용하고 각 플랫폼에서 동일한 작업을 실행하기 위해 약간 다른 도구 세트가 필요한 경우 문제가 더욱 어려워집니다.

Bazel은 도구를 각 대상에 대한 종속 항목으로 취급하여 이 문제의 첫 번째 부분을 해결합니다. 작업공간의 모든 java_library는 암시적으로 자바 컴파일러에 종속되며, 자바 컴파일러는 기본적으로 잘 알려진 컴파일러로 설정됩니다. Bazel은 java_library를 빌드할 때마다 지정된 컴파일러를 알려진 위치에서 사용할 수 있는지 확인합니다. 다른 종속 항목과 마찬가지로 자바 컴파일러가 변경되면 자바 컴파일러에 종속된 모든 아티팩트가 다시 빌드됩니다.

Bazel은 빌드 구성을 설정하여 문제의 두 번째 부분인 플랫폼 독립성을 해결합니다. 타겟은 도구에 직접 의존하는 대신 구성 유형에 따라 달라집니다.

호스트 구성: 빌드 중에 실행되는 빌드 도구
타겟 구성: 최종적으로 요청한 바이너리 빌드

빌드 시스템 확장

Bazel은 몇 가지 널리 사용되는 프로그래밍 언어용 타겟을 즉시 사용할 수 있지만 엔지니어는 항상 더 많은 작업을 원합니다. 작업 기반 시스템의 이점 중 하나는 모든 종류의 빌드 프로세스를 지원할 수 있는 유연성입니다. 따라서 아티팩트 기반 빌드 시스템에는 이를 포기하지 않는 것이 좋습니다. 다행히 Bazel은 커스텀 규칙을 추가하여 지원되는 대상 유형을 확장할 수 있도록 허용합니다.

Bazel에서 규칙을 정의하기 위해 규칙 작성자는 규칙에 필요한 입력 (BUILD 파일에 전달된 속성 형식)과 규칙이 생성하는 고정된 출력 집합을 선언합니다. 작성자는 해당 규칙에 의해 생성될 작업도 정의합니다. 각 작업은 입력과 출력을 선언하고, 특정 실행 파일을 실행하거나, 특정 문자열을 파일에 쓰고, 입력 및 출력을 통해 다른 작업에 연결할 수 있습니다. 즉, 작업은 빌드 시스템에서 가장 낮은 수준의 구성 가능한 단위입니다. 작업은 선언된 입력과 출력만 사용하는 한 원하는 모든 작업을 할 수 있으며 Bazel이 작업 예약과 결과를 적절하게 캐시합니다.

작업 개발자가 작업의 일부로 비결정적 프로세스를 도입하는 등의 작업을 멈추지 못하게 할 방법이 없다는 점을 고려하면 이 시스템은 완벽하지 않습니다. 하지만 실제로는 자주 발생하지 않으며 악용 가능성을 작업 수준까지 낮추면 오류 발생 가능성이 크게 줄어듭니다. 여러 공통 언어와 도구를 지원하는 규칙이 온라인에서 광범위하게 제공되고 있으며 대부분의 프로젝트에서는 자체 규칙을 정의할 필요가 없습니다. 규칙을 사용하는 경우에도 규칙 정의는 저장소의 한 중앙 위치에서만 정의하면 되므로 대부분의 엔지니어가 구현에 대해 걱정할 필요 없이 이러한 규칙을 사용할 수 있습니다.

환경 격리

작업은 다른 시스템의 작업과 동일한 문제를 겪을 수 있는 것처럼 보입니다. 둘 다 동일한 파일에 쓰면서 서로 충돌하는 작업을 쓰는 것이 가능하지 않은가요? 실제로 Bazel은 샌드박스를 사용하여 이러한 충돌을 불가능하게 만듭니다. 지원되는 시스템에서는 모든 작업이 파일 시스템 샌드박스를 통해 다른 모든 작업과 격리됩니다. 실질적으로 각 작업은 선언된 입력과 생성된 출력을 포함하는 파일 시스템의 제한된 뷰만 볼 수 있습니다. 이는 Docker의 이면에 있는 것과 동일한 기술인 Linux의 LXC와 같은 시스템에서 적용됩니다. 즉, 선언하지 않은 파일을 읽을 수 없기 때문에 작업이 서로 충돌할 수 없으며, 작성했지만 선언하지 않은 파일은 작업이 완료되면 삭제됩니다. 또한 Bazel은 샌드박스를 사용하여 작업이 네트워크를 통해 통신할 수 없도록 제한합니다.

외부 종속 항목을 확정적 만들기

한 가지 문제가 남아 있습니다. 빌드 시스템은 종속 항목을 직접 빌드하는 대신 외부 소스에서 종속 항목 (도구 또는 라이브러리)을 다운로드해야 하는 경우가 많습니다. 다음 예에서는 Maven에서 JAR 파일을 다운로드하는 @com_google_common_guava_guava//jar 종속 항목을 통해 확인할 수 있습니다.

현재 작업공간 외부의 파일을 사용하는 것은 위험합니다. 이러한 파일은 언제든지 변경될 수 있으므로 빌드 시스템에서 최신 버전인지 지속적으로 확인해야 합니다. 작업공간 소스 코드에서 상응하는 변경 없이 원격 파일이 변경되면 재현 불가능한 빌드로 이어질 수도 있습니다. 빌드가 하루는 작동하고, 예기치 않은 종속 항목 변경으로 인해 뚜렷한 이유 없이 다음 빌드가 실패할 수 있습니다. 마지막으로 외부 종속 항목이 서드 파티를 소유할 때 엄청난 보안 위험을 일으킬 수 있습니다. 공격자가 서드 파티 서버에 침투하면 종속 항목 파일을 자체 설계로 대체하여 빌드 환경과 그 출력을 완전히 제어할 수 있습니다.

근본적인 문제는 빌드 시스템이 이러한 파일을 소스 제어에 체크인하지 않고도 인식하도록 해야 한다는 것입니다. 종속 항목 업데이트는 의도된 선택이어야 하지만 개별 엔지니어가 관리하거나 시스템에서 자동으로 관리하기보다는 중앙에서 한 번만 선택해야 합니다. 이는 'Live at Head' 모델에서도 여전히 빌드가 확정적이어야 하기 때문입니다. 즉, 지난주의 커밋을 체크아웃하면 종속 항목이 지금처럼 표시되지 않고 그 상태 그대로 표시됩니다.

Bazel 및 일부 빌드 시스템은 작업공간의 모든 외부 종속 항목의 암호화 해시를 나열하는 작업공간 전체 매니페스트 파일을 요구하여 이 문제를 해결합니다. 해시는 전체 파일을 소스 제어에 확인하지 않고 파일을 고유하게 나타내는 간결한 방법입니다. 작업공간에서 새로운 외부 종속 항목이 참조될 때마다 종속 항목의 해시가 수동 또는 자동으로 매니페스트에 추가됩니다. Bazel은 빌드를 실행할 때 캐시된 종속 항목의 실제 해시를 매니페스트에 정의된 예상 해시와 비교하여 해시가 다른 경우에만 파일을 다시 다운로드합니다.

다운로드하는 아티팩트에 매니페스트에 선언된 것과 다른 해시가 있는 경우 매니페스트의 해시가 업데이트되지 않으면 빌드가 실패합니다. 이 작업은 자동으로 실행되지만, 빌드가 새 종속 항목을 허용하기 전에 변경사항을 승인하고 소스 제어에 체크인해야 합니다. 즉, 종속 항목이 업데이트된 시점에 관한 기록이 항상 있으며 외부 종속 항목은 해당하는 작업공간 소스를 변경하지 않고는 변경할 수 없습니다. 또한 이전 버전의 소스 코드를 체크아웃할 때 빌드는 해당 버전이 체크인되었을 때 사용 중이던 종속 항목을 사용하도록 보장됩니다. 그러지 않으면 종속 항목을 더 이상 사용할 수 없으면 실패합니다.

물론 원격 서버를 사용할 수 없게 되거나 손상된 데이터를 제공하기 시작하면 여전히 문제가 될 수 있습니다. 이 경우 사용할 수 있는 종속 항목의 다른 사본이 없으면 모든 빌드가 실패하기 시작할 수 있습니다. 이 문제를 방지하려면 중요한 프로젝트에서 신뢰하고 제어하는 서버 또는 서비스에 모든 종속 항목을 미러링하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 체크인된 해시가 보안을 보장하더라도 빌드 시스템의 가용성을 항상 서드 파티에 맡길 수 있습니다.