Bingkai

Model evaluasi paralel dan inkrementalitas Bazel.

Model data

Model data terdiri dari item berikut:

• SkyValue. Juga disebut node. SkyValues adalah objek immutable yang berisi semua data yang dibuat selama proses build dan input dari build. Contohnya adalah: file input, file output, target, dan target yang dikonfigurasi.
• SkyKey. Nama pendek yang tidak dapat diubah untuk merujuk ke SkyValue, misalnya, FILECONTENTS:/tmp/foo atau PACKAGE://foo.
• SkyFunction. Membangun node berdasarkan kuncinya dan node dependen.
• Grafik node. Struktur data yang berisi hubungan dependensi antar-node.
• Skyframe. Nama kode untuk framework evaluasi inkremental yang menjadi dasar Bazel.

Evaluasi

Build terdiri dari evaluasi node yang merepresentasikan permintaan build (ini adalah status yang kita inginkan, tetapi ada banyak kode lama yang menghalangi). Pertama, SkyFunction-nya ditemukan dan dipanggil dengan kunci SkyKey tingkat teratas. Kemudian, fungsi meminta evaluasi node yang diperlukan untuk mengevaluasi node tingkat teratas, yang pada gilirannya menghasilkan pemanggilan fungsi lain, dan seterusnya, hingga node daun tercapai (yang biasanya merupakan node yang merepresentasikan file input dalam sistem file). Terakhir, kita akan mendapatkan nilai SkyValue tingkat teratas, beberapa efek samping (seperti file output dalam sistem file), dan grafik asiklik terarah dari dependensi antara node yang terlibat dalam build.

SkyFunction dapat meminta SkyKeys dalam beberapa langkah jika tidak dapat mengetahui terlebih dahulu semua node yang diperlukan untuk melakukan tugasnya. Contoh sederhana adalah mengevaluasi node file input yang ternyata merupakan symlink: fungsi mencoba membaca file, menyadari bahwa file tersebut adalah symlink, dan dengan demikian mengambil node sistem file yang merepresentasikan target symlink. Namun, direktori itu sendiri dapat berupa symlink, sehingga fungsi asli juga perlu mengambil targetnya.

Fungsi diwakili dalam kode oleh antarmuka SkyFunction dan layanan yang disediakan untuknya oleh antarmuka yang disebut SkyFunction.Environment. Berikut adalah hal-hal yang dapat dilakukan fungsi:

• Minta evaluasi node lain dengan memanggil env.getValue. Jika node tersedia, nilainya akan ditampilkan. Jika tidak, null akan ditampilkan dan fungsi itu sendiri diharapkan menampilkan null. Dalam kasus terakhir, node dependen dievaluasi, lalu builder node asli dipanggil lagi, tetapi kali ini panggilan env.getValue yang sama akan menampilkan nilai non-null.
• Minta evaluasi beberapa node lain dengan memanggil env.getValues(). Hal ini pada dasarnya sama, kecuali node dependen dievaluasi secara paralel.
• Melakukan komputasi selama pemanggilan
• Memiliki efek samping, misalnya, menulis file ke sistem file. Anda harus berhati-hati agar dua fungsi yang berbeda tidak saling mengganggu. Secara umum, efek samping penulisan (tempat data mengalir keluar dari Bazel) tidak masalah, efek samping pembacaan (tempat data mengalir ke dalam Bazel tanpa dependensi terdaftar) tidak boleh, karena merupakan dependensi yang tidak terdaftar dan dengan demikian, dapat menyebabkan build inkremental yang salah.

Implementasi SkyFunction tidak boleh mengakses data dengan cara lain selain meminta dependensi (seperti dengan membaca sistem file secara langsung), karena hal itu akan menyebabkan Bazel tidak mendaftarkan dependensi data pada file yang dibaca, sehingga menghasilkan build inkremental yang salah.

Setelah memiliki cukup data untuk menjalankan tugasnya, fungsi akan menampilkan nilai non-null yang menunjukkan penyelesaian.

Strategi evaluasi ini memiliki sejumlah manfaat:

• Hermetisitas. Jika fungsi hanya meminta data input dengan bergantung pada node lain, Bazel dapat menjamin bahwa jika status inputnya sama, data yang sama akan ditampilkan. Jika semua fungsi langit bersifat deterministik, berarti seluruh build juga akan bersifat deterministik.
• Kenaikan yang benar dan sempurna. Jika semua data input dari semua fungsi dicatat, Bazel hanya dapat membatalkan validasi kumpulan node yang tepat yang perlu dibatalkan validasinya saat data input berubah.
• Paralelisme. Karena fungsi hanya dapat berinteraksi satu sama lain dengan meminta dependensi, fungsi yang tidak bergantung satu sama lain dapat dijalankan secara paralel dan Bazel dapat menjamin bahwa hasilnya sama seperti jika dijalankan secara berurutan.

Inkrementalitas

Karena fungsi hanya dapat mengakses data input dengan bergantung pada node lain, Bazel dapat membuat grafik alur data lengkap dari file input ke file output, dan menggunakan informasi ini untuk hanya membangun ulang node yang benar-benar perlu dibangun ulang: penutupan transitif terbalik dari set file input yang diubah.

Secara khusus, ada dua kemungkinan strategi inkrementalitas: bottom-up dan top-down. Mana yang optimal bergantung pada tampilan grafik dependensi.

• Selama pembatalan validasi dari bawah ke atas, setelah grafik dibuat dan kumpulan input yang berubah diketahui, semua node yang bergantung secara transitif pada file yang berubah akan dibatalkan validasinya. Hal ini optimal jika kita tahu bahwa node tingkat teratas yang sama akan dibangun lagi. Perhatikan bahwa pembatalan dari bawah ke atas memerlukan eksekusi stat() pada semua file input build sebelumnya untuk menentukan apakah file tersebut telah diubah. Hal ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan inotify atau mekanisme serupa untuk mempelajari file yang diubah.

• Selama pembatalan validasi dari atas ke bawah, penutupan transitif node tingkat teratas diperiksa dan hanya node yang penutupan transitifnya bersih yang dipertahankan. Hal ini lebih baik jika kita tahu bahwa grafik node saat ini berukuran besar, tetapi kita hanya memerlukan sebagian kecilnya dalam build berikutnya: pembatalan validasi dari bawah ke atas akan membatalkan validasi grafik yang lebih besar dari build pertama, tidak seperti pembatalan validasi dari atas ke bawah, yang hanya berjalan di grafik kecil dari build kedua.

Saat ini kami hanya melakukan pembatalan dari bawah ke atas.

Untuk mendapatkan inkrementalitas lebih lanjut, kami menggunakan penghapusan perubahan: jika node dibatalkan validasinya, tetapi setelah dibangun ulang, diketahui bahwa nilai barunya sama dengan nilai lamanya, node yang dibatalkan validasinya karena perubahan pada node ini akan “dibangkitkan”.

Hal ini berguna, misalnya, jika seseorang mengubah komentar dalam file C++: maka file .o yang dihasilkan darinya akan sama, sehingga kita tidak perlu memanggil linker lagi.

Penautan / Kompilasi Inkremental

Batasan utama model ini adalah bahwa pembatalan validasi node adalah urusan yang serba bisa: saat dependensi berubah, node dependen selalu dibangun ulang dari awal, meskipun ada algoritma yang lebih baik yang akan mengubah nilai lama node berdasarkan perubahan. Beberapa contoh penggunaan yang berguna:

• Penautan inkremental
• Saat satu file .class berubah dalam .jar, kita secara teoretis dapat mengubah file .jar, bukan membuatnya dari awal lagi.

Alasan Bazel saat ini tidak mendukung hal-hal ini secara prinsip (kami memiliki beberapa dukungan untuk penautan inkremental, tetapi tidak diimplementasikan dalam Skyframe) adalah karena dua hal: kami hanya memperoleh peningkatan performa yang terbatas dan sulit untuk menjamin bahwa hasil mutasi sama dengan hasil pembangunan ulang yang bersih, dan Google menghargai build yang dapat diulang bit demi bit.

Hingga saat ini, kita selalu dapat mencapai performa yang cukup baik hanya dengan menguraikan langkah build yang mahal dan mencapai evaluasi ulang parsial dengan cara tersebut: langkah ini membagi semua class dalam aplikasi menjadi beberapa grup dan melakukan dexing pada grup tersebut secara terpisah. Dengan cara ini, jika class dalam grup tidak berubah, dexing tidak perlu dilakukan lagi.

Pemetaan ke konsep Bazel

Berikut adalah ringkasan kasar dari beberapa implementasi SkyFunction yang digunakan Bazel untuk melakukan build:

• FileStateValue. Hasil lstat(). Untuk file yang sudah ada, kami juga menghitung informasi tambahan untuk mendeteksi perubahan pada file. Ini adalah node tingkat terendah dalam grafik Skyframe dan tidak memiliki dependensi.
• FileValue. Digunakan oleh apa pun yang peduli dengan konten sebenarnya dan/atau jalur file yang diselesaikan. Bergantung pada FileStateValue yang sesuai dan symlink apa pun yang perlu diselesaikan (seperti FileValue untuk a/b memerlukan jalur yang diselesaikan dari a dan jalur yang diselesaikan dari a/b). Perbedaan antara FileStateValue penting karena dalam beberapa kasus (misalnya, mengevaluasi glob sistem file (seperti srcs=glob(["*/*.java"])), isi file sebenarnya tidak diperlukan.
• DirectoryListingValue. Pada dasarnya, hasil readdir(). Bergantung pada FileValue terkait yang dikaitkan dengan direktori.
• PackageValue. Mewakili versi file BUILD yang diuraikan. Bergantung pada FileValue file BUILD terkait, dan juga secara transitif pada DirectoryListingValue yang digunakan untuk menyelesaikan glob dalam paket (struktur data yang merepresentasikan konten file BUILD secara internal)
• ConfiguredTargetValue. Mewakili target yang dikonfigurasi, yang merupakan tuple dari kumpulan tindakan yang dihasilkan selama analisis target dan informasi yang diberikan ke target yang dikonfigurasi yang bergantung pada target ini. Bergantung pada PackageValue target yang sesuai berada, ConfiguredTargetValues dependensi langsung, dan node khusus yang merepresentasikan konfigurasi build.
• ArtifactValue. Mewakili file dalam build, baik itu artefak sumber atau output (artefak hampir setara dengan file, dan digunakan untuk merujuk ke file selama eksekusi langkah-langkah build yang sebenarnya). Untuk file sumber, hal ini bergantung pada FileValue node terkait, untuk artefak output, hal ini bergantung pada ActionExecutionValue tindakan apa pun yang menghasilkan artefak.
• ActionExecutionValue. Mewakili eksekusi tindakan. Bergantung pada ArtifactValues file inputnya. Tindakan yang dijalankannya saat ini terdapat dalam kunci langitnya, yang bertentangan dengan konsep bahwa kunci langit harus kecil. Kami sedang berupaya menyelesaikan perbedaan ini (perhatikan bahwa ActionExecutionValue dan ArtifactValue tidak digunakan jika kita tidak menjalankan fase eksekusi di Skyframe).