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ツールチェーン

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このページでは、ツールチェーンフレームワークについて説明します。これは、ルール作成者がルールロジックをプラットフォームベースのツールの選択から分離する方法です。続行する前に、ルールとプラットフォームのページを読むことをおすすめします。このページでは、ツールチェーンが必要である理由、ツールチェーンの定義と使用方法、Bazel がプラットフォームの制約に基づいて適切なツールチェーンを選択する方法について説明します。

目的

まず、ツールチェーンで解決できる問題を見ていきましょう。「bar」プログラミング言語をサポートするルールを記述しているとします。bar_binary ルールは、barc コンパイラを使用して *.bar ファイルをコンパイルします。このツールは、ワークスペース内の別のターゲットとしてビルドされます。bar_binary ターゲットを記述するユーザーがコンパイラへの依存関係を指定する必要がないため、プライベート属性としてルール定義に追加することで、暗黙的な依存関係にします。

bar_binary = rule(
    implementation = _bar_binary_impl,
    attrs = {
        "srcs": attr.label_list(allow_files = True),
        ...
        "_compiler": attr.label(
            default = "//bar_tools:barc_linux",  # the compiler running on linux
            providers = [BarcInfo],
        ),
    },
)

//bar_tools:barc_linux はすべての bar_binary ターゲットの依存関係になったため、bar_binary ターゲットの前にビルドされます。他の属性と同様に、ルールの実装関数からアクセスできます。

BarcInfo = provider(
    doc = "Information about how to invoke the barc compiler.",
    # In the real world, compiler_path and system_lib might hold File objects,
    # but for simplicity they are strings for this example. arch_flags is a list
    # of strings.
    fields = ["compiler_path", "system_lib", "arch_flags"],
)

def _bar_binary_impl(ctx):
    ...
    info = ctx.attr._compiler[BarcInfo]
    command = "%s -l %s %s" % (
        info.compiler_path,
        info.system_lib,
        " ".join(info.arch_flags),
    )
    ...

ここでの問題は、コンパイラのラベルが bar_binary にハードコードされているにもかかわらず、ビルド対象のプラットフォームとビルド元のプラットフォーム（それぞれターゲットプラットフォームと実行プラットフォーム）に応じて、ターゲットごとに異なるコンパイラが必要になる可能性があることです。また、ルールの作成者は、使用可能なツールとプラットフォームをすべて把握しているとは限らないため、ルールの定義にこれらをハードコードすることはできません。

_compiler 属性を非公開にすることで、負担をユーザーに移すという解決策は、あまり理想的ではありません。その後、個々のターゲットをハードコードして、特定のプラットフォーム用にビルドできます。

bar_binary(
    name = "myprog_on_linux",
    srcs = ["mysrc.bar"],
    compiler = "//bar_tools:barc_linux",
)

bar_binary(
    name = "myprog_on_windows",
    srcs = ["mysrc.bar"],
    compiler = "//bar_tools:barc_windows",
)

このソリューションは、select を使用してプラットフォームに基づいて compiler を選択することで改善できます。

config_setting(
    name = "on_linux",
    constraint_values = [
        "@platforms//os:linux",
    ],
)

config_setting(
    name = "on_windows",
    constraint_values = [
        "@platforms//os:windows",
    ],
)

bar_binary(
    name = "myprog",
    srcs = ["mysrc.bar"],
    compiler = select({
        ":on_linux": "//bar_tools:barc_linux",
        ":on_windows": "//bar_tools:barc_windows",
    }),
)

ただし、これは面倒な作業であり、すべての bar_binary ユーザーに求めるのは少し過剰です。このスタイルがワークスペース全体で一貫して使用されていない場合、単一のプラットフォームでは正常に動作するビルドが、マルチプラットフォームのシナリオに拡張されると失敗します。また、既存のルールやターゲットを変更せずに、新しいプラットフォームとコンパイラのサポートを追加する問題にも対処していません。

ツールチェーンフレームワークは、別のレベルの間接性を追加することで、この問題を解決します。基本的に、ルールにターゲットファミリーの一部のメンバー（ツールチェーンタイプ）に対する抽象的な依存関係があることを宣言します。Bazel は、適用可能なプラットフォームの制約に基づいて、これを特定のターゲット（ツールチェーン）に自動的に解決します。ルールの作成者もターゲットの作成者も、使用可能なプラットフォームとツールチェーンの完全なセットを把握する必要はありません。

ツールチェーンを使用するルールの作成

ツールチェーンフレームワークでは、ルールはツールに直接依存するのではなく、ツールチェーンのタイプに依存します。ツールチェーンタイプは、さまざまなプラットフォームで同じ役割を果たすツールのクラスを表す単純なターゲットです。たとえば、bar コンパイラを表す型を宣言できます。

# By convention, toolchain_type targets are named "toolchain_type" and
# distinguished by their package path. So the full path for this would be
# //bar_tools:toolchain_type.
toolchain_type(name = "toolchain_type")

前のセクションのルール定義は、コンパイラを属性として取り込む代わりに、//bar_tools:toolchain_type ツールチェーンを使用することを宣言するように変更されています。

bar_binary = rule(
    implementation = _bar_binary_impl,
    attrs = {
        "srcs": attr.label_list(allow_files = True),
        ...
        # No `_compiler` attribute anymore.
    },
    toolchains = ["//bar_tools:toolchain_type"],
)

実装関数は、ツールチェーンタイプをキーとして使用し、ctx.attr ではなく ctx.toolchains でこの依存関係にアクセスするようになりました。

def _bar_binary_impl(ctx):
    ...
    info = ctx.toolchains["//bar_tools:toolchain_type"].barcinfo
    # The rest is unchanged.
    command = "%s -l %s %s" % (
        info.compiler_path,
        info.system_lib,
        " ".join(info.arch_flags),
    )
    ...

ctx.toolchains["//bar_tools:toolchain_type"] は、Bazel がツールチェーンの依存関係を解決したターゲットの ToolchainInfo プロバイダを返します。ToolchainInfo オブジェクトのフィールドは、基盤となるツールのルールによって設定されます。次のセクションでは、BarcInfo オブジェクトをラップする barcinfo フィールドがあるようにこのルールを定義します。

ツールチェーンをターゲットに解決する Bazel の手順については、こちらをご覧ください。解決されたツールチェーンターゲットのみが、bar_binary ターゲットの依存関係になります。候補ツールチェーンの空間全体が依存関係になるわけではありません。

必須およびオプションのツールチェーン

デフォルトでは、上記のように、ルールがベアラベルを使用してツールチェーン型の依存関係を表現している場合、ツールチェーンタイプは必須と見なされます。Bazel が必須のツールチェーンタイプに一致するツールチェーン（下記のツールチェーンの解決を参照）を見つけられない場合、エラーとなり、分析が停止します。

代わりに、次のように、ツールチェーンタイプの依存関係を省略可で宣言できます。

bar_binary = rule(
    ...
    toolchains = [
        config_common.toolchain_type("//bar_tools:toolchain_type", mandatory = False),
    ],
)

オプションのツールチェーンタイプを解決できない場合、分析は続行され、ctx.toolchains[""//bar_tools:toolchain_type"] の結果は None になります。

config_common.toolchain_type 関数は、デフォルトで必須になっています。

次のフォームを使用できます。

必須のツールチェーンタイプ:
- toolchains = ["//bar_tools:toolchain_type"]
- toolchains = [config_common.toolchain_type("//bar_tools:toolchain_type")]
- toolchains = [config_common.toolchain_type("//bar_tools:toolchain_type", mandatory = True)]
オプションのツールチェーンタイプ:
- toolchains = [config_common.toolchain_type("//bar_tools:toolchain_type", mandatory = False)]

bar_binary = rule(
    ...
    toolchains = [
        "//foo_tools:toolchain_type",
        config_common.toolchain_type("//bar_tools:toolchain_type", mandatory = False),
    ],
)

同じルール内でフォームを組み合わせることもできます。ただし、同じ toolchain タイプが複数回リストされている場合は、最も厳格なバージョンが使用されます。ここで、必須は省略可よりも厳格です。

ツールチェーンを使用するアスペクトの作成

アスペクトは、ルールと同じ toolchain API にアクセスできます。必要な toolchain タイプを定義し、コンテキストを介して toolchain にアクセスし、toolchain を使用して新しいアクションを生成できます。

bar_aspect = aspect(
    implementation = _bar_aspect_impl,
    attrs = {},
    toolchains = ['//bar_tools:toolchain_type'],
)

def _bar_aspect_impl(target, ctx):
  toolchain = ctx.toolchains['//bar_tools:toolchain_type']
  # Use the toolchain provider like in a rule.
  return []

ツールチェーンの定義

特定のツールチェーンタイプのツールチェーンを定義するには、次の 3 つが必要です。

ツールまたはツールスイートの種類を表す言語固有のルール。規則により、このルールの名前には「_toolchain」という接尾辞が付けられます。
1. 注: \_toolchain ルールではビルドアクションを作成できません。代わりに、他のルールからアーティファクトを収集し、ツールチェーンを使用するルールに転送します。このルールは、すべてのビルドアクションの作成を担当します。
このタイプのルールの複数のターゲット。さまざまなプラットフォームのツールまたはツールスイートのバージョンを表します。
このようなターゲットごとに、ツールチェーンフレームワークで使用されるメタデータを提供する、汎用 toolchain ルールの関連付けられたターゲット。この toolchain ターゲットは、この toolchain に関連付けられた toolchain_type も参照します。つまり、特定の _toolchain ルールは任意の toolchain_type に関連付けることができ、この _toolchain ルールを使用する toolchain インスタンスでのみ、ルールが toolchain_type に関連付けられます。

実行中の例では、bar_toolchain ルールの定義は次のようになります。この例ではコンパイラしかありませんが、リンカーなどの他のツールもその下でグループ化できます。

def _bar_toolchain_impl(ctx):
    toolchain_info = platform_common.ToolchainInfo(
        barcinfo = BarcInfo(
            compiler_path = ctx.attr.compiler_path,
            system_lib = ctx.attr.system_lib,
            arch_flags = ctx.attr.arch_flags,
        ),
    )
    return [toolchain_info]

bar_toolchain = rule(
    implementation = _bar_toolchain_impl,
    attrs = {
        "compiler_path": attr.string(),
        "system_lib": attr.string(),
        "arch_flags": attr.string_list(),
    },
)

ルールは ToolchainInfo プロバイダを返す必要があります。このプロバイダは、コンシューマルールが ctx.toolchains とツールチェーンタイプのラベルを使用して取得するオブジェクトになります。ToolchainInfo は、struct と同様に、任意のフィールド値ペアを保持できます。ToolchainInfo に追加されるフィールドの詳細は、ツールチェーンタイプで明確に記述する必要があります。この例では、値は BarcInfo オブジェクトにラップされて返され、上記で定義したスキーマが再利用されます。このスタイルは、検証とコードの再利用に役立ちます。

特定の barc コンパイラにターゲットを定義できるようになりました。

bar_toolchain(
    name = "barc_linux",
    arch_flags = [
        "--arch=Linux",
        "--debug_everything",
    ],
    compiler_path = "/path/to/barc/on/linux",
    system_lib = "/usr/lib/libbarc.so",
)

bar_toolchain(
    name = "barc_windows",
    arch_flags = [
        "--arch=Windows",
        # Different flags, no debug support on windows.
    ],
    compiler_path = "C:\\path\\on\\windows\\barc.exe",
    system_lib = "C:\\path\\on\\windows\\barclib.dll",
)

最後に、2 つの bar_toolchain ターゲットの toolchain 定義を作成します。これらの定義は、言語固有のターゲットを toolchain タイプにリンクし、特定のプラットフォームに toolchain が適しているかどうかを Bazel に通知する制約情報を提供します。

toolchain(
    name = "barc_linux_toolchain",
    exec_compatible_with = [
        "@platforms//os:linux",
        "@platforms//cpu:x86_64",
    ],
    target_compatible_with = [
        "@platforms//os:linux",
        "@platforms//cpu:x86_64",
    ],
    toolchain = ":barc_linux",
    toolchain_type = ":toolchain_type",
)

toolchain(
    name = "barc_windows_toolchain",
    exec_compatible_with = [
        "@platforms//os:windows",
        "@platforms//cpu:x86_64",
    ],
    target_compatible_with = [
        "@platforms//os:windows",
        "@platforms//cpu:x86_64",
    ],
    toolchain = ":barc_windows",
    toolchain_type = ":toolchain_type",
)

上記の相対パス構文は、これらの定義がすべて同じパッケージにあることを示唆していますが、ツールチェーンタイプ、言語固有のツールチェーンターゲット、toolchain 定義ターゲットをすべて別々のパッケージに配置できない理由はありません。

実際の例については、go_toolchain をご覧ください。

ツールチェーンと構成

ルール作成者にとって重要な質問は、bar_toolchain ターゲットが分析されたときに、どのような構成が検出され、依存関係にどのような遷移を使用すべきかということです。上記の例では文字列属性を使用していますが、Bazel リポジトリ内の他のターゲットに依存するより複雑なツールチェーンの場合はどうなりますか？

bar_toolchain のより複雑なバージョンを見てみましょう。

def _bar_toolchain_impl(ctx):
    # The implementation is mostly the same as above, so skipping.
    pass

bar_toolchain = rule(
    implementation = _bar_toolchain_impl,
    attrs = {
        "compiler": attr.label(
            executable = True,
            mandatory = True,
            cfg = "exec",
        ),
        "system_lib": attr.label(
            mandatory = True,
            cfg = "target",
        ),
        "arch_flags": attr.string_list(),
    },
)

attr.label の使用方法は標準ルールと同じですが、cfg パラメータの意味は少し異なります。

ツールチェーンの解決によるターゲット（「親」）からツールチェーンへの依存関係では、「ツールチェーン遷移」と呼ばれる特別な構成遷移が使用されます。ツールチェーンの移行では、実行プラットフォームがツールチェーンと親の間で強制的に同じになる点を除き、構成は同じままです（そうしないと、ツールチェーンのツールチェーン解決で任意の実行プラットフォームが選択され、必ずしも親と同じとは限りません）。これにより、ツールチェーンの exec 依存関係を親のビルドアクションでも実行できるようになります。cfg = "target" を使用する（または「target」がデフォルトであるため cfg を指定しない場合）ツールチェーンの依存関係は、親と同じターゲットプラットフォーム用にビルドされます。これにより、ツールチェーンルールは、ライブラリ（上記の system_lib 属性）とツール（compiler 属性）の両方を、それらを必要とするビルドルールに提供できます。システムライブラリは最終的なアーティファクトにリンクされるため、同じプラットフォーム用にビルドする必要があります。一方、コンパイラはビルド中に呼び出されるツールであり、実行プラットフォームで実行できる必要があります。

ツールチェーンを使用した登録とビルド

この時点で、すべての構成要素が組み合わされています。あとは、Bazel の解決手順で使用できるようにツールチェーンを作成するだけです。これは、register_toolchains() を使用して WORKSPACE ファイルに toolchain を登録するか、--extra_toolchains フラグを使用してコマンドラインで toolchain のラベルを渡すことで行います。

register_toolchains(
    "//bar_tools:barc_linux_toolchain",
    "//bar_tools:barc_windows_toolchain",
    # Target patterns are also permitted, so you could have also written:
    # "//bar_tools:all",
)

これで、ツールチェーンタイプに依存するターゲットをビルドすると、ターゲットプラットフォームと実行プラットフォームに基づいて適切なツールチェーンが選択されるようになります。

# my_pkg/BUILD

platform(
    name = "my_target_platform",
    constraint_values = [
        "@platforms//os:linux",
    ],
)

bar_binary(
    name = "my_bar_binary",
    ...
)

bazel build //my_pkg:my_bar_binary --platforms=//my_pkg:my_target_platform

Bazel は、//my_pkg:my_bar_binary が @platforms//os:linux を含むプラットフォームでビルドされていることを認識し、//bar_tools:toolchain_type 参照を //bar_tools:barc_linux_toolchain に解決します。これにより、//bar_tools:barc_linux はビルドされますが、//bar_tools:barc_windows はビルドされません。

ツールチェーンの解決

ツールチェーンを使用するターゲットごとに、Bazel のツールチェーン解決プロシージャによって、ターゲットの具体的なツールチェーン依存関係が決定されます。このプロシージャは、必要なツールチェーンタイプのセット、ターゲットプラットフォーム、使用可能な実行プラットフォームのリスト、使用可能なツールチェーンのリストを入力として受け取ります。出力は、ツールチェーンタイプごとに選択されたツールチェーンと、現在のターゲット用に選択された実行プラットフォームです。

使用可能な実行プラットフォームとツールチェーンは、register_execution_platforms と register_toolchains を介して WORKSPACE ファイルから収集されます。追加の実行プラットフォームとツールチェーンは、--extra_execution_platforms と --extra_toolchains を使用してコマンドラインで指定することもできます。ホストプラットフォームは、使用可能な実行プラットフォームとして自動的に追加されます。使用可能なプラットフォームとツールチェーンは、確定性のために順序付きリストとして追跡され、リスト内の前半のアイテムが優先されます。

解決手順は次のとおりです。

target_compatible_with 句または exec_compatible_with 句は、リスト内の constraint_value ごとに、プラットフォームにもその constraint_value が（明示的またはデフォルトとして）含まれている場合、プラットフォームに一致します。

プラットフォームに、句で参照されていない constraint_setting の constraint_value が含まれている場合、それらはマッチングには影響しません。
ビルド中のターゲットで exec_compatible_with 属性が指定されている場合（またはルール定義で exec_compatible_with 引数が指定されている場合）、使用可能な実行プラットフォームのリストはフィルタされ、実行制約に一致しないものが削除されます。
使用可能な実行プラットフォームごとに、各ツールチェーンタイプを、この実行プラットフォームとターゲットプラットフォームと互換性のある最初の利用可能なツールチェーン（存在する場合）に関連付けます。
いずれかのツールチェーンタイプに互換性のある必須ツールチェーンが見つからなかった実行プラットフォームは除外されます。残りのプラットフォームのうち、最初のプラットフォームが現在のターゲットの実行プラットフォームになり、それに関連付けられたツールチェーン（存在する場合）がターゲットの依存関係になります。

選択した実行プラットフォームは、ターゲットが生成するすべてのアクションの実行に使用されます。

同じターゲットを同じビルド内で複数の構成（異なる CPU など）でビルドできる場合は、解決手順がターゲットの各バージョンに個別に適用されます。

ルールで実行グループを使用する場合、各実行グループは個別にツールチェーンの解決を行い、それぞれ独自の実行プラットフォームとツールチェーンを持ちます。

ツールチェーンのデバッグ

既存のルールにツールチェーンのサポートを追加する場合は、--toolchain_resolution_debug=regex フラグを使用します。ツールチェーンの解決中に、正規表現変数に一致するツールチェーンタイプまたはターゲット名の詳細な出力が生成されます。.* を使用すると、すべての情報を出力できます。Bazel は、解決プロセス中にチェックし、スキップするツールチェーンの名前を出力します。

ツールチェーンの解決から取得された cquery 依存関係を確認するには、cquery の --transitions フラグを使用します。

# Find all direct dependencies of //cc:my_cc_lib. This includes explicitly
# declared dependencies, implicit dependencies, and toolchain dependencies.
$ bazel cquery 'deps(//cc:my_cc_lib, 1)'
//cc:my_cc_lib (96d6638)
@bazel_tools//tools/cpp:toolchain (96d6638)
@bazel_tools//tools/def_parser:def_parser (HOST)
//cc:my_cc_dep (96d6638)
@local_config_platform//:host (96d6638)
@bazel_tools//tools/cpp:toolchain_type (96d6638)
//:default_host_platform (96d6638)
@local_config_cc//:cc-compiler-k8 (HOST)
//cc:my_cc_lib.cc (null)
@bazel_tools//tools/cpp:grep-includes (HOST)

# Which of these are from toolchain resolution?
$ bazel cquery 'deps(//cc:my_cc_lib, 1)' --transitions=lite | grep "toolchain dependency"
  [toolchain dependency]#@local_config_cc//:cc-compiler-k8#HostTransition -> b6df211