Bingkai

Model evaluasi paralel dan inkrementalitas Bazel.

Model data

Model data terdiri dari item berikut:

• SkyValue. Juga disebut node. SkyValues adalah objek yang tidak dapat diubah yang berisi semua data yang dibuat selama proses build dan input build. Contohnya adalah: file input, file output, target, dan target yang dikonfigurasi.
• SkyKey. Nama singkat yang tidak dapat diubah untuk mereferensikan SkyValue, misalnya, FILECONTENTS:/tmp/foo atau PACKAGE://foo.
• SkyFunction. Membuat node berdasarkan kunci dan node dependennya.
• 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 mewakili permintaan build (ini adalah status yang kami usahakan, tetapi ada banyak kode lama yang menghalangi). Pertama, SkyFunction ditemukan dan dipanggil dengan kunci SkyKey tingkat atas. Fungsi ini kemudian meminta evaluasi node yang diperlukan untuk mengevaluasi node tingkat atas, yang pada gilirannya menghasilkan pemanggilan fungsi lain, dan seterusnya, hingga node daun tercapai (yang biasanya merupakan node yang mewakili file input dalam sistem file). Terakhir, kita akan mendapatkan nilai SkyValue tingkat atas, beberapa efek samping (seperti file output dalam sistem file), dan grafik asiklik terarah dari dependensi antar-node yang terlibat dalam build.

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

Fungsi direpresentasikan dalam kode oleh antarmuka SkyFunction dan layanan yang diberikan kepadanya oleh antarmuka yang disebut SkyFunction.Environment. Berikut adalah hal-hal yang dapat dilakukan fungsi:

• Meminta 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 pembuat node asli dipanggil lagi, tetapi kali ini panggilan env.getValue yang sama akan menampilkan nilai non-null.
• Meminta evaluasi beberapa node lain dengan memanggil env.getValues(). Pada dasarnya, hal ini sama, kecuali node dependen dievaluasi secara paralel.
• Melakukan komputasi selama pemanggilan
• Memiliki efek samping, misalnya, menulis file ke sistem file. Kita 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 masalah, 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 tersebut akan menyebabkan Bazel tidak mendaftarkan dependensi data pada file yang dibaca, sehingga menghasilkan build inkremental yang salah.

Setelah memiliki cukup data untuk melakukan tugasnya, fungsi harus 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 input sama, data yang sama akan ditampilkan. Jika semua fungsi sky bersifat deterministik, artinya seluruh build juga akan bersifat deterministik.
• Inkrementalitas yang benar dan sempurna. Jika semua data input dari semua fungsi direkam, 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 aliran data lengkap dari file input ke file output, dan menggunakan informasi ini untuk hanya membangun kembali node yang benar-benar perlu dibangun kembali: penutupan transitif terbalik dari kumpulan file input yang diubah.

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

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

• Selama pembatalan validasi top-down, penutupan transitif node tingkat atas akan diperiksa dan hanya node yang penutupan transitifnya bersih yang akan dipertahankan. Hal ini lebih baik jika kita tahu bahwa grafik node saat ini berukuran besar, tetapi kita hanya memerlukan subset kecilnya dalam build berikutnya: pembatalan validasi bottom-up akan membatalkan validasi grafik yang lebih besar dari build pertama, tidak seperti pembatalan validasi top-down, yang hanya menelusuri grafik kecil dari build kedua.

Saat ini, kami hanya melakukan pembatalan validasi bottom-up.

Untuk mendapatkan inkrementalitas lebih lanjut, kami menggunakan pemangkasan perubahan: jika node dibatalkan validasinya, tetapi saat dibangun kembali, ditemukan 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 pembatalan validasi node merupakan urusan yang tidak dapat diubah: saat dependensi berubah, node dependen selalu dibangun kembali dari awal, meskipun ada algoritma yang lebih baik yang akan mengubah nilai lama node berdasarkan perubahan. Beberapa contoh kasus yang akan berguna:

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

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

Hingga saat ini, kita selalu dapat mencapai performa yang cukup baik dengan hanya 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 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 dari lstat(). Untuk file yang 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 memperhatikan konten sebenarnya dan/atau jalur file yang di-resolve. Bergantung pada FileStateValue yang sesuai dan symlink apa pun yang perlu di-resolve (seperti FileValue untuk a/b memerlukan jalur a yang di-resolve dan jalur a/b yang di-resolve). Perbedaan antara FileStateValue penting karena dalam beberapa kasus (misalnya, mengevaluasi glob sistem file (seperti srcs=glob(["*/*.java"])) konten file sebenarnya tidak diperlukan.
• DirectoryListingValue. Pada dasarnya, hasil dari readdir(). Bergantung pada FileValue terkait yang terkait dengan direktori.
• PackageValue. Mewakili versi file BUILD yang diuraikan. Bergantung pada FileValue dari file BUILD terkait, dan juga secara transitif pada DirectoryListingValue apa pun yang digunakan untuk me-resolve glob dalam paket (struktur data yang mewakili 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, ConfiguredTargetValues dari dependensi langsung, dan node khusus yang mewakili konfigurasi build.
• ArtifactValue. Mewakili file dalam build, baik artefak sumber maupun output (artefak hampir setara dengan file, dan digunakan untuk merujuk ke file selama eksekusi langkah build yang sebenarnya). Untuk file sumber, file ini bergantung pada FileValue dari node terkait, untuk artefak output, file ini bergantung pada ActionExecutionValue dari tindakan apa pun yang menghasilkan artefak.
• ActionExecutionValue. Mewakili eksekusi tindakan. Bergantung pada ArtifactValues dari file input-nya. Tindakan yang dijalankannya saat ini terdapat dalam kunci sky-nya, yang bertentangan dengan konsep bahwa kunci sky harus kecil. Kami sedang berupaya menyelesaikan perbedaan ini (perhatikan bahwa ActionExecutionValue dan ArtifactValue tidak digunakan jika kita tidak menjalankan fase eksekusi di Skyframe).