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Bazel의 병렬 평가 및 성과 증분 모델

데이터 모델

데이터 모델은 다음 항목으로 구성됩니다.

  • SkyValue. 노드라고도 합니다. SkyValues는 빌드 과정에서 빌드된 모든 데이터와 빌드의 입력을 포함하는 변경할 수 없는 객체입니다. 예를 들어 입력 파일, 출력 파일, 대상, 구성된 대상입니다.
  • SkyKey. SkyValue를 참조하기 위한 변경할 수 없는 짧은 이름입니다(예: FILECONTENTS:/tmp/foo 또는 PACKAGE://foo).
  • SkyFunction. 키와 종속 노드를 기반으로 노드를 빌드합니다.
  • 노드 그래프 노드 간 종속 항목 관계가 포함된 데이터 구조입니다.
  • Skyframe. 증분 평가 프레임워크 Bazel의 코드명이 기반합니다.

평가

빌드는 빌드 요청을 나타내는 노드를 평가하는 과정으로 구성됩니다 (이것이 우리가 추구하는 상태이지만, 그 과정에서 많은 레거시 코드가 있습니다). 먼저 SkyFunction를 찾아 최상위 SkyKey의 키로 호출합니다. 그런 다음 함수는 최상위 노드를 평가하는 데 필요한 노드의 평가를 요청합니다. 그러면 리프 노드 (일반적으로 파일 시스템의 입력 파일을 나타내는 노드)에 도달할 때까지 다른 함수가 호출됩니다. 마지막으로 최상위 SkyValue의 값, 몇 가지 부작용(예: 파일 시스템의 출력 파일), 빌드에 관련된 노드 간 종속 항목의 방향성 비순환 그래프(DAG)를 얻게 됩니다.

SkyFunction는 작업을 실행해야 하는 모든 노드를 미리 알려줄 수 없는 경우 여러 패스로 SkyKeys를 요청할 수 있습니다. 간단한 예는 심볼릭 링크로 판명된 입력 파일 노드를 평가하는 것입니다. 이 함수는 파일을 읽으려고 시도하고, 파일이 심볼릭 링크임을 깨닫고 심볼릭 링크 대상을 나타내는 파일 시스템 노드를 가져옵니다. 하지만 그 자체가 심볼릭 링크일 수 있으며, 이 경우 원래 함수가 타겟을 가져와야 합니다.

함수는 코드에서 SkyFunction 인터페이스로 표현되고 서비스에 제공되는 서비스는 SkyFunction.Environment라는 인터페이스로 표현됩니다. 함수로 할 수 있는 작업은 다음과 같습니다.

  • env.getValue 호출을 통해 다른 노드의 평가를 요청합니다. 노드를 사용할 수 있으면 값이 반환됩니다. 그렇지 않으면 null가 반환되며 함수 자체는 null를 반환해야 합니다. 후자의 경우 종속 노드가 평가된 후 원래 노드 빌더가 다시 호출되지만 이번에는 동일한 env.getValue 호출이 null가 아닌 값을 반환합니다.
  • env.getValues()를 호출하여 다른 여러 노드의 평가를 요청합니다. 종속 노드가 동시에 평가된다는 점을 제외하면 이 방식은 본질적으로 동일합니다.
  • 호출 중에 계산 수행
  • 파일 시스템에 파일 쓰기와 같은 부작용이 발생합니다. 두 개의 다른 기능이 서로의 발을 밟지 않도록 주의해야 합니다. 일반적으로 쓰기 부작용 (데이터가 Bazel에서 바깥쪽으로 흐르는 경우)은 괜찮지만 읽기 부작용 (등록된 종속 항목 없이 데이터가 Bazel로 안쪽으로 흐르는 경우)은 등록되지 않은 종속 항목이므로 잘못된 증분 빌드가 발생할 수 있으므로 허용되지 않습니다.

SkyFunction 구현은 종속 항목을 요청하는 것 이외의 다른 방식으로 (예: 파일 시스템 읽기) 데이터에 액세스해서는 안 됩니다. 이렇게 하면 Bazel이 읽은 파일에 데이터 종속 항목을 등록하지 않아 잘못된 증분 빌드가 발생하기 때문입니다.

함수가 작업을 실행하기에 충분한 데이터를 확보하면 완료를 나타내는 null 이외의 값을 반환해야 합니다.

이 평가 전략은 다음과 같은 여러 이점이 있습니다.

  • 밀폐성. 함수가 다른 노드에 의존하는 방식으로만 입력 데이터를 요청하는 경우 Bazel은 입력 상태가 동일하면 동일한 데이터가 반환되도록 보장할 수 있습니다. 모든 Sky 함수가 확정적인 경우 이는 전체 빌드도 확정적이라는 의미입니다.
  • 정확하고 완벽한 성과 증분. 모든 함수의 모든 입력 데이터가 기록되면 Bazel은 입력 데이터가 변경될 때 무효화되어야 하는 정확한 노드 집합만 무효화할 수 있습니다.
  • 동시 로드 개수. 함수는 종속 항목을 요청하는 방식으로만 서로 상호작용할 수 있으므로 서로 종속되지 않는 함수는 동시에 실행할 수 있으며 Bazel은 순차적으로 실행되는 것과 결과가 동일하도록 보장할 수 있습니다.

성과 증분

함수는 다른 노드에 의존해야만 입력 데이터에 액세스할 수 있으므로 Bazel은 입력 파일에서 출력 파일로의 완전한 데이터 흐름 그래프를 빌드하고, 이 정보를 사용하여 실제로 다시 빌드해야 하는 노드(변경된 입력 파일 집합의 역전이적 클로저)에만 재빌드할 수 있습니다.

특히 상향식 전략과 하향식 전략이라는 두 가지 성과 증분 전략이 있습니다. 어느 것이 가장 적합한지는 종속 항목 그래프의 모양에 따라 달라집니다.

  • 상향식 무효화 중에 그래프가 빌드되고 변경된 입력 세트가 알려진 후 변경된 파일에 전이적으로 종속되는 모든 노드가 무효화됩니다. 이는 동일한 최상위 노드가 다시 빌드될 것이라는 사실을 알고 있는 경우에 가장 적합합니다. 상향식 무효화를 사용하려면 이전 빌드의 모든 입력 파일에서 stat()를 실행하여 변경되었는지 확인해야 합니다. inotify 또는 유사한 메커니즘을 사용하여 변경된 파일에 관해 학습하면 이를 개선할 수 있습니다.

  • 하향식 무효화 중에 최상위 노드의 전이적 클로저가 확인되며 전이적 클로저가 깨끗한 노드만 유지됩니다. 이는 현재 노드 그래프가 크다는 것을 알고 있지만 다음 빌드에서는 작은 하위 집합만 필요합니다. 상향식 무효화는 두 번째 빌드의 작은 그래프를 단순히 걷는 하향식 무효화와 달리 첫 번째 빌드의 큰 그래프를 무효화합니다.

현재 상향식 무효화만 가능합니다.

더 많은 성과 증분을 얻기 위해 변경 프루닝을 사용합니다. 노드가 무효화되었지만 다시 빌드했을 때 새 값이 이전 값과 동일하다는 것이 확인되면 이 노드의 변경으로 인해 무효화된 노드가 '재활'됩니다.

이 기능은 예를 들어 C++ 파일의 주석을 변경하는 경우 유용합니다. 이 파일에서 생성된 .o 파일은 동일하므로 링커를 다시 호출할 필요가 없습니다.

증분 연결 / 컴파일

이 모델의 주요 제한사항은 노드 무효화가 극단적인 문제라는 점입니다. 종속 항목이 변경되면 종속 노드가 변경사항에 따라 이전 노드 값을 변경하는 더 나은 알고리즘이 있더라도 항상 처음부터 다시 빌드됩니다. 다음은 이 방법이 유용한 몇 가지 예입니다.

  • 증분 연결
  • .jar에서 단일 .class 파일이 변경되면 .jar 파일을 처음부터 다시 빌드하는 대신 이론적으로 수정할 수 있습니다.

현재 Bazel이 원칙적인 방식으로 이러한 기능을 지원하지 않는 이유는 (증분 연결에 대한 지원이 어느 정도 있지만 Skyframe 내에서 구현되지 않음) 두 가지입니다. 성능 향상이 제한적일 뿐이고 변형의 결과가 완전히 재빌드된 결과와 동일하고 Google의 가치는 비트별로 반복될 수 있다는 보장이 어려웠기 때문입니다.

지금까지는 비용이 많이 드는 빌드 단계를 분해하고 이러한 방식으로 부분적 재평가를 달성함으로써 항상 우수한 성능을 달성할 수 있었습니다. 즉, 앱의 모든 클래스를 여러 그룹으로 분할하고 개별적으로 덱싱했습니다. 이렇게 하면 그룹의 클래스가 변경되지 않을 경우 덱싱을 다시 실행할 필요가 없습니다.

Bazel 개념에 매핑

다음은 Bazel이 빌드를 실행하는 데 사용하는 SkyFunction 구현의 대략적인 개요입니다.

  • FileStateValue와 같습니다. lstat()의 결과입니다. 기존 파일의 경우 추가 정보를 계산하여 파일의 변경사항을 감지합니다. Skyframe 그래프에서 최하위 노드이며 종속 항목이 없습니다.
  • FileValue를 사용하여 파일 값을 확인할 수 있습니다. 파일의 실제 콘텐츠 또는 확인된 경로를 고려하는 모든 항목에 사용됩니다. 상응하는 FileStateValue 및 해결해야 하는 모든 심볼릭 링크에 따라 다릅니다(예: a/b의 FileValue에는 a의 확인된 경로와 a/b의 확인된 경로가 필요합니다). 파일 시스템 glob(예: srcs=glob(["*/*.java"]))을 평가하는 경우 파일의 콘텐츠가 실제로 필요하지 않기 때문에 FileStateValue 간의 구분이 중요합니다.
  • DirectoryListingValue를 참조하세요. 기본적으로 readdir()의 결과입니다. 디렉터리와 연결된 FileValue에 따라 다릅니다.
  • PackageValue의 인스턴스입니다. BUILD 파일의 파싱된 버전을 나타냅니다. 연결된 BUILD 파일의 FileValue에 종속되며, 패키지의 glob (내부적으로 BUILD 파일의 콘텐츠를 나타내는 데이터 구조)을 확인하는 데 사용되는 DirectoryListingValue에 전이적으로 의존합니다.
  • ConfiguredTargetValue를 사용합니다. 타겟을 분석하는 동안 생성된 작업 세트와 이 타겟에 종속된 구성된 타겟에 제공된 정보의 튜플인 구성된 타겟을 나타냅니다. 상응하는 타겟이 있는 PackageValue, 직접 종속 항목의 ConfiguredTargetValues, 빌드 구성을 나타내는 특수 노드에 따라 다릅니다.
  • ArtifactValue로 표현됩니다. 소스 또는 출력 아티팩트인 빌드의 파일을 나타냅니다 (아티팩트는 파일과 거의 동일하며 빌드 단계를 실제로 실행하는 동안 파일을 참조하는 데 사용됨). 소스 파일의 경우 연결된 노드의 FileValue에 종속되고, 출력 아티팩트의 경우 아티팩트를 생성하는 작업의 ActionExecutionValue에 종속됩니다.
  • ActionExecutionValue로 변경되었습니다. 작업의 실행을 나타냅니다. 입력 파일의 ArtifactValues에 따라 다릅니다. 실행하는 작업은 현재 스카이 키 내에 포함되어 있으며 이는 스카이 키가 작아야 한다는 개념과 상반됩니다. Google은 이 불일치를 해결하기 위해 노력하고 있습니다 (Skyframe에서 실행 단계를 실행하지 않는 경우 ActionExecutionValue 및 ArtifactValue는 사용되지 않음).