เมื่อคุณมีโค้ดเบสขนาดใหญ่ การพึ่งพากันเป็นห่วงโซ่อาจซับซ้อนมาก แม้แต่ไบนารีอย่างง่ายก็อาจต้องพึ่งพาเป้าหมายการบิลด์นับหมื่นรายการ ในระดับนี้ การบิลด์ให้เสร็จสมบูรณ์ในเวลาที่สมเหตุสมผลในเครื่องเดียวเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ ระบบการบิลด์ใดๆ ก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ที่กำหนดไว้ในฮาร์ดแวร์ของเครื่องได้ วิธีเดียวที่จะทำให้การบิลด์นี้ใช้งานได้คือระบบการบิลด์ที่รองรับการบิลด์แบบกระจาย ซึ่งระบบจะกระจายหน่วยงานที่ทำโดยระบบไปยังเครื่องจำนวนเท่าใดก็ได้ที่ปรับขนาดได้ สมมติว่าเราแบ่งงานของระบบออกเป็นหน่วยที่เล็กพอ (จะอธิบายเพิ่มเติมในภายหลัง) วิธีนี้จะช่วยให้เราบิลด์ขนาดใดก็ได้ให้เสร็จสมบูรณ์ได้เร็วเท่าที่เราต้องการจ่าย ความสามารถในการปรับขนาดนี้คือเป้าหมายที่เราพยายามทำให้สำเร็จด้วยการกำหนดระบบการบิลด์ตามอาร์ติแฟกต์
การแคชระยะไกล
การบิลด์แบบกระจายประเภทที่ง่ายที่สุดคือการบิลด์ที่ใช้ประโยชน์จาก ระยะไกล การแคชเท่านั้น ซึ่งแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 การบิลด์แบบกระจายที่แสดงการแคชระยะไกล
ทุกระบบที่ทำการบิลด์ รวมถึงทั้งเวิร์กสเตชันของนักพัฒนาแอปและระบบการผสานรวมอย่างต่อเนื่อง จะแชร์การอ้างอิงไปยังบริการแคชระยะไกลทั่วไป บริการนี้อาจเป็นระบบจัดเก็บข้อมูลระยะสั้นที่รวดเร็วและในเครื่อง เช่น Redis หรือบริการคลาวด์ เช่น Google Cloud Storage เมื่อใดก็ตามที่ผู้ใช้ต้องการบิลด์อาร์ติแฟกต์ ไม่ว่าจะโดยตรงหรือเป็นทรัพยากร Dependency ระบบจะตรวจสอบกับแคชระยะไกลก่อนเพื่อดูว่าอาร์ติแฟกต์นั้นมีอยู่แล้วหรือไม่ หากมี ระบบจะดาวน์โหลดอาร์ติแฟกต์แทนการบิลด์ หากไม่มี ระบบจะบิลด์อาร์ติแฟกต์เองและอัปโหลดผลลัพธ์กลับไปยังแคช ซึ่งหมายความว่าทรัพยากร Dependency ระดับต่ำที่ไม่เปลี่ยนแปลงบ่อยนักสามารถบิลด์ได้เพียงครั้งเดียวและแชร์กับผู้ใช้คนอื่นๆ แทนที่จะให้ผู้ใช้แต่ละคนบิลด์ใหม่ ที่ Google อาร์ติแฟกต์จำนวนมากจะให้บริการจากแคชแทนการบิลด์ใหม่ทั้งหมด ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการเรียกใช้ระบบการบิลด์ของเราได้อย่างมาก
ระบบการแคชระยะไกลจะทำงานได้ก็ต่อเมื่อระบบการบิลด์รับประกันว่าการบิลด์จะทำซ้ำได้ทั้งหมด นั่นคือ สำหรับเป้าหมายการบิลด์ใดๆ จะต้องสามารถกำหนดชุดอินพุตของเป้าหมายนั้นได้ เพื่อให้ชุดอินพุตเดียวกันสร้างเอาต์พุตที่เหมือนกันทุกประการในเครื่องใดก็ได้ นี่เป็นวิธีเดียวที่จะรับประกันได้ว่าผลลัพธ์ของการดาวน์โหลดอาร์ติแฟกต์จะเหมือนกับผลลัพธ์ของการบิลด์ด้วยตนเอง โปรดทราบว่าวิธีนี้กำหนดให้ต้องใช้คีย์อาร์ติแฟกต์แต่ละรายการในแคชทั้งเป้าหมายและแฮชของอินพุต เพื่อให้วิศวกรคนอื่นๆ สามารถทำการแก้ไขเป้าหมายเดียวกันได้พร้อมกัน และแคชระยะไกลจะจัดเก็บอาร์ติแฟกต์ที่เป็นผลลัพธ์ทั้งหมดและให้บริการอย่างเหมาะสมโดยไม่มีข้อขัดแย้ง
แน่นอนว่าการดาวน์โหลดอาร์ติแฟกต์ต้องเร็วกว่าการบิลด์เพื่อให้แคชระยะไกลมีประโยชน์ ซึ่งอาจไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเซิร์ฟเวอร์แคชอยู่ไกลจากเครื่องที่ทำการบิลด์ Google ได้ปรับแต่งเครือข่ายและระบบการบิลด์อย่างละเอียดเพื่อให้แชร์ผลการบิลด์ได้อย่างรวดเร็ว
การดำเนินการระยะไกล
การแคชระยะไกลไม่ใช่การบิลด์แบบกระจายที่แท้จริง หากแคชสูญหายหรือคุณทำการเปลี่ยนแปลงระดับต่ำที่ต้องบิลด์ใหม่ทั้งหมด คุณยังคงต้องทำการบิลด์ทั้งหมดในเครื่องของคุณ เป้าหมายที่แท้จริงคือการรองรับการดำเนินการระยะไกล ซึ่งสามารถกระจายงานจริงของการบิลด์ไปยังเวิร์กเกอร์จำนวนเท่าใดก็ได้ รูปที่ 2 แสดงระบบการดำเนินการระยะไกล
รูปที่ 2 ระบบการดำเนินการระยะไกล
เครื่องมือการบิลด์ที่ทำงานในเครื่องของผู้ใช้แต่ละคน (ซึ่งผู้ใช้อาจเป็นวิศวกรหรือระบบการบิลด์อัตโนมัติ) จะส่งคำขอไปยังมาสเตอร์การบิลด์ส่วนกลาง มาสเตอร์การบิลด์จะแบ่งคำขอออกเป็นการดำเนินการที่เป็นส่วนประกอบและกำหนดเวลาการดำเนินการเหล่านั้นในพูลเวิร์กเกอร์ที่ปรับขนาดได้ เวิร์กเกอร์แต่ละคนจะดำเนินการตามที่ขอโดยใช้ข้อมูลที่ผู้ใช้ระบุและเขียนอาร์ติแฟกต์ที่เป็นผลลัพธ์ อาร์ติแฟกต์เหล่านี้จะแชร์กับเครื่องอื่นๆ ที่ดำเนินการซึ่งต้องใช้อาร์ติแฟกต์เหล่านี้จนกว่าจะสร้างเอาต์พุตสุดท้ายและส่งไปยังผู้ใช้ได้
ส่วนที่ซับซ้อนที่สุดในการติดตั้งใช้งานระบบดังกล่าวคือการจัดการการสื่อสารระหว่างเวิร์กเกอร์ มาสเตอร์ และเครื่องในเครื่องของผู้ใช้ เวิร์กเกอร์อาจต้องพึ่งพาอาร์ติแฟกต์ระดับกลางที่สร้างโดยเวิร์กเกอร์คนอื่นๆ และต้องส่งเอาต์พุตสุดท้ายกลับไปยังเครื่องในเครื่องของผู้ใช้ เราสามารถทำได้โดยสร้างขึ้นจากแคชแบบกระจายที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ โดยให้เวิร์กเกอร์แต่ละคนเขียนผลลัพธ์ลงในแคชและอ่านทรัพยากร Dependency จากแคช มาสเตอร์จะบล็อกไม่ให้เวิร์กเกอร์ดำเนินการต่อจนกว่าทุกอย่างที่เวิร์กเกอร์ต้องพึ่งพาจะเสร็จสิ้น ในกรณีนี้ เวิร์กเกอร์จะอ่านอินพุตจากแคชได้ นอกจากนี้ ระบบยังแคชผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายด้วยเพื่อให้เครื่องในเครื่องดาวน์โหลดได้ โปรดทราบว่าเรายังต้องมีวิธีแยกต่างหากในการส่งออกการเปลี่ยนแปลงในเครื่องในแผนผังแหล่งที่มาของผู้ใช้เพื่อให้เวิร์กเกอร์ใช้การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นก่อนการบิลด์ได้
ระบบการบิลด์ตามอาร์ติแฟกต์ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ทั้งหมดต้องทำงานร่วมกันเพื่อให้การบิลด์นี้ใช้งานได้ สภาพแวดล้อมการบิลด์ต้องอธิบายตัวเองได้อย่างสมบูรณ์เพื่อให้เราสามารถเปิดใช้งานเวิร์กเกอร์ได้โดยไม่ต้องมีคนเข้ามาเกี่ยวข้อง กระบวนการบิลด์เองก็ต้องมีทุกอย่างครบถ้วนในตัวเอง เนื่องจากแต่ละขั้นตอนอาจดำเนินการในเครื่องที่ต่างกัน เอาต์พุตต้องกำหนดได้ทั้งหมดเพื่อให้เวิร์กเกอร์แต่ละคนเชื่อมั่นในผลลัพธ์ที่ได้รับจากเวิร์กเกอร์คนอื่นๆ ระบบที่อิงตามงานจะให้การรับประกันดังกล่าวได้ยากมาก ซึ่งทำให้การสร้างระบบการดำเนินการระยะไกลที่เชื่อถือได้บนระบบดังกล่าวเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้
การบิลด์แบบกระจายที่ Google
ตั้งแต่ปี 2008 Google ใช้ระบบการบิลด์แบบกระจายที่ใช้ทั้งการแคชระยะไกลและการดำเนินการระยะไกล ซึ่งแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 ระบบการบิลด์แบบกระจายของ Google
แคชระยะไกลของ Google เรียกว่า ObjFS แคชนี้ประกอบด้วยแบ็กเอนด์ที่จัดเก็บเอาต์พุตการบิลด์ใน Bigtable ที่กระจายอยู่ทั่วทั้งกลุ่มเครื่องที่ใช้งานจริง และ objfsd ซึ่งเป็นเดมอน FUSE ฟรอนต์เอนด์ที่ทำงานในเครื่องของนักพัฒนาแอปแต่ละคน เดมอน FUSE ช่วยให้วิศวกรเรียกดูเอาต์พุตการบิลด์ได้ราวกับว่าเอาต์พุตเหล่านั้นเป็นไฟล์ปกติที่จัดเก็บไว้ในเวิร์กสเตชัน แต่จะดาวน์โหลดเนื้อหาไฟล์ตามความต้องการเฉพาะไฟล์ที่ผู้ใช้ขอโดยตรงเท่านั้น การให้บริการเนื้อหาไฟล์ตามความต้องการช่วยลดการใช้เครือข่ายและดิสก์ได้อย่างมาก และระบบสามารถบิลด์ได้เร็วขึ้น 2 เท่าเมื่อเทียบกับตอนที่เราจัดเก็บเอาต์พุตการบิลด์ทั้งหมดไว้ในดิสก์ในเครื่องของนักพัฒนาแอป
ระบบการดำเนินการระยะไกลของ Google เรียกว่า Forge ไคลเอ็นต์ Forge ใน Blaze (เทียบเท่าภายในของ Bazel) ที่เรียกว่า Distributor จะส่งคำขอสำหรับการดำเนินการแต่ละรายการไปยังงานที่ทำงานในศูนย์ข้อมูลของเราที่เรียกว่า Scheduler Scheduler จะดูแลแคชผลการดำเนินการ ซึ่งช่วยให้ส่งการตอบกลับได้ทันทีหากผู้ใช้คนอื่นๆ ในระบบสร้างการดำเนินการนั้นไว้แล้ว หากยังไม่มี ระบบจะวางการดำเนินการลงในคิว พูลงาน Executor ขนาดใหญ่จะอ่านการดำเนินการจากคิวนี้อย่างต่อเนื่อง ดำเนินการ และจัดเก็บผลลัพธ์ลงใน Bigtable ของ ObjFS โดยตรง ผู้ปฏิบัติงานจะใช้ผลลัพธ์เหล่านี้สำหรับการดำเนินการในอนาคต หรือผู้ใช้ปลายทางจะดาวน์โหลดผ่าน objfsd ก็ได้
ผลลัพธ์สุดท้ายคือระบบที่ปรับขนาดเพื่อรองรับการบิลด์ทั้งหมดที่ดำเนินการที่ Google ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และขนาดของการบิลด์ของ Google ก็ใหญ่มากจริงๆ โดย Google จะเรียกใช้การบิลด์นับล้านรายการที่ดำเนินการทดสอบนับล้านกรณีและสร้างเอาต์พุตการบิลด์ขนาดเพตะไบต์จากโค้ดแหล่งที่มานับพันล้านบรรทัดทุกวัน ระบบดังกล่าวไม่เพียงแต่ช่วยให้วิศวกรของเราบิลด์โค้ดเบสที่ซับซ้อนได้อย่างรวดเร็วเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เราติดตั้งใช้งานเครื่องมือและระบบอัตโนมัติจำนวนมากที่ต้องพึ่งพาการบิลด์ของเราได้ด้วย