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Bazel का पैरलल इवैल्युएशन और इंक्रीमेंटैलिटी मॉडल.

डेटा मॉडल

डेटा मॉडल में ये आइटम शामिल होते हैं:

• SkyValue. इन्हें नोड भी कहा जाता है. SkyValues ऐसे ऑब्जेक्ट होते हैं जिन्हें बदला नहीं जा सकता. इनमें बिल्ड के दौरान बनाया गया सारा डेटा और बिल्ड के इनपुट शामिल होते हैं. उदाहरण के लिए: इनपुट फ़ाइलें, आउटपुट फ़ाइलें, टारगेट, और कॉन्फ़िगर किए गए टारगेट.
• SkyKey. यह SkyValue का रेफ़रंस देने के लिए, एक छोटा और ऐसा नाम होता है जिसे बदला नहीं जा सकता. उदाहरण के लिए, FILECONTENTS:/tmp/foo या PACKAGE://foo.
• SkyFunction. यह नोड की कुंजियों और उन पर निर्भर नोड के आधार पर नोड बनाता है.
• नोड ग्राफ़. यह एक डेटा स्ट्रक्चर है, जिसमें नोड के बीच निर्भरता का संबंध होता है.
• Skyframe. यह इंक्रीमेंटल इवैल्युएशन फ़्रेमवर्क का कोड नेम है. Bazel इसी पर आधारित है.

आकलन

बिल्ड के अनुरोध को दिखाने वाले नोड का आकलन करके, बिल्ड किया जाता है.

सबसे पहले, Bazel, टॉप-लेवल SkyKey की कुंजी से जुड़ा SkyFunction ढूंढता है. इसके बाद, फ़ंक्शन उन नोड के आकलन का अनुरोध करता है जिनकी ज़रूरत उसे टॉप-लेवल नोड का आकलन करने के लिए होती है. इससे अन्य SkyFunction कॉल जनरेट होते हैं. यह प्रोसेस तब तक चलती है, जब तक कि लीफ़ नोड तक न पहुंचा जाए. आम तौर पर, लीफ़ नोड वे होते हैं जो फ़ाइल सिस्टम में इनपुट फ़ाइलों को दिखाते हैं. आखिर में, Bazel को टॉप-लेवल SkyValue की वैल्यू, कुछ साइड इफ़ेक्ट (जैसे, फ़ाइल सिस्टम में आउटपुट फ़ाइलें) और बिल्ड में शामिल नोड के बीच निर्भरता का डायरेक्टेड एसाइक्लिक ग्राफ़ मिलता है.

अगर SkyFunction को यह पता नहीं है कि उसे अपना काम करने के लिए किन नोड की ज़रूरत है, तो वह कई बार SkyKeys का अनुरोध कर सकता है. इसका एक आसान उदाहरण, किसी इनपुट फ़ाइल नोड का आकलन करना है, जो सिमलंक साबित होता है: फ़ंक्शन फ़ाइल को पढ़ने की कोशिश करता है, उसे पता चलता है कि यह एक सिमलंक है. इसलिए, वह सिमलंक के टारगेट को दिखाने वाले फ़ाइल सिस्टम नोड को फ़ेच करता है. हालांकि, यह खुद भी एक सिमलंक हो सकता है. ऐसे में, ओरिजनल फ़ंक्शन को भी अपने टारगेट को फ़ेच करना होगा.

कोड में, फ़ंक्शन को इंटरफ़ेस SkyFunction और इसे दी जाने वाली सेवाओं को SkyFunction.Environment नाम के इंटरफ़ेस से दिखाया जाता है. फ़ंक्शन ये काम कर सकते हैं:

• env.getValue को कॉल करके, किसी दूसरे नोड के आकलन का अनुरोध करना. अगर नोड उपलब्ध है, तो उसकी वैल्यू दिखाई जाती है. नहीं तो, null दिखाया जाता है और फ़ंक्शन से भी null दिखाने की उम्मीद की जाती है. दूसरे मामले में, निर्भर नोड का आकलन किया जाता है. इसके बाद, ओरिजनल नोड बिल्डर को फिर से शुरू किया जाता है. हालांकि, इस बार env.getValue कॉल से null के अलावा कोई वैल्यू मिलेगी.
• env.getValues() को कॉल करके, कई अन्य नोड के आकलन का अनुरोध करना. इससे भी वही काम होता है. हालांकि, निर्भर नोड का आकलन एक साथ किया जाता है.
• कॉल किए जाने के दौरान, कंप्यूटेशन करना
• साइड इफ़ेक्ट होना. उदाहरण के लिए, फ़ाइल सिस्टम में फ़ाइलें लिखना. यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि दो अलग-अलग फ़ंक्शन एक-दूसरे के काम में रुकावट न डालें. आम तौर पर, राइट साइड इफ़ेक्ट (जिसमें डेटा, Bazel से बाहर की ओर जाता है) ठीक होते हैं. वहीं, रीड साइड इफ़ेक्ट (जिसमें डेटा, Bazel में बिना किसी रजिस्टर की गई निर्भरता के अंदर की ओर जाता है) ठीक नहीं होते. ऐसा इसलिए, क्योंकि ये रजिस्टर नहीं की गई निर्भरता होती हैं. इस वजह से, इंक्रीमेंटल बिल्ड गलत हो सकते हैं.

अच्छे से काम करने वाले SkyFunction लागू करने वाले फ़ंक्शन, निर्भरताओं का अनुरोध करने के अलावा किसी अन्य तरीके से डेटा को ऐक्सेस नहीं करते. जैसे, सीधे फ़ाइल सिस्टम को पढ़कर. ऐसा इसलिए, क्योंकि इससे Bazel, पढ़ी गई फ़ाइल पर डेटा की निर्भरता रजिस्टर नहीं करता. इस वजह से, इंक्रीमेंटल बिल्ड गलत हो सकते हैं.

जब किसी फ़ंक्शन के पास अपना काम करने के लिए ज़रूरी डेटा हो, तो उसे पूरा होने की जानकारी देने वाली null के अलावा कोई वैल्यू दिखानी चाहिए.

आकलन की इस रणनीति के कई फ़ायदे हैं:

• हर्मेटिसिटी. अगर फ़ंक्शन, इनपुट डेटा का अनुरोध सिर्फ़ अन्य नोड पर निर्भर रहकर करते हैं, तो Bazel यह गारंटी दे सकता है कि अगर इनपुट की स्थिति एक जैसी है, तो वही डेटा दिखाया जाएगा. अगर सभी स्काई फ़ंक्शन, तय तरीके से काम करते हैं, तो इसका मतलब है कि पूरा बिल्ड भी तय तरीके से काम करेगा.
• सटीक और सही इंक्रीमेंटैलिटी. अगर सभी फ़ंक्शन के सभी इनपुट डेटा को रिकॉर्ड किया जाता है, तो Bazel सिर्फ़ उन नोड को अमान्य कर सकता है जिन्हें इनपुट डेटा में बदलाव होने पर अमान्य करना ज़रूरी है.
• पैरललिज़्म. चूंकि फ़ंक्शन, निर्भरताओं का अनुरोध करके ही एक-दूसरे के साथ इंटरैक्ट कर सकते हैं, इसलिए वे फ़ंक्शन जिन्हें एक-दूसरे की ज़रूरत नहीं है, उन्हें एक साथ चलाया जा सकता है. Bazel यह गारंटी दे सकता है कि नतीजे वही होंगे जो उन्हें क्रम से चलाने पर मिलते.

इंक्रीमेंटैलिटी

चूंकि फ़ंक्शन, इनपुट डेटा को सिर्फ़ अन्य नोड पर निर्भर रहकर ऐक्सेस कर सकते हैं, इसलिए Bazel, इनपुट फ़ाइलों से लेकर आउटपुट फ़ाइलों तक का पूरा डेटा फ़्लो ग्राफ़ बना सकता है. साथ ही, इस जानकारी का इस्तेमाल करके सिर्फ़ उन नोड को फिर से बनाया जा सकता है जिन्हें फिर से बनाना ज़रूरी है: बदली गई इनपुट फ़ाइलों के सेट का रिवर्स ट्रांज़िटिव क्लोज़र.

खास तौर पर, इंक्रीमेंटैलिटी की दो रणनीतियां मौजूद हैं: बॉटम-अप और टॉप-डाउन. इनमें से कौनसी रणनीति सबसे सही है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि निर्भरता ग्राफ़ कैसा दिखता है.

• बॉटम-अप अमान्य करने की प्रोसेस के दौरान, ग्राफ़ बनने और बदले गए इनपुट के सेट की जानकारी मिलने के बाद, उन सभी नोड को अमान्य कर दिया जाता है जो बदली गई फ़ाइलों पर ट्रांज़िटिव तरीके से निर्भर होते हैं. यह तब सबसे सही होता है, जब टॉप-लेवल नोड को फिर से बनाया जाएगा. ध्यान दें कि बॉटम-अप अमान्य करने की प्रोसेस के लिए, यह पता लगाने के लिए कि पिछली बिल्ड की सभी इनपुट फ़ाइलों में बदलाव किया गया है या नहीं, उन पर stat() चलाना ज़रूरी है. बदली गई फ़ाइलों के बारे में जानने के लिए, inotify या इसी तरह के किसी अन्य तरीके का इस्तेमाल करके इसे बेहतर बनाया जा सकता है.

• टॉप-डाउन अमान्य करने की प्रोसेस के दौरान, टॉप-लेवल नोड के ट्रांज़िटिव क्लोज़र की जांच की जाती है. साथ ही, सिर्फ़ उन नोड को रखा जाता है जिनका ट्रांज़िटिव क्लोज़र साफ़ होता है. यह तब बेहतर होता है, जब नोड ग्राफ़ बड़ा हो, लेकिन अगली बिल्ड के लिए सिर्फ़ उसके छोटे सबसेट की ज़रूरत हो: बॉटम-अप अमान्य करने की प्रोसेस में, पहली बिल्ड के बड़े ग्राफ़ को अमान्य कर दिया जाएगा. वहीं, टॉप-डाउन अमान्य करने की प्रोसेस में, दूसरी बिल्ड के छोटे ग्राफ़ को ही अमान्य किया जाएगा.

Bazel सिर्फ़ बॉटम-अप अमान्य करने की प्रोसेस का इस्तेमाल करता है.

ज़्यादा इंक्रीमेंटैलिटी पाने के लिए, Bazel चेंज प्रूनिंग का इस्तेमाल करता है: अगर किसी नोड को अमान्य कर दिया जाता है, लेकिन फिर से बनाने पर यह पता चलता है कि उसकी नई वैल्यू, पुरानी वैल्यू के बराबर है, तो इस नोड में बदलाव की वजह से अमान्य किए गए नोड को "फिर से बनाया जाता है".

उदाहरण के लिए, यह तब काम आता है, जब कोई व्यक्ति C++ फ़ाइल में कोई टिप्पणी बदलता है: तब इससे जनरेट की गई .o फ़ाइल वही होगी. इसलिए, लिंकर को फिर से कॉल करने की ज़रूरत नहीं है.

इंक्रीमेंटल लिंकिंग / कंपाइलेशन

इस मॉडल की मुख्य सीमा यह है कि किसी नोड को अमान्य करने की प्रोसेस, पूरी तरह से या बिल्कुल नहीं वाली होती है: जब कोई निर्भरता बदलती है, तो निर्भर नोड को हमेशा शुरू से बनाया जाता है. भले ही, कोई बेहतर एल्गोरिदम मौजूद हो, जो बदलावों के आधार पर नोड की पुरानी वैल्यू में बदलाव कर सके. यहां कुछ उदाहरण दिए गए हैं, जिनमें यह काम आ सकता है:

• इंक्रीमेंटल लिंकिंग
• जब किसी JAR फ़ाइल में कोई एक क्लास फ़ाइल बदलती है, तो JAR फ़ाइल को शुरू से फिर से बनाने के बजाय, उसे उसी जगह पर बदला जा सकता है.

Bazel, इन चीज़ों को तय तरीके से क्यों नहीं करता, इसकी दो वजहें हैं:

• परफ़ॉर्मेंस में सीमित सुधार हुए.
• यह पुष्टि करना मुश्किल है कि म्यूटेशन का नतीजा, साफ़ तौर पर फिर से बनाने के नतीजे के बराबर होगा. साथ ही, Google, ऐसे बिल्ड को महत्व देता है जिन्हें बिट-फ़ॉर-बिट दोहराया जा सके.

अब तक, किसी महंगे बिल्ड स्टेप को अलग-अलग हिस्सों में बांटकर और इस तरह आंशिक रूप से फिर से आकलन करके, अच्छी परफ़ॉर्मेंस हासिल की जा सकती थी. उदाहरण के लिए, Android ऐप्लिकेशन में, सभी क्लास को कई ग्रुप में बांटा जा सकता है और उन्हें अलग-अलग डेक्स किया जा सकता है. इस तरह, अगर किसी ग्रुप में क्लास में कोई बदलाव नहीं किया जाता है, तो डेक्सिंग को फिर से करने की ज़रूरत नहीं होती.

Bazel के कॉन्सेप्ट से मैपिंग करना

यहां मुख्य SkyFunction और SkyValue लागू करने वाले फ़ंक्शन की खास जानकारी दी गई है. Bazel, बिल्ड करने के लिए इनका इस्तेमाल करता है:

• FileStateValue. यह lstat() का नतीजा है. मौजूदा फ़ाइलों के लिए, फ़ंक्शन अतिरिक्त जानकारी भी कंप्यूट करता है, ताकि फ़ाइल में हुए बदलावों का पता लगाया जा सके. यह Skyframe ग्राफ़ में सबसे निचले लेवल का नोड है और इसकी कोई निर्भरता नहीं है.
• FileValue. इसका इस्तेमाल उन सभी चीज़ों के लिए किया जाता है जिन्हें किसी फ़ाइल के असल कॉन्टेंट या हल किए गए पाथ की ज़रूरत होती है. यह, इससे जुड़े FileStateValue और उन सभी सिमलंक पर निर्भर करता है जिन्हें हल करना ज़रूरी है. जैसे, a/b के लिए FileValue को a के हल किए गए पाथ और a/b के हल किए गए पाथ की ज़रूरत होती है. FileValue और FileStateValue के बीच का अंतर ज़रूरी है, क्योंकि बाद वाले का इस्तेमाल उन मामलों में किया जा सकता है जहां फ़ाइल के कॉन्टेंट की असल में ज़रूरत नहीं होती. उदाहरण के लिए, फ़ाइल सिस्टम ग्लोब (जैसे, srcs=glob(["*/*.java"])) का आकलन करते समय, फ़ाइल के कॉन्टेंट की कोई ज़रूरत नहीं होती.
• DirectoryListingStateValue. यह readdir() का नतीजा है. FileStateValue की तरह, यह सबसे निचले लेवल का नोड है और इसकी कोई निर्भरता नहीं है.
• DirectoryListingValue. इसका इस्तेमाल उन सभी चीज़ों के लिए किया जाता है जिन्हें किसी डायरेक्ट्री की एंट्री की ज़रूरत होती है. यह, इससे जुड़े DirectoryListingStateValue के साथ-साथ डायरेक्ट्री के जुड़े FileValue पर निर्भर करता है.
• PackageValue. यह किसी BUILD फ़ाइल के पार्स किए गए वर्शन को दिखाता है. यह, इससे जुड़ी BUILD फ़ाइल के FileValue पर निर्भर करता है. साथ ही, यह ट्रांज़िटिव तरीके से किसी भी DirectoryListingValue पर निर्भर करता है जिसका इस्तेमाल पैकेज में ग्लोब को हल करने के लिए किया जाता है. यह डेटा स्ट्रक्चर, अंदरूनी तौर पर BUILD फ़ाइल के कॉन्टेंट को दिखाता है.
• ConfiguredTargetValue. यह कॉन्फ़िगर किए गए टारगेट को दिखाता है. यह टारगेट के विश्लेषण के दौरान जनरेट की गई कार्रवाइयों के सेट और निर्भर कॉन्फ़िगर किए गए टारगेट को दी गई जानकारी का टपल होता है. यह, इससे जुड़े टारगेट के PackageValue, सीधे तौर पर निर्भरता वाले ConfiguredTargetValues, और बिल्ड कॉन्फ़िगरेशन को दिखाने वाले खास नोड पर निर्भर करता है.
• ArtifactValue. यह बिल्ड में किसी फ़ाइल को दिखाता है. यह सोर्स या आउटपुट आफ़्टिफ़ैक्ट हो सकता है. आफ़्टिफ़ैक्ट, फ़ाइलों के लगभग बराबर होते हैं. इनका इस्तेमाल, बिल्ड स्टेप के असल में लागू होने के दौरान फ़ाइलों को रेफ़र करने के लिए किया जाता है. सोर्स फ़ाइलें, इससे जुड़े नोड के FileValue पर निर्भर करती हैं. वहीं, आउटपुट आफ़्टिफ़ैक्ट, उस कार्रवाई के ActionExecutionValue पर निर्भर करते हैं जिससे आफ़्टिफ़ैक्ट जनरेट होता है.
• ActionExecutionValue. यह किसी कार्रवाई के लागू होने को दिखाता है. यह, अपनी इनपुट फ़ाइलों के ArtifactValues पर निर्भर करता है. यह जिस कार्रवाई को लागू करता है वह इसकी SkyKey में शामिल होती है. यह इस कॉन्सेप्ट के उलट है कि SkyKeys छोटे होने चाहिए. ध्यान दें कि अगर लागू करने का फ़ेज़ नहीं चलता है, तो ActionExecutionValue और ArtifactValue का इस्तेमाल नहीं किया जाता है.

विज़ुअल सहायता के तौर पर, इस डायग्राम में Bazel के बिल्ड के बाद, SkyFunction लागू करने वाले फ़ंक्शन के बीच संबंध दिखाए गए हैं: