bazel 简介（一）—— 基础概念与原理

0x01 背景

bazel目前已广泛用于云计算领域的开源软件的构建如k8s、kubevirt等，本文以一个新手的角度分享下bazel的基础知识，其存在的价值。对比下，它与其他已经存在的构建系统的差别，以及它适用于什么场景。

0x02 构建系统

构建对应的英文是BUILD，也就是大家所说的编译打包，就是将编写出的代码经过编译器处理，产生二进制，形成一个可以正常运行的软件包（如deb或者rpm）。对于编译型语言来说，构建几乎是日常工作的一部分。

是一个辅助过程，它本身不产生价值。
又是必须的一个过程，没有它CI是空谈。

基于这两个特点来说，我们希望理想的构建系统具备以下特点：

尽可能地快。可以方便开发人员，编写代码后快速出包验证改动。
方便维护，可以清晰地展示依赖关系，在系统中添加一个模块，或者减少一个模块，可以非常容易维护。

对比理想系统，我们看下构建技术的发民。软件构建技术的发展和IT技术的发展保持同步，历经了初期、中期和现代化三个阶段（纯粹个人理解）。

一、初期

软件规模小，软件工程的概念还未被提出。

这时对构建的要求很低，或者说不需要。编写出的代码可以经过汇编编译后直接执行，也没有流水线。这时期的代码就是makefile，或者是直接自己写脚本进行编译执行。软件的特点是，单语言小规模，对构建基本上没有要求。

二、中期

软件规模开始增大。已有的makefile机制已经难以满足需要。以Linux内核为例，makefile已经无法满足，所以内核开发者在内核中添加了自己的构建扩展，以满足日渐增大的内核代码。同时，也涌现出了cmake这样较现代化的构建工具。主要原因是，代码规模增大后，构建这一不增值过程开始消耗掉大量开发人员的精力，以cmake为代表的工具可以半自动化管理依赖，生成makefile，提高编译人员的生产力，减少了重复劳动；此时的构建系统基本上可以满足要求，但已经开始显现不足了。

三、现代化

软件规模增大的同时，大型系统开始转向多语言协作。使用运行高效率的编译型语言（C、C++、Java等）编写低层（数据面），使用开发高效率的动态非编译型语言编写上层（管理面）。多语言对于cmake来说，无能为力。此时以bazel为代表的现代构建系统出现，可以很好地解决cmake无法解决的问题。

在一个机构逐步增大的过程中，大公司在IT上经历的问题，你同样会遇到，所以了解一门技术的驱动力一定是问题，而不是Google出品的一定就是适合你的。这里也一样，我去了解Bazel是因为遇到了现有技术无法解决的问题。

[bazel](https://www.bazel.build/](https://www.bazel.build/) Google开源的构建工具。它通过将构建过程进行抽象建模，实现了一个接近理解的构建系统。

快速构建。

bazel支持增量式编译，支持缓存，支持分布式扩展。这3点就可以满足快速建构。只要有投入足够多的硬件资源，你的构建就可以很快。
清晰的依赖关系。

虽然makefile也可以定义出来。但makefile定义的规则，全部需要人工维护，特别是分散在多个代码仓库中的依赖，很难有人能全局把握好依赖关系。但bazel可以清晰地以依赖关系图的方式展现出当前的依赖关系。而且是自动建立地，可查询。

除了以上两个优点，最重要的一点是bazel支持多语言构建。以下将通过介绍bazel的基本对象（概念），来阐述bazel是如何对构建过程进行建模的。

0x03 概念

3.1 构建

构建过程是一个动作。有输入输出，如下图所示。

一个大型系统中有许多构建过程，有顶层的负责产生最终产出物。有底层负责某个小模块的构建。不同的构建之间，有相互依赖。A的产生物是B的输入，那么B就依赖A，构建上则要求A先于B构建。这些依赖最终在大模块里出的就是一个依赖网。如下图，A依赖B C D，但B也依赖C。

3.2 Bazel中主要的概念如下。

名称	解释
WORKSPACE	每一个工程都需要定义的一个文件，位于工程的根目录下。可以是空文件，也可以加载一些外部依赖。
action	rule中定义的构建动作。全部在运行阶段执行。
BUILD	存在每个小代码仓库中，定义当前仓库中的构建要素。输入、输出和构建行为。是最小的构建单位。
bzl	自定义的规则后缀。
external rule	bazel约定的其他规则库，用skylark语言（Python的子集）编写。
rule	bazel的构建规则，位于BUILD文件中。每个规则中包含输入和输出，以及构建动作。目前已有C/C++、Java、Golang、Python等成熟的构建规则库，可以方便地从github上获取。见官方文档已有规则库
package	在BUILD文件中定义的一系统目标。包具有可见性属性，可用来控制对外暴露的属性。
build graph	构建依赖图，就是前文提到的依赖关系图。由定义在各个BUILD文件中的目标构成。

0x04 原理

有了基础概念之后，解释下bazel的工作原理。bazel以client/server模式工作，server在闲置一段时间后会自动退出。以WORKSPACE[#WORKSPACE]和BUILD文件将整个构建过程模型化。

bazel工作分以下三个阶段(phase)。也就是执行了bazel build ...之后发生的事情。

loading phase 加载阶段

bazel遍历当前工程下，所有子文件夹，找到其中的BUILD文件，加载外部依赖，生成一个个package和target。
analysis phase 分析阶段

根据各个BUILD中定义的目标和输入输出信息，建立一个内存中的build graph。
executing phase 执行阶段

根据build graph逐个运行各个规则定义的动作，产生最终的目标。

基础了解以后，下一篇将实例说明如何将现有的一个makefile工程转换到bazel 。