ujifman Oct 11 2022 at 13:46

Как мы навели порядок в C++/Qt проекте с помощью Conan

12 min

13K

Technotext 2022

Привет, Хабр! Я Тимлид/Архитектор в компании Монитор Софт. В прошлом C++ разработчик, сейчас все еще удается иногда выходить в поля)). Хочу поделиться нашим опытом использования Conan. С момента описываемых ниже событий прошло года 4, и в целом наше решение уже прошло проверку временем.

Пару слов о проекте

Максимально коротко

Мы создаем систему по обмену аэронавигационной информацией между филиалами организации, которая разрабатывает и поддерживает структуру воздушного пространства в РФ. Система распределенная: в каждом филиале установлен автономный комплекс. Комплексы из разных филиалов обмениваются между собой изменениями аэронавигационной информации.

Теперь подробнее

Комплекс представляет из себя несколько железных серверов в кластере, на котором работает набор backend сервисов, и несколько рабочих мест операторов (ПК на Windows). На рабочих местах установлено Desktop приложение на C++/Qt, которое взаимодействует с backend'ом. Система разрабатывается уже много лет, поэтому мы имеем неплохой багаж legacy.

Desktop приложение модульное, главный UI подгружает из динамических библиотек интерфейсы для выполнения различных задач, например:

ввод информации об аэронавигационных объектах;
управление проектами изменений (пересылка, утверждение и т.д.);
управление пользователями системы;
управление настройками доступа пользователей к объектам;
просмотр сообщений обмена между комплексами.

Каждый отдельный модуль имеет свою библиотеку (читай dll/so). Кроме того модули используют общий код доступа к БД, доступа к backend сервисам, реализации логгирования и т.д. Общий код также выделен в отдельные библиотеки статические и динамические.

Некоторые backend сервисы также написаны на C++/Qt и используют библиотеки доступа к БД, те же самые, которые использует Desktop приложение.

Итого имеем на C++/Qt:

26 динамических библиотек (15 GUI модулей и 11 модулей с бизнес логикой);
11 статических библиотек;
6 сторонних open source библиотек (докрученных для наших нужд);
2 Desktop приложения;
2 backend сервиса.

Все вышеперечисленное местами друг друга использует.

В итоге на упрощенном примере получается следующая карта зависимостей:

Теперь эту схему масштабируем до нашего количества библиотек и возникает вопрос: как все это согласованно содержать и развивать?

Проблемы, которые мы хотели решить

Централизованное управление всем деревом зависимостей, типовые пайплайны сборки.
Независимая разработка модулей: для разработчика удобно запускать определенный GUI модуль отдельно от всего приложения - изолированно, для этого ему нужны актуальные версии всех зависимостей.
Неплохо бы разделять dev и production пространства и сделать удобным доступ для тестировщиков к свежим фичам, при этом случайно не выкатить в prod сырой код.
Еще не забываем про Git Flow и ветвление: 1 фича - отдельная ветка; все мы знаем, что в одной ветке пилить плохо. Это все прекрасно работает, пока репозиторий один. Когда итоговое Desktop приложение включает в себя кучу репозиториев, а некоторые из них зависят от других репозиториев, мы приходим к весьма сложной и запутанной структуре.
Можно еще подумать о сокращении времени CI/CD на build.
Билдить и хранить библиотеки изолированно друг от друга.
2 платформы Linux/Windows и минимум 2 версии Qt (переходные периоды в любом случае присутствуют).
Иногда баг сквозит через несколько библиотек, и надо иметь возможность дебажить сквозь несколько зависимостей.
В основном мы используем QMake, но некоторые сторонние библиотеки используют CMake, надо уметь с этим жить.

У самурая нет цели, есть только путь

Много-много лет назад в одной отдаленной галактике... мы поняли, что так дальше жить нельзя, надо искать решение.

Вариант 1, монорепозиторий

Когда проект стартовал, он весь состоял из Desktop приложения и БД, backend сервисов тогда еще не было. Это было лет 8 назад, и Desktop приложение было в монорепозитории. В корне лежал один большой Qt .pro файл, который через subdirs включал все GUI модули и внутренние библиотеки. Все они плоско лежали в репозитории в подпапках, собирались по порядку и подключались уже бинарями.

Плюсы:

Все в одном месте, просто фиксить баг, который сквозит через библиотеки или делать фичу, которая сквозит через библиотеки.
Нет проблем с ветвлением.

Минусы:

Дикое время сборки.
Высокая вероятность высокой связанности (coupling).
Все разработчики в одном репозитории.
Очень сложно взять библиотеку в другой проект.
Сложно организовать изолированное приложение для одного GUI модуля.

Вариант 2, git submodules

Мы начали искать варианты разделения на отдельные репозитории. И на тот момент единственным вариантом выглядел git submodules. В итоге распилив монорепозиторий мы получили, каждую библиотеку в отдельном репозитории. Репозиторий главного Desktop приложения подключает их как git сабмодули, и в принципе репозиторий Desktop приложения на вид не изменился. Зато появилась возможность отдельно работать с GUI модулем. И тут возникла новая сложность.

Возникла проблема с подключением библиотек с общим кодом (например, доступа к БД, пусть будет называться LibDb): если LibDb положить сабмодулем в каждый репозиторий использующего ее модуля, то когда мы соберем все зависимости в репозитории главного GUI приложения, у нас получится много копий LibDb. Кроме того при компиляции главного приложения, для каждого GUI модуля LibDb будет компилироваться отдельно.

Поэтому было принято другое решение: общеиспользуемые библиотеки (такие как LibDb) не подключать сабмодулями в GUI модули, которые их используют. В репозиторий главного приложения уложить GUI модули и библиотеки с общим кодом на одном уровне в корне. Тогда инклюды в GUI модулях всегда идут на шаг вверх и в папку нужного модуля с общим кодом. Т.е. в репозитории главного приложения максимальный уровень вложенности подмодулей 1.

Это привело к тому, что код в репозитории GUI модуля, у которого есть зависимости, несамостоятельный, и собрать его просто клонировав репозиторий не получится. Для того, чтобы запустить код модуля отдельно от главного приложения, мы создавали отдельный репозиторий с сэмплом, и в него включали сам модуль и его зависимости. В итоге куча лишних репозиториев.

Пример репозитория главного приложения:

Пример репозитория бэкенд приложения:

Пример репозитория с сэмплом:

Плюсы:

Разбиение на модули по изолированным репозиториям.
Сразу стало видно неявное использование кода из других библиотек - отдельный модуль просто не собирался, это заставило нас причесать использование внешнего кода и привело по понижению связанности (coupling).
Меньше времени на компиляцию отдельной библиотеки.

Минусы:

Постоянная возня с git submodules update.
Каждое изменение ветки подмодуля приводит к коммиту в репозитории, который его включает, чтобы обновить ссылку подмодуля.
Куча лишних репозиториев с сэмплами, с такими же проблемами с ветвлением.
Все такое же дикое время сборки главного приложения.
И самое сладкое, полнейший дурдом с ветвлением.

Вариант 3, пакетный менеджер

И вот в один прекрасный день мой коллега (спасибо @madmax_inc) нашел его:

Точнее его:

Мы потратили примерно 2 месяца на осознание, набивание шишек, построение и разрушение костылей и велосипедов. Потом пришел бизнес и сказал, что пора уже код писать.

Мы запустились на том, что получилось.

Потом еще пару лет эволюции и сейчас наша концепция выглядит вполне живой и бодрой.

Теперь подробнее о нашем решении

Подробнее про использование Conan.

Что такое Conan

Про Conan известно довольно давно и написано много (например раз два и официальный сайт, доки)

Краткий экскурс

Это пакетный менеджер, как и множество других типа pip или npm.
Имя конкретного пакета формируется из 4 частей <name>/<version>@<user>/<channel>
- name - имя, которое вы придумали пакету;
- version - классический semver;
- user - это имя пользователя, который владеет пакетом (поэтому могут быть у разных пользователей пакеты с одинаковыми name различить можно без проблем);
- channel - это канал, на который пользователь залил пакет.
Пример: Lib/[~2.24.0]@monsoft/stable
При сборке пакета он собрается под конкретные settings и options
- settings - настройки сборки, перечень которых зафиксирован, например: os, build_type, arch и т.д.
- options - кастомные настройки для сборки, которые может создавать для пакета сам пользователь, например: qt_version ([5.5.1, 5.13]), with_some_lib (True/False).
Состав пакета:
- Рецепт (1 на весь пакет) - conanfile.py, в котором лежит логика расположения исходников, компиляции, упаковки, тестов и т.д.
- Исходники (1 на весь пакет) - исходники проекта.
- Бинари пакета (много, свой под каждую конфигурацию сборки) - при сборке бинаря, Conan собирает в кучу все settings и options, и считает от них хеш, и таким образом в последствии определяет есть ли уже собранный бинарь под вашу конфигурацию.

Схема с официального сайта:

Инкапсуляция логики сборки

Вся логика сборки под разные платформы инкаспулирована в общий conanfile.py, который также является Conan пакетом и инклюдится в библиотеки.

CommonConanFile инкапсулирует:

логику подмены каналов при разруливании графа зависимостей (ConanFile.requirements, ConanFile.build_requirements);
возможные ConanFile.settings и Conanfile.options;
логику укладывания исходников в пакет;
логику подкладывания переиспользуемых .pri файлов;
логику компиляции (ConanFile.build());
логику запуска unit тестов и сбора coverage report;
логику упаковки пакета (ConanFile.package()) а также информации по нему (ConanFile.package_info()).

Посмотреть на наш conafile можно по ссылке.

Диаграмма классов CommonConanFile:

ConanFile - предопределенный ConanFile, атрибуты и методы хорошо расписаны в официальных доках;
AbstractConanFile - базовый ConanFile, являющийся родителем для всех остальных и реализующий логику упаковки пакета и разруливания зависимостей, то что нужно всем пакетам;
HeaderOnlyConanFile - ConanFile для header-only пакетов, которым не нужен build;
QmakePriOnlyConanFile - ConanFile для пакетов, которые подкладывают переиспользуемые .pri файлы, для переиспользования кода qmake pro файлов;
BuildableConanFile - базовая реализация компилируемого пакета;
StaticLibConanFile - пакет, собирающийся в статическую библиотеку;
DynamicLibConanFile - пакет, собирающийся в динамическую библиотеку;
ApplicationConanFile - пакет, собирающийся в приложение.

Используемые параметры для бинарных пакетов.

Используемые conanfile.settings:

os: Linux, Windows
compiler: gcc
build_type: Debug, Release
arch: x86, x86_64

Используемые conanfile.options:

shared: True, False
qt_ver: 5.5.1, 5.9.8, 5.13.2, 5.15.2, None
unit_testing: True, False
with_coverage: True, False
sample: True, False

Пример рецепта для библиотеки

from conans import ConanFile, CMake, tools
import os


class DbInterfaceConan(ConanFile):
    name = "DbInterface"
    version = "2.58.1"
    url = "https://git.monitorsoft.ru/cpp-libs/DbInterface"
    generators = "qmake"
    python_requires = "CommonConanFile/0.8@monsoft/stable"
    python_requires_extend = "CommonConanFile.DynamicLibConanFile"
    exports_sources = "src/*", "test_unit/*", "DbInterface.pro", "DbInterface_TestUnit.pro"
    run_tests_headless = False
    unit_test_executables = [
        os.sep.join([".", "test_package", "DbPrimitives", "DbInterface_Test_DbPrimitives"]),
        os.sep.join([".", "test_package", "GmlHandler", "DbInterface_Test_GmlHandler"]),
        os.sep.join([".", "test_package", "AixmDb", "DbInterface_Test_AixmDb"]),
        os.sep.join([".", "test_package", "Integrational", "DbInterface_Test_Integrational"])
    ]

    build_requires = (
                "CommonQmakePri/[~1.0.1]@monsoft/stable",
                "ZhrGeo/[~1.1]@monsoft/stable",
                "QTester/[~1.0.1]@monsoft/stable", # for tests
                "FakeIt/2.0.2@hinrikg/stable") # for tests
    requires =  (
                "Lib/[~2.24.0]@monsoft/stable",
                "Templates/[~1.7.2]@monsoft/stable",
                "Sax/[~1.1]@monsoft/stable")

name, version, url - стандартные поля Conan, соответственно имя пакета, версия пакета, homepage url;
generators - стандартное поле Conan, показывающее для каких систем автоматизации сборки надо готовить файлы;
python_requires - стандартное поле Conan, для указания другого Conan пакета, от которого можно наследовать код conanfile;
python_requires_extend - стандартное поле Conan, имя класса из пакета в python_reuires от которого наследовать текущий класс DbInterfaceConan;
exports_sources - стандартное поле Conan, пути из которых надо забирать source файлы текущей библиотеки;
run_tests_headless - наше поле, флаг, показывающий на необходимость запуска gui для прокатки тестов (если используются GUI модули Qt);
unit_test_executables - наше поле со списком исполняемых файлов для запуска unit тестов;
build_requires - стандартное поле Conan со списком зависимостей, необходимых для сборки библиотеки;
requires - стандартное поле Conan со списком зависимостей, необходимых для работы библиотеки.

Управление пространствами dev/prod

Все наши пакеты (которые используют общий рецепт CommonConanFile) из ветки dev собираются в канал dev, а из ветки master в канал stable.

Таким образом слияние feature ветки в dev приводит к выходу новой dev версии, при этом stable пространство не затрагивается.

При релизе мы сливаем все библиотеки из dev в master и получаем обновление stable версий пакетов.

Самая главная фича тут в подмене канала. Все зависимости прописаны на канал stable, но когда мы понимаем, что собираемся в dev пространстве, то при выполнении conan install выставляем env (OVERRIDE_CONAN_CHANNEL), на который реагирует наш рецепт сборки, и он подменяет все пакеты в requires и build_requires с monsoft/stable на monsoft/dev. Таким образом мы по всему дереву зависимостей получаем подмену канала.

У тестировщика есть команда для установки приложения через Conan из dev и stable. Ему не надо ничего собирать, ставить IDE, компилятор или еще что-то, чтобы добыть самый свежий бинарь.

Разработчик прислал ветку на ревью -> ветку слили в dev -> прошла сборка на билд сервере -> новая версия в канале dev -> у тестировщика самая свежая версия.

Отладка сквозных багов: editable пакеты

Периодически бывает так, что реализация фичи может растянуться на несколько пакетов, или же баг какой-то внутренней зависимости всплывает в верхнем пакете.

В таком случае приходится после каждого изменения в используемой библиотеке делать conan create, что совсем не упрощает жизнь, а в данном случае даже увеличивает время разработки.
Для этого случая придумали Conan Editable Mode.

Фича еще пока не супер удобная, но весьма неплохо решает проблему разработки сразу на несколько библиотек.

Краткий принцип работы:

Настраиваем Сonan layout файл.
Идем в используемую библиотеку, открываем в QtCreator с этой библиотекой и выставляем в нем сборку в папку с библиотекой (в папку совпадающую с папкой поиска бинарей в layout файле).
Выполняем conan editable add <Имя пакета>/<Версия semver>@<user>/<channel>.
Теперь идем в использующий ее проект и выполняем в нем conan install.
Вуаля, теперь вместо кеша Conan берет бинарник, который создает Qt.
Открываем оба проекта в IDE, правим код и дебажим сразу в нескольких библиотеках.
После окончания работы выполняем conan editable remove.

Дружба с IDE

Запуск Conan возможен напрямую из IDE Qt Creator с помощью модуля External Tools в Qt Creator.

Выглядит это примерно так:

Скрипты для интеграции через External Tools можно посмотреть тут.

Что делают скрипты:

Из выбранного профиля в QtCreator берут:
- версию qt;
- версию компилятора;
- тип сборки Release/Debug;
- пути для исходников и бинарей.
Используя вышеперечисленное формируют и выполняют команду conan install.

Примеры CI/CD

.gitlab-ci.yml у всех одинаковый и выглядит вот так:

include:
- project: 'devtools/cicdscripts'
  ref: v4.1
  file: '/full-lib-pipeline.yml'

CI/CD скрипты мы также храним в отдельном репозитории, что упрощает их модификацию. Но это уже совсем другая история, которая потянет на отдельную статью.

Пайплайн выглядит так:

Цикл разработки:
1. Разработчики независимо друг от друга пилят фичи в feature-ветках библиотек;
2. Присылают реквесты на слияние в dev каждый по своей библиотеке;
3. Тимлид проводит CodeReview и просто тыкает Merge;
4. Библиотеки собираются и попадают в dev канал;
5. Тестировщик делает conan install из dev и ему подъезжают все свежие изменения;
6. В случае багов цикл повторяется.
Цикл разработки независимо для каждого разработчика начинается заново.
Мы подходим к релизу.
Все Merge Requestы по feature веткам повисают, пока тестировщики заканчивают тестирование по уже влитым фичам и разработчики добивают баги.
Все допилено.
Тимлид скриптом сливает все библиотеки в master.
Запускается пересборка на GitLab CI/CD в цикле
Зависимые библиотеки не смогут собраться пока не соберутся зависимости. При этом первой джобой в CI/CD скрипте идет проверка графа Conan, поэтому на проверку, что зависимости собрались тратится 4-5 секунд.
Пересобираться будут только те пакеты, в которых есть изменения или у которых в зависимостях есть пакеты, в которых изменилась сигнатура классов и методов(это разруливается с помощью semver).
Часа через 4 проверяем мастер проект, к этому времени уже все зависимости собрались, он тоже должен был собраться.
Если еще не собрался, возможно где-то есть несогласованность, тогда идем и ищем проблему по графу зависимостей

Самая главная плюшка: если мастер проект собрался, значит точно все остальные собрались с нужными версиями ОС, компилятора опциями и т.д.

Что получилось в итоге

Каждая библиотека, приложение лежит в своем репозитории и собирается в Conan пакет и выкладывается на Conan сервер.
В каждом репозитории идентичная структура папок и файлов, и чтобы работало необходимо во всех репозиториях ее поддерживать одинаковой.
На Conan сервере есть 2 канала dev и stable. На dev кладутся пакеты собранные из dev ветки, на production - из master ветки.
У тестировщика всегда есть доступ к самым последним фичам в dev, при этом легко может переключиться и получить полное приложение из stable канала.
С помощью editable можно легко отлавливать сквозные баги.
Общий код реализации сборки, unit тестов (+ coverage), подмены канала, можно централизованно менять для всех.
Абсолютно идентичный и простой код CI/CD.
Возможность увидеть полное дерево зависимостей.
Версионирование по semver для библиотек и как следствие.
Из коробки разделение бинарей библиотек по ОС, версиям компилятора, версиям qt и еще чему угодно, что придет нам в голову.
В виде Conan пакетов можно подключать и совсем не-cpp вещи, например файлы описывающие модель данных для mockа в unit тестах (само описание модели данных лежит в отдельной репе с самодельным синтаксисом).
Дополнительная сложность делать фичу, которая сквозит через несколько библиотек, что приводит к необходимости тщательнее проектировать код и понижать связанность (coupling).

Заключение

Все плюсы перечислены выше, само собой у подхода есть и минусы, серебряной пули не бывает.

Минусы:

Перед релизом (слияние в master) все слияния в dev тормозятся по всем библиотекам, пока тестировщик не проверит уже слитый в dev функционал.
Здесь можно начать разговор про Release Candidate, но это приведет к возникновению еще одного пространства и усложнит логику ветвления, поэтому пока живем в этой концепции.
Необходимость дополнительно поскриптовать, чтобы слияние на релиз выполнять разом по всем репозиториям (но это уже победили, немного Python и GitLab API и почти все автоматизировано).
Дополнительные действия (Conan Editable Mode) для отладки багов, сквозящих через несколько библиотек.
Определенный порог входа для разработчиков (решается хорошими доками и инструкциями).
Басфактор в поддержке всего этого великолепия (не все хотят или могут погружаться в структуру, поэтому полностью весь механизм только у одного разработчика в голове).

В конечном итоге плюсы во многом перевешивают минусы.

Желаю вам держать свои проекты в прозрачном порядке!

Tags:

Hubs: