تنسيق توزيع Wheel: إنشاء حزم ثنائية للغة Python

يعتمد نظام Python البيئي بشكل كبير على إدارة الحزم بكفاءة. أحد الأركان الأساسية لهذا النظام البيئي هو تنسيق توزيع Wheel، والذي غالبًا ما يتم تحديده بامتداد .whl. يتعمق هذا الدليل في تعقيدات تنسيق Wheel ومزاياه وكيفية إنشاء حزم ثنائية للغة Python، لتلبية احتياجات المطورين على مستوى العالم الذين يهدفون إلى توزيع برامج سلس وموثوق.

ما هو تنسيق Wheel؟

تنسيق Wheel هو تنسيق حزمة مبنية مسبقًا للغة Python. تم تصميمه ليكون أسهل في التثبيت من توزيعات المصدر (sdist). وهو بمثابة بديل لتنسيق egg الأقدم، ويعالج العديد من أوجه القصور فيه. إنه في الأساس أرشيف ZIP به بنية وبيانات تعريف محددة تسمح لـ pip وأدوات التثبيت الأخرى بتثبيت الحزمة بسرعة دون الحاجة إلى بنائها من المصدر.

الخصائص الرئيسية لـ Wheel

• الاستقلالية عن النظام الأساسي (حيثما ينطبق): يمكن إنشاء Wheels لأنظمة أساسية وبنى محددة (مثل Windows 64 بت، Linux x86_64) أو أن تكون مستقلة عن النظام الأساسي (Python النقي). يتيح ذلك إنشاء ملفات ثنائية محسّنة لأنظمة تشغيل مختلفة.
• سهولة التثبيت: يتضمن تنسيق Wheel توزيعات مبنية مسبقًا، مما يقلل الحاجة إلى تجميع التعليمات البرمجية أثناء التثبيت. يؤدي هذا إلى تسريع عملية التثبيت بشكل كبير، خاصة بالنسبة للحزم ذات امتدادات C أو المكونات المترجمة الأخرى.
• تضمين البيانات الوصفية: تحتوي Wheels على جميع البيانات الوصفية الضرورية حول الحزمة، بما في ذلك التبعيات ومعلومات الإصدار ونقاط الدخول. تعتبر هذه البيانات الوصفية ضرورية لمديري الحزم مثل pip للتعامل مع التبعيات وتثبيت الحزمة بشكل صحيح.
• التثبيت الذري: يقوم pip بتثبيت الحزم من Wheels بطريقة ذرية. هذا يعني أن التثبيت إما يكتمل بنجاح أو يتم التراجع عنه بالكامل، مما يمنع الحزم المثبتة جزئيًا، والتي يمكن أن تؤدي إلى inconsistencies.
• إمكانية إعادة الإنتاج: تعمل Wheels على تحسين إمكانية إعادة الإنتاج من خلال توفير قطعة أثرية بناء متسقة يمكن تثبيتها عبر بيئات متعددة دون الحاجة إلى إعادة التجميع (بافتراض أن النظام الأساسي المستهدف متطابق).

لماذا تستخدم Wheels؟

يوفر اختيار Wheels على توزيعات المصدر العديد من المزايا، مما يبسط عملية تثبيت الحزمة ونشرها. فيما يلي تفصيل للفوائد الرئيسية:

أوقات تثبيت أسرع

إحدى أهم مزايا Wheels هي سرعتها. من خلال توفير توزيعات مبنية مسبقًا، تلغي Wheels الحاجة إلى تجميع التعليمات البرمجية أثناء التثبيت. هذا مفيد بشكل خاص للحزم ذات الامتدادات المترجمة المكتوبة بلغات C أو C++ أو لغات أخرى. تخيل نشر مكتبة علمية معقدة؛ سيؤدي استخدام Wheel إلى تقليل وقت الإعداد بشكل كبير على أجهزة المستخدمين النهائيين.

مثال: قد يستغرق تثبيت numpy من المصدر عدة دقائق، خاصة على الأجهزة القديمة. يستغرق التثبيت من Wheel عادةً ثوانٍ.

تقليل الاعتماد على أدوات البناء

غالبًا ما يتطلب تثبيت الحزم من المصدر أن يكون لدى المستخدمين أدوات البناء الضرورية (المترجمات، الرؤوس، إلخ) المثبتة على نظامهم. يمكن أن يكون هذا عائقًا أمام الدخول، خاصة بالنسبة للمستخدمين غير المعتادين على تطوير البرامج. تزيل Wheels هذا التبعية، مما يجعل التثبيت أبسط وأكثر سهولة.

مثال: قد لا يكون لدى عالم بيانات في مختبر أبحاث المترجمات الضرورية لبناء حزمة من المصدر. يسمح لهم Wheel بتثبيت الحزمة مباشرة دون الحاجة إلى تكوين بيئتهم.

موثوقية محسنة

من خلال توفير ملفات ثنائية مبنية مسبقًا، تضمن Wheels تثبيت الحزمة بطريقة متسقة عبر بيئات مختلفة. هذا يقلل من خطر أخطاء التثبيت بسبب الاختلافات في تكوينات النظام أو إصدارات أدوات البناء. هذا الاتساق له أهمية قصوى للتطبيقات التي تتطلب سلوكًا مستقرًا ويمكن التنبؤ به.

مثال: يحتاج تطبيق ويب يتم نشره على خوادم متعددة إلى إصدارات حزمة متسقة. يضمن استخدام Wheels تثبيت نفس الملفات الثنائية على كل خادم، مما يقلل من خطر حدوث مشكلات في النشر.

أمان مُحسَّن

يمكن توقيع Wheels للتحقق من صحتها وسلامتها. يساعد هذا في منع الجهات الخبيثة من توزيع الحزم التي تم التلاعب بها. يوفر توقيع الحزمة طبقة إضافية من الأمان، مما يضمن تثبيت المستخدمين لبرامج موثوقة.

مثال: يمكن للمؤسسات تنفيذ سياسات تتطلب توقيع جميع الحزم قبل نشرها في بيئات الإنتاج. هذا يحمي من هجمات سلسلة التوريد حيث يتم حقن التعليمات البرمجية الضارة في الحزم.

إنشاء حزم Wheel: دليل تفصيلي

يعد إنشاء حزم Wheel عملية مباشرة تتضمن استخدام حزمتي setuptools و wheel. فيما يلي دليل تفصيلي:

1. إعداد مشروعك

أولاً، تأكد من أن مشروعك منظم بشكل صحيح. على الأقل، ستحتاج إلى ملف setup.py ورمز مصدر الحزمة الخاص بك.

مثال على هيكل المشروع:

my_package/
 ├── my_module/
 │   ├── __init__.py
 │   └── my_function.py
 ├── setup.py
 └── README.md

2. ملف setup.py

ملف setup.py هو قلب مشروعك. يحتوي على البيانات الوصفية حول الحزمة الخاصة بك ويحدد كيفية بنائها وتثبيتها. فيما يلي مثال لملف setup.py:

from setuptools import setup, find_packages

setup(
 name='my_package',
 version='0.1.0',
 description='A simple example package',
 long_description=open('README.md').read(),
 long_description_content_type='text/markdown',
 url='https://github.com/your_username/my_package',
 author='Your Name',
 author_email='your.email@example.com',
 license='MIT',
 packages=find_packages(),
 install_requires=['requests'],
 classifiers=[
 'Development Status :: 3 - Alpha',
 'Intended Audience :: Developers',
 'License :: OSI Approved :: MIT License',
 'Programming Language :: Python :: 3',
 'Programming Language :: Python :: 3.6',
 'Programming Language :: Python :: 3.7',
 'Programming Language :: Python :: 3.8',
 'Programming Language :: Python :: 3.9',
 ],
)

شرح الحقول الرئيسية:

• name: اسم الحزمة الخاصة بك. هذا هو الاسم الذي سيستخدمه المستخدمون لتثبيت الحزمة الخاصة بك (مثل pip install my_package).
• version: رقم إصدار الحزمة الخاصة بك. اتبع الإصدار الدلالي (SemVer) لممارسات الإصدار المتسقة (مثل 0.1.0، 1.0.0، 2.5.1).
• description: وصف موجز للحزمة الخاصة بك.
• long_description: وصف تفصيلي للحزمة الخاصة بك. غالبًا ما تتم قراءة هذا من ملف README.md.
• url: عنوان URL للصفحة الرئيسية للحزمة أو المستودع.
• author: اسم مؤلف الحزمة.
• author_email: عنوان البريد الإلكتروني لمؤلف الحزمة.
• license: الترخيص الذي يتم بموجبه توزيع الحزمة الخاصة بك (مثل MIT، Apache 2.0، GPL).
• packages: قائمة بالحزم المراد تضمينها في التوزيع الخاص بك. find_packages() يعثر تلقائيًا على جميع الحزم في مشروعك.
• install_requires: قائمة بالتبعيات التي تتطلبها الحزمة الخاصة بك. سيقوم pip تلقائيًا بتثبيت هذه التبعيات عند تثبيت الحزمة الخاصة بك.
• classifiers: البيانات الوصفية التي تساعد المستخدمين في العثور على الحزمة الخاصة بك على PyPI (فهرس حزم Python). تصف هذه المصنفات حالة التطوير والجمهور المستهدف والترخيص وإصدارات Python المدعومة.

3. تثبيت wheel

إذا لم تكن حزمة wheel مثبتة لديك، فيمكنك تثبيتها باستخدام pip:

pip install wheel

4. بناء حزمة Wheel

انتقل إلى الدليل الجذر لمشروعك (حيث يوجد setup.py) وقم بتشغيل الأمر التالي:

python setup.py bdist_wheel

سيؤدي هذا الأمر إلى إنشاء دليل dist يحتوي على حزمة Wheel (ملف .whl) وتوزيع مصدر (ملف .tar.gz).

5. تحديد موقع ملف Wheel

سيتم تحديد موقع ملف Wheel الذي تم إنشاؤه في الدليل dist. سيتبع اسمه التنسيق package_name-version-pyXX-none-any.whl، حيث:

• package_name: اسم الحزمة الخاصة بك.
• version: رقم إصدار الحزمة الخاصة بك.
• pyXX: إصدار Python الذي تتوافق معه الحزمة (مثل py37 لـ Python 3.7).
• none: يشير إلى أن الحزمة ليست خاصة بمنصة معينة.
• any: يشير إلى أن الحزمة متوافقة مع أي بنية.

بالنسبة إلى wheels الخاصة بالنظام الأساسي، سيتم استبدال العلامتين none و any بمعرفات النظام الأساسي والبنية (مثل win_amd64 لنظام التشغيل Windows 64 بت).

6. اختبار حزمة Wheel

قبل توزيع حزمة Wheel الخاصة بك، من الضروري اختبارها للتأكد من تثبيتها بشكل صحيح. يمكنك القيام بذلك باستخدام pip:

pip install dist/my_package-0.1.0-py39-none-any.whl

استبدل dist/my_package-0.1.0-py39-none-any.whl بالمسار الفعلي إلى ملف Wheel الخاص بك.

7. توزيع حزمة Wheel الخاصة بك

بمجرد إنشاء حزمة Wheel واختبارها، يمكنك توزيعها عبر قنوات مختلفة:

• PyPI (فهرس حزم Python): الطريقة الأكثر شيوعًا لتوزيع حزم Python. يمكنك تحميل حزمة Wheel الخاصة بك إلى PyPI باستخدام twine.
• فهرس الحزم الخاص: للاستخدام الداخلي داخل المؤسسة، يمكنك إعداد فهرس حزم خاص باستخدام أدوات مثل devpi أو Artifactory.
• التوزيع المباشر: يمكنك أيضًا توزيع حزمة Wheel الخاصة بك مباشرة إلى المستخدمين عبر البريد الإلكتروني أو مشاركة الملفات أو وسائل أخرى.

التعامل مع امتدادات C و Wheels الخاصة بالنظام الأساسي

يتطلب إنشاء Wheels خاصة بالنظام الأساسي، وخاصة تلك التي تحتوي على امتدادات C، خطوات إضافية. فيما يلي نظرة عامة على العملية:

1. تجميع امتدادات C

يجب تجميع امتدادات C لكل نظام أساسي مستهدف. يتضمن هذا عادةً استخدام مترجم C (مثل GCC، MSVC) وأدوات بناء خاصة بالنظام الأساسي.

مثال: في نظام التشغيل Windows، ستحتاج إلى استخدام مترجم Microsoft Visual C++ لإنشاء امتدادات C. في نظام التشغيل Linux، ستستخدم عادةً GCC.

2. استخدام cffi أو Cython

يمكن لأدوات مثل cffi و Cython تبسيط عملية إنشاء امتدادات C. يسمح لك cffi باستدعاء كود C مباشرة من Python دون كتابة كود C بنفسك، بينما يسمح لك Cython بكتابة كود يشبه C يتم تجميعه في امتدادات C.

3. تحديد التبعيات الخاصة بالنظام الأساسي

في ملف setup.py الخاص بك، يمكنك تحديد التبعيات الخاصة بالنظام الأساسي باستخدام المعلمات setup_requires و install_requires. يتيح لك ذلك تحديد تبعيات مختلفة لأنظمة أساسية مختلفة.

مثال:

from setuptools import setup, Extension
import platform

if platform.system() == 'Windows':
 extra_compile_args = ['/O2', '/EHsc']
else:
 extra_compile_args = ['-O3']

setup(
 name='my_package',
 version='0.1.0',
 ext_modules=[
 Extension(
 'my_package.my_extension',
 ['my_package/my_extension.c'],
 extra_compile_args=extra_compile_args,
 ),
 ],
)

4. بناء Wheels الخاصة بالنظام الأساسي

لبناء Wheels خاصة بالنظام الأساسي، ستحتاج إلى استخدام بيئة البناء المناسبة لكل نظام أساسي مستهدف. قد يتضمن ذلك استخدام الأجهزة الظاهرية أو تقنيات الحاويات مثل Docker.

مثال: لبناء Wheel لنظام التشغيل Windows 64 بت، ستحتاج إلى تشغيل عملية البناء على نظام Windows 64 بت مع تثبيت مترجم Microsoft Visual C++.

أفضل الممارسات لإنشاء حزمة Wheel

يضمن اتباع أفضل الممارسات أن تكون حزم Wheel الخاصة بك موثوقة وقابلة للصيانة وسهلة الاستخدام. فيما يلي بعض التوصيات الرئيسية:

1. استخدم الإصدار الدلالي (SemVer)

اتبع الإصدار الدلالي (SemVer) لممارسات الإصدار المتسقة. يستخدم SemVer رقم إصدار مكون من ثلاثة أجزاء (MAJOR.MINOR.PATCH) للإشارة إلى نوع التغييرات في كل إصدار.

• MAJOR: يشير إلى تغييرات API غير متوافقة.
• MINOR: يشير إلى ميزات جديدة متوافقة مع الإصدارات السابقة.
• PATCH: يشير إلى إصلاحات الأخطاء المتوافقة مع الإصدارات السابقة.

مثال: سيؤدي تغيير معلمات الدالة بطريقة تتعارض مع التعليمات البرمجية الحالية إلى تبرير زيادة الإصدار الرئيسية (مثل من 1.0.0 إلى 2.0.0). ستؤدي إضافة دالة جديدة دون تغيير الدوال الحالية إلى تبرير زيادة الإصدار الثانوي (مثل من 1.0.0 إلى 1.1.0). سيؤدي إصلاح خطأ إلى تبرير زيادة إصدار التصحيح (مثل من 1.0.0 إلى 1.0.1).

2. قم بتضمين ملف README.md

قم بتضمين ملف README.md يوفر وصفًا تفصيليًا للحزمة الخاصة بك، بما في ذلك إرشادات التثبيت وأمثلة الاستخدام وإرشادات المساهمة. يساعد هذا المستخدمين على فهم كيفية استخدام الحزمة الخاصة بك ويشجع المساهمات.

3. اكتب وثائق واضحة وموجزة

اكتب وثائق واضحة وموجزة لحزمتك، بما في ذلك وثائق API والبرامج التعليمية والأمثلة. استخدم أدوات مثل Sphinx أو Read the Docs لإنشاء وثائق من تعليقات التعليمات البرمجية الخاصة بك.

4. استخدم ترخيصًا

اختر ترخيصًا لحزمتك يحدد بوضوح الشروط التي يمكن بموجبها استخدامها وتعديلها وتوزيعها. تتضمن التراخيص الشائعة MIT و Apache 2.0 و GPL.

5. اختبر الحزمة الخاصة بك بدقة

اختبر الحزمة الخاصة بك بدقة باستخدام أدوات الاختبار الآلية مثل pytest أو unittest. اكتب اختبارات الوحدة واختبارات التكامل واختبارات شاملة للتأكد من أن الحزمة الخاصة بك تعمل بشكل صحيح في سيناريوهات مختلفة.

6. استخدم التكامل المستمر (CI)

استخدم أدوات التكامل المستمر (CI) مثل GitHub Actions أو GitLab CI أو Jenkins لإنشاء حزمتك واختبارها تلقائيًا متى تم إجراء تغييرات على قاعدة التعليمات البرمجية. يساعد هذا في اكتشاف الأخطاء مبكرًا ويضمن أن الحزمة الخاصة بك دائمًا في حالة عمل.

7. قم بتوقيع حزمك

قم بتوقيع حزمك للتحقق من صحتها وسلامتها. يساعد هذا في منع الجهات الخبيثة من توزيع الحزم التي تم التلاعب بها. استخدم أدوات مثل gpg أو keyring لتوقيع حزمك.

تقنيات Wheel المتقدمة

للحالات الأكثر تقدمًا، ضع في اعتبارك هذه التقنيات:

1. استخدام build

توفر حزمة build طريقة حديثة وموحدة لإنشاء حزم Python. وهي تدعم كلاً من Wheel وتوزيعات المصدر وتوفر واجهة أبسط من setuptools.

pip install build
python -m build

2. عمليات التثبيت القابلة للتحرير

تتيح لك عمليات التثبيت القابلة للتحرير تثبيت حزمة بطريقة ترتبط مباشرة بالكود المصدري. هذا مفيد للتطوير، حيث تنعكس التغييرات في الكود المصدري على الفور في الحزمة المثبتة دون الحاجة إلى إعادة تثبيتها.

pip install -e .

3. تخصيص عملية البناء

يمكنك تخصيص عملية البناء عن طريق تحديد نصوص بناء مخصصة أو استخدام أنظمة بناء مثل Meson أو CMake. يتيح لك ذلك التعامل مع سيناريوهات بناء أكثر تعقيدًا، مثل إنشاء امتدادات C بعلامات مترجم محددة أو الربط بالمكتبات الخارجية.

4. استخدام auditwheel

تستخدم أداة auditwheel لتدقيق وإصلاح Linux Wheels التي تحتوي على مكتبات مشتركة. وهي تضمن أن Wheel يحتوي على جميع التبعيات الضرورية للتشغيل على مجموعة واسعة من توزيعات Linux.

pip install auditwheel
auditwheel repair dist/my_package-0.1.0-py39-linux_x86_64.whl

الخلاصة

يعد تنسيق توزيع Wheel أداة أساسية لمطوري Python الذين يهدفون إلى توزيع حزم فعالة وموثوقة وآمنة. من خلال اتباع الخطوات الموضحة في هذا الدليل واعتماد أفضل الممارسات، يمكنك إنشاء حزم Wheel التي تبسط عملية التثبيت، وتقلل التبعيات على أدوات البناء، وتحسن تجربة المستخدم الإجمالية. سواء كنت تقوم بتوزيع حزم على مجتمع مفتوح المصدر أو نشر تطبيقات داخلية، فإن فهم تنسيق Wheel واستخدامه يمثل مهارة قيمة لأي مطور Python. مع استمرار تطور Python، فإن تبني ممارسات التعبئة الحديثة مثل Wheel يضمن بقاء مشاريعك متاحة وقابلة للصيانة لجمهور عالمي.

من خلال تبني هذه الممارسات، فإنك تساهم في نظام Python البيئي الأكثر قوة وإمكانية الوصول على مستوى العالم.