פורמט הפצת Wheel: יצירת חבילות בינאריות לפייתון

האקוסיסטם של פייתון מסתמך במידה רבה על ניהול חבילות יעיל. אחד מעמודי התווך של אקוסיסטם זה הוא פורמט ההפצה Wheel, המזוהה לעיתים קרובות עם הסיומת .whl. מדריך זה צולל לעומק מורכבויותיו של פורמט Wheel, יתרונותיו, וכיצד ליצור חבילות בינאריות לפייתון, תוך פנייה למפתחים ברחבי העולם השואפים להפצת תוכנה חלקה ואמינה.

מהו פורמט Wheel?

פורמט Wheel הוא פורמט חבילה בנויה (built-package) עבור פייתון. הוא תוכנן להתקנה קלה יותר מאשר הפצות מקור (sdist). הוא משמש כתחליף לפורמט ה-egg הישן יותר, ופותר כמה מחסרונותיו. למעשה, זהו ארכיון ZIP עם מבנה ומטא-דאטה ספציפיים המאפשרים ל-pip ולכלי התקנה אחרים להתקין את החבילה במהירות מבלי צורך לבנות אותה ממקור.

מאפיינים עיקריים של Wheel

• אי-תלות בפלטפורמה (היכן שרלוונטי): ניתן לבנות Wheels עבור פלטפורמות וארכיטקטורות ספציפיות (למשל, Windows 64-bit, Linux x86_64) או שיהיו בלתי תלויים בפלטפורמה (Pure Python). זה מאפשר יצירת קבצים בינאריים מותאמים למערכות הפעלה שונות.
• התקנה קלה: פורמט Wheel כולל הפצות בנויות מראש, המצמצמות את הצורך בקומפילציה של קוד במהלך ההתקנה. זה מאיץ משמעותית את תהליך ההתקנה, במיוחד עבור חבילות עם הרחבות C או רכיבים מקומפלים אחרים.
• הכללת מטא-דאטה: Wheels מכילים את כל המטא-דאטה הנדרש על החבילה, כולל תלויות, מידע על גרסה, ונקודות כניסה. מטא-דאטה זה חיוני למנהלי חבילות כמו pip לניהול תלויות והתקנת החבילה כראוי.
• התקנה אטומית: pip מתקין חבילות מ-Wheels באופן אטומי. משמעות הדבר היא שההתקנה מסתיימת בהצלחה או חוזרת לאחור לחלוטין, ומונעת חבילות שהותקנו חלקית, אשר עלולות להוביל לחוסר עקביות.
• יכולת שחזור: Wheels משפרים את יכולת השחזור על ידי מתן ארטיפקט בנייה עקבי שניתן להתקין על פני סביבות מרובות מבלי לדרוש קומפילציה מחדש (בהנחה שהפלטפורמה היעד תואמת).

למה להשתמש ב-Wheels?

בחירה ב-Wheels על פני הפצות מקור מציעה יתרונות רבים, המייעלים את תהליך התקנת החבילה והפריסה. להלן פירוט של היתרונות העיקריים:

זמני התקנה מהירים יותר

אחד היתרונות המשמעותיים ביותר של Wheels הוא המהירות שלהם. על ידי אספקת הפצות בנויות מראש, Wheels מבטלים את הצורך בקומפילציה של קוד במהלך ההתקנה. זה מועיל במיוחד עבור חבילות עם הרחבות מקומפלות הכתובות בשפות C, C++, או שפות אחרות. דמיינו פריסה של ספריית מדעית מורכבת; שימוש ב-Wheel מקצר באופן דרמטי את זמן ההגדרה על מכונות משתמש קצה.

דוגמה: התקנת numpy ממקור יכולה לקחת מספר דקות, במיוחד על חומרה ישנה יותר. התקנה מ-Wheel אורכת בדרך כלל שניות.

צמצום התלות בכלי בנייה

התקנת חבילות ממקור דורשת לעיתים קרובות מהמשתמשים להחזיק את כלי הבנייה הדרושים (מהדרים, קבצי כותרת וכו') מותקנים על המערכת שלהם. זה יכול להוות מכשול כניסה, במיוחד עבור משתמשים שאינם בקיאים בפיתוח תוכנה. Wheels מבטלים תלות זו, והופכים את ההתקנה לפשוטה ונגישה יותר.

דוגמה: מדען נתונים במעבדת מחקר עשוי שלא להחזיק את המהדרים הדרושים לבניית חבילה ממקור. Wheel מאפשר לו להתקין את החבילה ישירות מבלי צורך להגדיר את הסביבה שלו.

אמינות משופרת

על ידי אספקת קבצים בינאריים בנויים מראש, Wheels מבטיחים שהחבילה מותקנת באופן עקבי על פני סביבות שונות. זה מצמצם את הסיכון לשגיאות התקנה עקב שינויים בתצורות מערכת או גרסאות כלי בנייה. עקביות זו חיונית עבור יישומים הדורשים התנהגות יציבה וצפויה.

דוגמה: יישום אינטרנט הנפרס על שרתים מרובים זקוק לגרסאות חבילה עקביות. שימוש ב-Wheels מבטיח שהבינאריים זהים מותקנים על כל שרת, ומצמצם את הסיכון לבעיות פריסה.

אבטחה משופרת

ניתן לחתום על Wheels כדי לאמת את מקוריותם ושלמותם. זה עוזר למנוע משחקנים זדוניים להפיץ חבילות שעברו שינויים. חתימת חבילות מספקת שכבת אבטחה נוספת, המבטיחה שהמשתמשים מתקינים תוכנה מהימנה.

דוגמה: ארגונים יכולים ליישם מדיניות המחייבת חתימה על כל החבילות לפני פריסתן לסביבות ייצור. זה מגן מפני התקפות שרשרת אספקה בהן מוחדר קוד זדוני לחבילות.

יצירת חבילות Wheel: מדריך שלב אחר שלב

יצירת חבילות Wheel היא תהליך פשוט הכולל שימוש בחבילות setuptools ו-wheel. להלן מדריך מפורט:

1. הגדרת הפרויקט שלך

ראשית, ודא שהפרויקט שלך בנוי כראוי. לפחות, תזדקק לקובץ setup.py ולקוד המקור של החבילה שלך.

דוגמה למבנה פרויקט:

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

2. קובץ setup.py

קובץ setup.py הוא ליבת הפרויקט שלך. הוא מכיל את המטא-דאטה על החבילה שלך ומגדיר כיצד יש לבנות ולהתקין אותה. להלן דוגמה לקובץ 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',
 ],
)

הסבר לשדות עיקריים:

• name: שם החבילה שלך. זה השם שמשתמשים ישתמשו בו להתקנת החבילה שלך (למשל, pip install my_package).
• version: מספר הגרסה של החבילה שלך. עקוב אחר גרסאות סמנטיות (SemVer) לנהלי גרסאות עקביים (למשל, 0.1.0, 1.0.0, 2.5.1).
• description: תיאור קצר של החבילה שלך.
• long_description: תיאור מפורט של החבילה שלך. זה נקרא לעיתים קרובות מקובץ README.md.
• url: כתובת ה-URL של דף הבית או מאגר החבילה שלך.
• author: שם מחבר החבילה.
• author_email: כתובת הדוא"ל של מחבר החבילה.
• license: הרישיון תחתיו מופצת החבילה שלך (למשל, MIT, Apache 2.0, GPL).
• packages: רשימת חבילות לכלול בהפצה שלך. find_packages() מוצא אוטומטית את כל החבילות בפרויקט שלך.
• install_requires: רשימת תלויות שהחבילה שלך דורשת. pip יתקין אוטומטית תלויות אלו כאשר החבילה שלך תותקן.
• classifiers: מטא-דאטה המסייע למשתמשים למצוא את החבילה שלך ב-PyPI (Python Package Index). מסווגים אלה מתארים את סטטוס הפיתוח, קהל היעד, הרישיון וגרסאות הפייתון הנתמכות.

3. התקנת wheel

אם חבילת wheel אינה מותקנת אצלך, תוכל להתקין אותה באמצעות pip:

pip install wheel

4. בניית חבילת Wheel

נווט לספריית השורש של הפרויקט שלך (שם קובץ setup.py נמצא) והפעל את הפקודה הבאה:

python setup.py bdist_wheel

פקודה זו תיצור ספרייה dist המכילה את חבילת ה-Wheel (קובץ .whl) והפצת מקור (קובץ .tar.gz).

5. איתור קובץ ה-Wheel

קובץ ה-Wheel שנוצר ימוקם בספרייה dist. שמו יעקוב אחר הפורמט package_name-version-pyXX-none-any.whl, כאשר:

• package_name: שם החבילה שלך.
• version: מספר הגרסה של החבילה שלך.
• pyXX: גרסת הפייתון שהחבילה תואמת אליה (למשל, py37 עבור Python 3.7).
• none: מציין שהחבילה אינה ספציפית לפלטפורמה.
• any: מציין שהחבילה תואמת לכל ארכיטקטורה.

עבור Wheels ספציפיים לפלטפורמה, התגים none ו-any יוחלפו במזהי פלטפורמה וארכיטקטורה (למשל, win_amd64 עבור Windows 64-bit).

6. בדיקת חבילת ה-Wheel

לפני הפצת חבילת ה-Wheel שלך, חיוני לבדוק אותה כדי לוודא שהיא מותקנת כראוי. תוכל לעשות זאת באמצעות pip:

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

החלף את dist/my_package-0.1.0-py39-none-any.whl בנתיב המלא לקובץ ה-Wheel שלך.

7. הפצת חבילת ה-Wheel שלך

לאחר שבנית ובדקת את חבילת ה-Wheel שלך, תוכל להפיץ אותה באמצעות ערוצים שונים:

• PyPI (Python Package Index): הדרך הנפוצה ביותר להפצת חבילות פייתון. תוכל להעלות את חבילת ה-Wheel שלך ל-PyPI באמצעות twine.
• אינדקס חבילות פרטי: לשימוש פנימי בארגון, תוכל להקים אינדקס חבילות פרטי באמצעות כלים כמו devpi או Artifactory.
• הפצה ישירה: תוכל גם להפיץ את חבילת ה-Wheel שלך ישירות למשתמשים באמצעות דוא"ל, שיתוף קבצים או אמצעים אחרים.

טיפול בהרחבות C ו-Wheels ספציפיים לפלטפורמה

יצירת Wheels ספציפיים לפלטפורמה, במיוחד כאלה המכילים הרחבות C, דורשת שלבים נוספים. להלן סקירה של התהליך:

1. קומפילציית הרחבות C

יש לקמפל הרחבות C עבור כל פלטפורמת יעד. זה בדרך כלל כרוך בשימוש במהדר C (למשל, GCC, MSVC) וכלי בנייה ספציפיים לפלטפורמה.

דוגמה: ב-Windows, תצטרך להשתמש במהדר Microsoft Visual C++ לבניית הרחבות C. בלינוקס, בדרך כלל תשתמש ב-GCC.

2. שימוש ב-cffi או Cython

כלים כמו cffi ו-Cython יכולים לפשט את תהליך יצירת הרחבות C. cffi מאפשר לך לקרוא לקוד C ישירות מפייתון מבלי לכתוב קוד C בעצמך, בעוד Cython מאפשר לך לכתוב קוד דמוי C אשר מקומפל להרחבות C.

3. הגדרת תלויות ספציפיות לפלטפורמה

בקובץ setup.py שלך, תוכל להגדיר תלויות ספציפיות לפלטפורמה באמצעות הפרמטרים setup_requires ו-install_requires. זה מאפשר לך לציין תלויות שונות עבור פלטפורמות שונות.

דוגמה:

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. בניית Wheels ספציפיים לפלטפורמה

כדי לבנות Wheels ספציפיים לפלטפורמה, תצטרך להשתמש בסביבת הבנייה המתאימה עבור כל פלטפורמת יעד. זה עשוי לכלול שימוש במכונות וירטואליות או טכנולוגיות קונטיינריזציה כמו Docker.

דוגמה: כדי לבנות Wheel עבור Windows 64-bit, תצטרך להפעיל את תהליך הבנייה במערכת Windows 64-bit עם מהדר Microsoft Visual C++ מותקן.

שיטות עבודה מומלצות ליצירת חבילות Wheel

מעקב אחר שיטות עבודה מומלצות מבטיח שחבילות ה-Wheel שלך יהיו אמינות, ניתנות לתחזוקה וקלות לשימוש. הנה כמה המלצות מרכזיות:

1. השתמש בגרסאות סמנטיות (SemVer)

עקוב אחר גרסאות סמנטיות (SemVer) לנהלי גרסאות עקביים. SemVer משתמש במספר גרסה בן שלוש חלקים (MAJOR.MINOR.PATCH) כדי לציין את סוג השינויים בכל שחרור.

• MAJOR: מציין שינויים שאינם תואמים ל-API.
• MINOR: מציין תכונות חדשות התואמות לאחור.
• PATCH: מציין תיקוני באגים התואמים לאחור.

דוגמה: שינוי פרמטרים של פונקציה באופן ששובר קוד קיים יצריך עלייה בגרסה ראשית (למשל, מ-1.0.0 ל-2.0.0). הוספת פונקציה חדשה מבלי לשנות את הקיימות תצריך עלייה בגרסה משנית (למשל, מ-1.0.0 ל-1.1.0). תיקון באג יצריך עלייה בגרסת תיקון (למשל, מ-1.0.0 ל-1.0.1).

2. כלול קובץ README.md

כלול קובץ README.md המספק תיאור מפורט של החבילה שלך, כולל הוראות התקנה, דוגמאות שימוש והנחיות לתרומה. זה עוזר למשתמשים להבין כיצד להשתמש בחבילה שלך ומעודד תרומות.

3. כתוב תיעוד ברור ותמציתי

כתוב תיעוד ברור ותמציתי עבור החבילה שלך, כולל תיעוד API, מדריכים ודוגמאות. השתמש בכלים כמו Sphinx או Read the Docs ליצירת תיעוד מהערות הקוד שלך.

4. השתמש ברישיון

בחר רישיון עבור החבילה שלך המגדיר בבירור את התנאים בהם ניתן להשתמש בה, לשנות אותה ולהפיץ אותה. רישיונות נפוצים כוללים MIT, Apache 2.0, ו-GPL.

5. בדוק את החבילה שלך ביסודיות

בדוק את החבילה שלך ביסודיות באמצעות כלי בדיקה אוטומטיים כמו pytest או unittest. כתוב בדיקות יחידה, בדיקות אינטגרציה ובדיקות מקצה לקצה כדי לוודא שהחבילה שלך עובדת כראוי בתרחישים שונים.

6. השתמש באינטגרציה רציפה (CI)

השתמש בכלי אינטגרציה רציפה (CI) כמו GitHub Actions, GitLab CI, או Jenkins לבנייה ובדיקה אוטומטיות של החבילה שלך בכל פעם שנעשים שינויים בבסיס הקוד. זה עוזר לתפוס באגים מוקדם ומבטיח שהחבילה שלך תמיד במצב עבודה.

7. חתום על החבילות שלך

חתום על החבילות שלך כדי לאמת את מקוריותן ושלמותן. זה עוזר למנוע משחקנים זדוניים להפיץ חבילות שעברו שינויים. השתמש בכלים כמו gpg או keyring לחתימה על החבילות שלך.

טכניקות Wheel מתקדמות

עבור מקרי שימוש מתקדמים יותר, שקול טכניקות אלה:

1. שימוש ב-build

החבילה build מספקת דרך מודרנית וסטנדרטית לבנות חבילות פייתון. היא תומכת הן ב-Wheel והן בהפצות מקור ומציעה ממשק פשוט יותר מאשר setuptools.

pip install build
python -m build

2. התקנות ניתנות לעריכה

התקנות ניתנות לעריכה מאפשרות לך להתקין חבילה באופן שמקשר ישירות לקוד המקור. זה שימושי לפיתוח, מכיוון ששינויים בקוד המקור באים לידי ביטוי מיידי בחבילה המותקנת מבלי צורך להתקין אותה מחדש.

pip install -e .

3. התאמה אישית של תהליך הבנייה

תוכל להתאים אישית את תהליך הבנייה על ידי הגדרת סקריפטים בנייה מותאמים אישית או שימוש במערכות בנייה כמו Meson או CMake. זה מאפשר לך לטפל בתרחישי בנייה מורכבים יותר, כגון בניית הרחבות C עם דגלי מהדר ספציפיים או קישור לספריות חיצוניות.

4. שימוש ב-auditwheel

הכלי auditwheel משמש לביקורת ותיקון של Linux Wheels המכילים ספריות משותפות. הוא מבטיח שה-Wheel מכיל את כל התלויות הדרושות להפעלה על מגוון רחב של הפצות לינוקס.

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

מסקנה

פורמט ההפצה Wheel הוא כלי חיוני עבור מפתחי פייתון השואפים להפצת חבילות יעילה, אמינה ובטוחה. על ידי מעקב אחר השלבים המתוארים במדריך זה ואימוץ שיטות עבודה מומלצות, תוכל ליצור חבילות Wheel המייעלות את תהליך ההתקנה, מפחיתות תלויות בכלי בנייה ומשפרות את חווית המשתמש הכללית. בין אם אתה מפיץ חבילות לקהילת הקוד הפתוח או פורס יישומים פנימיים, הבנה ושימוש בפורמט Wheel הוא מיומנות יקרת ערך עבור כל מפתח פייתון. ככל שפייתון ממשיכה להתפתח, אימוץ שיטות אריזה מודרניות כמו Wheel מבטיח שהפרויקטים שלך יישארו נגישים וניתנים לתחזוקה עבור קהל עולמי.

על ידי אימוץ פרקטיקות אלו, אתה תורם לאקוסיסטם פייתון חזק ונגיש יותר ברחבי העולם.