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added ianc tweaks to tbzr strategy doc

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Lines of Context:
1
1
Bazaar Windows Shell Extension Options
2
 
========================================
 
2
======================================
3
3
 
4
4
.. contents:: :local:
5
5
 
6
6
Introduction
7
7
------------
8
8
 
9
 
This document details the imlpementation strategy chosen for the
 
9
This document details the implementation strategy chosen for the
10
10
Bazaar Windows Shell Extensions, otherwise known as TortoiseBzr, or TBZR.
11
11
As justification for the strategy, it also describes the general architecture
12
12
of Windows Shell Extensions, then looks at the C++ implemented TortoiseSvn
13
13
and the Python implemented TortoiseBzr, and discusses alternative
14
14
implementation strategies, and the reasons they were not chosen.
15
15
 
16
 
The following points summarize the  strategy.
 
16
The following points summarize the  strategy:
17
17
 
18
18
* Main shell extension code will be implemented in C++, and be as thin as
19
19
  possible.  It will not directly do any VCS work, but instead will perform
41
41
loaded by the Windows shell. There is no facility for shell extensions to
42
42
exist in a separate process - DLLs are the only option, and they are loaded
43
43
into other processes which take advantage of the Windows shell (although
44
 
obviously this DLL is free to do whatever it likes)
 
44
obviously this DLL is free to do whatever it likes).
45
45
 
46
46
For the sake of this discussion, there are 2 categories of shell extensions:
47
47
 
66
66
example, when notepad.exe first starts with an empty file it is using around
67
67
3.5MB of RAM. As soon as the FileOpen dialog is loaded, TortoiseSvn loads
68
68
well over 20 additional DLLs, including the MSVC8 runtime, into the Notepad
69
 
process causing its memory usage to more than double - all without doing
70
 
anything tortoise specific at all.
 
69
process causing its memory usage (as reported by task manager) to more than
 
70
double - all without doing anything tortoise specific at all. (In fairness,
 
71
this illustration is contrived - the code from these DLLs are already in
 
72
memory and there is no reason to suggest TSVN adds any other unreasonable
 
73
burden - but the general point remains valid.)
71
74
 
72
75
This has wide-ranging implications. It means that such shell extensions
73
76
should be developed using a tool which can never cause conflict with
78
81
conflict badly with other Python implemented applications (and will certainly
79
82
kill them in some situations). A similar issue exists with GUI toolkits used
80
83
- using (say) PyGTK directly in the shell extension would need to be avoided
81
 
(which it currently is best I can tell). It should also be obvious the shell
82
 
extension will be in many processes simultaneously, meaning use of a simple
83
 
log-file etc is problematic.
 
84
(which it currently is best I can tell). It should also be obvious that the
 
85
shell extension will be in many processes simultaneously, meaning use of a
 
86
simple log-file (for example) is problematic.
84
87
 
85
88
In practice, there is only 1 truly safe option - a low-level language (such
86
89
as C/C++) which makes use of only the win32 API, and a static version of the
87
 
C runtime library if necessary. Obviously, this sucks from our POV :)
 
90
C runtime library if necessary. Obviously, this sucks from our POV. :)
88
91
 
89
92
[1]: http://blogs.msdn.com/oldnewthing/archive/2006/12/18/1317290.aspx
90
93
 
91
94
Analysis of TortoiseSVN code
92
 
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
95
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
93
96
 
94
97
TortoiseSVN is implemented in C++. It relies on an external process to
95
 
perform most UI (such as diff, log, commit etc commands), but it appears to
 
98
perform most UI (such as diff, log, commit etc.) commands, but it appears to
96
99
directly embed the SVN C libraries for the purposes of obtaining status for
97
100
icon overlays, context menu, drag&drop, etc.
98
101
 
99
102
The use of an external process to perform commands is fairly simplistic in
100
 
terms of parent and modal windows - for example, when selecting "Commit", a
 
103
terms of parent and modal windows. For example, when selecting "Commit", a
101
104
new process starts and *usually* ends up as the foreground window, but it may
102
105
occasionally be lost underneath the window which created it, and the user may
103
106
accidently start many processes when they only need 1. Best I can tell, this
108
111
directly needed by the shell are part of the "shell extension" and the rest
109
112
of TortoiseSvn is "just" a fairly large GUI application implementing many
110
113
commands. The command-line to the app has even been documented for people who
111
 
wish to automate tasks using that GUI. This GUI appears to also be
112
 
implemented in C++ using Windows resource files.
 
114
wish to automate tasks using that GUI. This GUI is also implemented in C++
 
115
using Windows resource files.
113
116
 
114
 
TortoiseSvn appears to cache using a separate process, aptly named
115
 
TSVNCache.exe. It uses a named pipe to accept connections from other
116
 
processes for various operations. At this stage, it's still unclear exactly
117
 
what is fetched from the cache and exactly what the shell extension fetches
118
 
directly via the subversion C libraries. 
 
117
TortoiseSvn has an option (enabled by default) which enabled a cache using a
 
118
separate process, aptly named TSVNCache.exe. It uses a named pipe to accept
 
119
connections from other processes for various operations. When enabled, TSVN
 
120
fetches most (all?) status information from this process, but it also has the
 
121
option to talk directly to the VCS, along with options to disable functionality
 
122
in various cases.
119
123
 
120
124
There doesn't seem to be a good story for logging or debugging - which is
121
 
what you expect from C++ based apps :( Most of the heavy lifting is done by
 
125
what you expect from C++ based apps. :( Most of the heavy lifting is done by
122
126
the external application, which might offer better facilities.
123
 
 
 
127
 
124
128
Analysis of existing TortoiseBzr code
125
 
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
129
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
126
130
 
127
131
The existing code is actually quite cool given its history (SoC student,
128
132
etc), so this should not be taken as criticism of the implementer nor of the
129
 
implementation - indeed, many criticisms are also true of the TortoiseSvn
 
133
implementation. Indeed, many criticisms are also true of the TortoiseSvn
130
134
implementation - see above. However, I have attempted to list the bad things
131
135
rather than the good things so a clear future strategy can be agreed, with
132
136
all limitations understood.
158
162
and also error prone (it's possible the editor will check the file in,
159
163
meaning Windows explorer will be showing stale data). This may be possible to
160
164
address via file-system notifications, but a shared cache would be preferred
161
 
(although clearly more difficult to implement)
 
165
(although clearly more difficult to implement).
162
166
 
163
167
One tortoise port recently announced a technique for all tortoise ports to
164
168
share the same icon overlays to help work around a limitation in Windows on
165
 
the total number of overlays (its limited to 15, due to the number of bits
 
169
the total number of overlays (it's limited to 15, due to the number of bits
166
170
reserved in a 32bit int for overlays). TBZR needs to take advantage of that
167
171
(but to be fair, this overlay sharing technique was probably done after the
168
 
TBZR implementation)
 
172
TBZR implementation).
169
173
 
170
174
The current code appears to recursively walk a tree to check if *any* file in
171
175
the tree has changed, so it can reflect this in the parent directory status.
172
176
This is almost certainly an evil thing to do (Shell Extensions are optimized
173
177
so that a folder doesn't even need to look in its direct children for another
174
178
folder, let alone recurse for any reason at all. It may be a network mounted
175
 
drive that doesn't perform at all)
 
179
drive that doesn't perform at all.)
176
180
 
177
181
Although somewhat dependent on bzr itself, we need a strategy for binary
178
182
releases (ie, it assumes python.exe, etc) and integration into an existing
182
186
inexperienced with the language.
183
187
 
184
188
Detailed Implementation Strategy
185
 
---------------------------------
 
189
--------------------------------
186
190
 
187
191
We will create a hybrid Python and C++ implementation.  In this model, we
188
192
would still use something like TSVNCache.exe (this external
194
198
 
195
199
A pragmatic implementation strategy will be used to work towards the above
196
200
infrastructure - we will keep the shell extension implemented in Python - but
197
 
without using bzrlib. This would allow us to focus on this
 
201
without using bzrlib. This allows us to focus on this
198
202
shared-cache/remote-process infrastructure without immediately
199
203
re-implementing a shell extension in C++. Longer term, once the
200
204
infrastructure is in place and as optimized as possible, we can move to C++
202
206
share as much code as possible from TortoiseSvn, including overlay handlers.
203
207
 
204
208
External Command Processor
205
 
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
209
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
206
210
 
207
211
The external command application (ie, the app invoked by the shell extension
208
212
to perform commands) can remain as-is, and remain a "shell" for other
215
219
extension.
216
220
 
217
221
Performance considerations
218
 
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
222
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
219
223
 
220
224
As discussed above, the model used by Tortoise is that most "interesting"
221
225
things are done by external applications. Most Tortoise implementations
228
232
be built on that.
229
233
 
230
234
There are 2 aspects of the shell integration which are performance critical -
231
 
the "icon overlays" and "column providers"
 
235
the "icon overlays" and "column providers".
232
236
 
233
237
The short-story with Icon Overlays is that we need to register 12 global
234
238
"overlay providers" - one for each state we show. Each provider is called for
259
263
people, for example.
260
264
 
261
265
RPC options
262
 
~~~~~~~~~~~~
 
266
~~~~~~~~~~~
263
267
 
264
268
Due to the high number of calls for icon overlays, the RPC overhead must be
265
269
kept as low as possible. Due to the client side being implemented in C++,
282
286
appear sufficient to implement a prototype.
283
287
 
284
288
Vista versus XP
285
 
~~~~~~~~~~~~~~~~
 
289
~~~~~~~~~~~~~~~
286
290
 
287
291
Let's try and avoid an OS advocacy debate :) But it is probably true that
288
292
TBZR will, over its life, be used by more Vista computers than XP ones. In
298
302
external GUI apps themselves, etc) and see if a path forward does emerge for
299
303
Vista. We can re-evaluate this based on user feedback and more information
300
304
about features of the Vista property system.
301
 
 
302
 
Implementation plan:
303
 
--------------------
 
305
 
 
306
Reuse of TSVNCache?
 
307
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
308
 
 
309
The RPC mechanism and the tasks performed by the RPC server (rpc, file system
 
310
crawling and watching, device notifications, caching) are very similar to
 
311
those already implemented for TSVN and analysis of that code shows that
 
312
it is not particularly tied to any VCS model.  As a result, consideration
 
313
should be given to making the best use of this existing debugged and
 
314
optimized technology.
 
315
 
 
316
Discussions with the TSVN developers have indicated that they would prefer us
 
317
to fork their code rather than introduce complexity and instability into
 
318
their code by attempting to share it. See the follow-ups to
 
319
http://thread.gmane.org/gmane.comp.version-control.subversion.tortoisesvn.devel/32635/focus=32651
 
320
for details.
 
321
 
 
322
For background, the TSVNCache process is fairly sophisticated - but mainly in
 
323
areas not related to source control. It has had various performance tweaks
 
324
and is smart in terms of minimizing its use of resources when possible. The
 
325
'cloc' utility counts ~5000 lines of C++ code and weighs in just under 200KB
 
326
on disk (not including headers), so this is not a trivial application.
 
327
However, the code that is of most interest (the crawlers, watchers and cache)
 
328
are roughly ~2500 lines of C++. Most of the source files only depend lightly
 
329
on SVN specifics, so it would not be a huge job to make the existing code
 
330
talk to Bazaar. The code is thread-safe, but not particularly thread-friendly
 
331
(ie, fairly coarse-grained locks are taken in most cases).
 
332
 
 
333
In practice, this give us 2 options - "fork" or "port":
 
334
 
 
335
* Fork the existing C++ code, replacing the existing source-control code with
 
336
  code that talks to Bazaar. This would involve introducing a Python layer,
 
337
  but only at the layers where we need to talk to bzrlib. The bulk of the
 
338
  code would remain in C++.
 
339
 
 
340
  This would have the following benefits:
 
341
 
 
342
  - May offer significant performance advantages in some cases (eg, a
 
343
    cache-hit would never enter Python at all.)
 
344
 
 
345
  - Quickest time to a prototype working - the existing working code can be
 
346
    used quicker.
 
347
 
 
348
  And the following drawbacks:
 
349
 
 
350
  - More complex to develop. People wishing to hack on it must be on Windows,
 
351
    know C++ and own the most recent MSVC8.
 
352
 
 
353
  - More complex to build and package: people making binaries must be on
 
354
    Windows and have the most recent MSVC8.
 
355
 
 
356
  - Is tied to Windows - it would be impractical for this to be
 
357
    cross-platform, even just for test purposes (although parts of it
 
358
    obviously could).
 
359
 
 
360
* Port the existing C++ code to Python. We would do this almost
 
361
  "line-for-line", and attempt to keep many optimizations in place (or at
 
362
  least document what the optimizations were for ones we consider dubious).
 
363
  For the windows versions, pywin32 and ctypes would be leaned on - there
 
364
  would be no C++ at all.
 
365
 
 
366
  This would have the following benefits:
 
367
 
 
368
  - Only need Python and Python skills to hack on it.
 
369
 
 
370
  - No C++ compiler needed means easier to cut releases
 
371
 
 
372
  - Python makes it easier to understand and maintain - it should appear much
 
373
    less complex than the C++ version.
 
374
 
 
375
  And the following drawbacks:
 
376
 
 
377
  - Will be slower in some cases - eg, a cache-hit will involve executing
 
378
    Python code.
 
379
 
 
380
  - Will take longer to get a minimal system working. In practice this
 
381
    probably means the initial versions will not be as sophisticated.
 
382
 
 
383
Given the above, there are two issues which prevent Python being the clear
 
384
winner: (1) will it perform OK? (2) How much longer to a prototype?
 
385
 
 
386
My gut feeling on (1) is that it will perform fine, given a suitable Python
 
387
implementation. For example, Python code that simply looked up a dictionary
 
388
would be fast enough - so it all depends on how fast we can make our cache.
 
389
Re (2), it should be possible to have a "stub" process (did almost nothing in
 
390
terms of caching or crawling, but could be connected to by the shell) in a 8
 
391
hours, and some crawling and caching in 40. Note that this is separate from
 
392
the work included for the shell extension itself (the implementation of which
 
393
is largely independent of the TBZRCache implementation). So given the lack of
 
394
a deadline for any particular feature and the better long-term fit of using
 
395
Python, the conclusion is that we should "port" TSVN for bazaar.
 
396
 
 
397
Reuse of this code by Mercurial or other Python based VCS systems?
 
398
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
399
 
 
400
Incidentally, the hope is that this work can be picked up by the Mercurial
 
401
project (or anyone else who thinks it is of use). However, we will limit
 
402
ourselves to attempting to find a clean abstraction for the parts that talk
 
403
to the VCS (as good design would dictate regardless) and then try and assist
 
404
other projects in providing patches which work for both of us. In other
 
405
words, supporting multiple VCS systems is not an explicit goal at this stage,
 
406
but we would hope it is possible in the future.
 
407
 
 
408
Implementation plan
 
409
-------------------
304
410
 
305
411
The following is a high-level set of milestones for the implementation:
306
412
 
307
413
* Design the RPC mechanism used for icon overlays (ie, binary format used for
308
 
  communication)
 
414
  communication).
309
415
 
310
416
* Create Python prototype of the C++ "shim": modify the existing TBZR Python
311
417
  code so that all references to "bzrlib" are removed. Implement the client
314
420
 
315
421
* Create initial implementation of RPC server in Python. This will use
316
422
  bzrlib, but will also maintain a local cache to achieve the required
317
 
  performance. The initial implementation may even be single-threaded, just
318
 
  to keep synchronization issues to a minimum.
 
423
  performance. File crawling and watching will not be implemented at this
 
424
  stage, but caching will (although cache persistence might be skipped).
319
425
 
320
426
* Analyze performance of prototype. Verify that technique is feasible and
321
427
  will offer reasonable performance and user experience.
322
428
 
 
429
* Implement file watching, crawling etc by "porting" TSVNCache code to
 
430
  Python, as described above.
 
431
 
323
432
* Implement C++ shim: replace the Python prototype with a light-weight C++
324
 
  version. We would work from the current TSVN sources, including its new
325
 
  support for sharing icon overlays. Advice on if we should "fork" TSVN, or
326
 
  try and manage our own svn based branch in bazaar are invited.
 
433
  version. We will fork the current TSVN sources, including its new
 
434
  support for sharing icon overlays (although advice on how to setup this
 
435
  fork is needed!)
327
436
 
328
437
* Implement property pages and context menus in C++. Expand RPC server as
329
438
  necessary.
346
455
into various processes.
347
456
 
348
457
Although implementation simplicity is a key benefit to this option, it was
349
 
not chosen for various reasons; The use of Python means that there is a
 
458
not chosen for various reasons, e.g. the use of Python means that there is a
350
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larger chance of conflicting with existing applications, or even existing
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460
Python implemented shell extensions. It will also increase the memory usage
352
461
of all applications which use the shell. While this may create problems for a