nixos-and-flakes-book/docs/zh/development/intro.md
2023-07-06 11:34:38 +08:00

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# 在 NixOS 上进行开发工作
由于 NixOS 自身可复现的特性,它非常适合用于搭建开发环境。
但是如果你想直接将在其他发行版上的环境搭建经验用在 NixOS 上,可能会遇到许多问题,因为 NixOS 有自己的一套逻辑在,下面我们先对此稍作说明。
在 NixOS 上,全局环境中只建议安装一些通用的工具,比如 `git`、`vim`、`emacs`、`tmux`、`zsh` 等等,而各语言的开发环境,最好是每个项目都有一个独立的环境。
为了简便,你也可以考虑提前为常用语言创建一些通用的开发环境,在需要时切换进去。
总而言之NixOS 上的开发环境不应该装在全局,应该是一个个独立的项目环境,或许还带有一些通用的语言环境,但是它们都是完全隔离的,不会相互影响。
在本章中我们先学习一下 Nix Flakes 开发环境的实现原理,后面的章节再按使用场景介绍一些更具体的内容。
## 创建与使用开发环境
在 Nix Flakes 中,我们可以通过 `pkgs.mkShell { ... }` 来定义一个项目环境,通过 `nix develop` 来打开一个该开发环境的交互式 Bash Shell.
为了更好的使用上述两个功能,我们先来看看它们的原理。
[`pkgs.mkShell` 的源码](https://github.com/NixOS/nixpkgs/blob/master/pkgs/build-support/mkshell/default.nix)如下:
```nix
{ lib, stdenv, buildEnv }:
# A special kind of derivation that is only meant to be consumed by the
# nix-shell.
{ name ? "nix-shell"
, # a list of packages to add to the shell environment
packages ? [ ]
, # propagate all the inputs from the given derivations
inputsFrom ? [ ]
, buildInputs ? [ ]
, nativeBuildInputs ? [ ]
, propagatedBuildInputs ? [ ]
, propagatedNativeBuildInputs ? [ ]
, ...
}@attrs:
let
mergeInputs = name:
(attrs.${name} or [ ]) ++
(lib.subtractLists inputsFrom (lib.flatten (lib.catAttrs name inputsFrom)));
rest = builtins.removeAttrs attrs [
"name"
"packages"
"inputsFrom"
"buildInputs"
"nativeBuildInputs"
"propagatedBuildInputs"
"propagatedNativeBuildInputs"
"shellHook"
];
in
stdenv.mkDerivation ({
inherit name;
buildInputs = mergeInputs "buildInputs";
nativeBuildInputs = packages ++ (mergeInputs "nativeBuildInputs");
propagatedBuildInputs = mergeInputs "propagatedBuildInputs";
propagatedNativeBuildInputs = mergeInputs "propagatedNativeBuildInputs";
shellHook = lib.concatStringsSep "\n" (lib.catAttrs "shellHook"
(lib.reverseList inputsFrom ++ [ attrs ]));
phases = [ "buildPhase" ];
# ......
# when distributed building is enabled, prefer to build locally
preferLocalBuild = true;
} // rest)
```
可以看到 `pkgs.mkShell { ... }` 本质上就是一个特殊的 DerivationNix 包),它的 `name` `buildInputs` 等参数都是可自定义的,而 `shellHook` 则是一个特殊的参数,它会在 `nix develop` 进入该环境时被执行。
如下是一份 `flake.nix` 文件,它定义了一个 nodejs 18 的开发环境:
```nix
{
description = "A Nix-flake-based Node.js development environment";
inputs = {
nixpkgs.url = "github:nixos/nixpkgs/nixos-23.05";
};
outputs = { self , nixpkgs ,... }: let
# system should match the system you are running on
# system = "x86_64-linux";
system = "x86_64-darwin";
in {
devShells."${system}".default = let
pkgs = import nixpkgs {
inherit system;
overlays = [
(self: super: rec {
nodejs = super.nodejs-18_x;
pnpm = super.nodePackages.pnpm;
yarn = (super.yarn.override { inherit nodejs; });
})
];
};
in pkgs.mkShell {
# create an environment with nodejs-18_x, pnpm, and yarn
packages = with pkgs; [
node2nix
nodejs
pnpm
yarn
];
shellHook = ''
echo "node `${pkgs.nodejs}/bin/node --version`"
'';
};
};
}
```
建个空文件夹,将上面的配置保存为 `flake.nix`,然后执行 `nix develop`(或者更精确点,可以用 `nix develop .#default`),你会发现你已经进入了一个 nodejs 18 的开发环境,可以使用 `node` `npm` `pnpm` `yarn` 等命令了。而且刚进入时,`shellHook` 也被执行了,输出了当前 nodejs 的版本。
## 进入任何 Nix 包的构建环境
现在再来看看 `nix develop`,先读下 `nix develop --help` 输出的帮助文档:
```
Name
nix develop - run a bash shell that provides the build environment of a derivation
Synopsis
nix develop [option...] installable
# ......
```
可以看到 `nix develop` 接受的参数是 `installable`,这说明我们可以通过它进入任何一个 installable 的 Nix 包的开发环境,而不仅仅是 `pkgs.mkShell` 创建的环境。
默认情况下,`nix develop` 命令会尝试 flake outputs 中的如下属性:
- `devShells.<system>.default`
- `packages.<system>.default`
而如果我们通过 `nix develop /path/to/flake#<name>` 来指定了 flake 包地址以及 flake output name那么 `nix develop` 命令会尝试 flake outputs 中的如下属性:
- `devShells.<system>.<name>`
- `packages.<system>.<name>`
- `legacyPackages.<system>.<name>`
现在来尝试一下,首先测试下,确认我当前环境中没有 `c++` `g++` 这这些编译相关的命令:
```shell
ryan in 🌐 aquamarine in ~
c++
c++: command not found
ryan in 🌐 aquamarine in ~
g++
g++: command not found
```
现在通过 `nix develop` 进入到 `hello` 的构建环境,然后再次测试下:
```shell
# login to the build environment of the package `hello`
ryan in 🌐 aquamarine in ~
nix develop nixpkgs#hello
ryan in 🌐 aquamarine in ~ via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
env | grep CXX
CXX=g++
ryan in 🌐 aquamarine in ~ via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
c++ --version
g++ (GCC) 12.3.0
Copyright (C) 2022 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
ryan in 🌐 aquamarine in ~ via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
g++ --version
g++ (GCC) 12.3.0
Copyright (C) 2022 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
```
可以看到 `CXX` `CXXCPP` 环境变量已经被设置好了,而且 `c++` `g++` 等命令也可以正常使用了。
此外我们还可以正常调用 `hello` 这个 Nix 包的各构建阶段命令:
> 提前说明下,一个 Nix 包的所有构建阶段及其默认的执行顺序为:`$prePhases unpackPhase patchPhase $preConfigurePhases configurePhase $preBuildPhases buildPhase checkPhase $preInstallPhases installPhase fixupPhase installCheckPhase $preDistPhases distPhase $postPhases`
```shell
# 解压源码包
ryan in 🌐 aquamarine in /tmp/xxx via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
unpackPhase
unpacking source archive /nix/store/pa10z4ngm0g83kx9mssrqzz30s84vq7k-hello-2.12.1.tar.gz
source root is hello-2.12.1
setting SOURCE_DATE_EPOCH to timestamp 1653865426 of file hello-2.12.1/ChangeLog
ryan in 🌐 aquamarine in /tmp/xxx via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
ls
hello-2.12.1
ryan in 🌐 aquamarine in /tmp/xxx via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
cd hello-2.12.1/
# generate Makefile
ryan in 🌐 aquamarine in /tmp/xxx/hello-2.12.1 via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
configurePhase
configure flags: --prefix=/tmp/xxx/outputs/out --prefix=/tmp/xxx/outputs/out
checking for a BSD-compatible install... /nix/store/02dr9ymdqpkb75vf0v1z2l91z2q3izy9-coreutils-9.3/bin/install -c
checking whether build environment is sane... yes
checking for a thread-safe mkdir -p... /nix/store/02dr9ymdqpkb75vf0v1z2l91z2q3izy9-coreutils-9.3/bin/mkdir -p
checking for gawk... gawk
checking whether make sets $(MAKE)... yes
checking whether make supports nested variables... yes
checking for gcc... gcc
# ......
checking that generated files are newer than configure... done
configure: creating ./config.status
config.status: creating Makefile
config.status: creating po/Makefile.in
config.status: creating config.h
config.status: config.h is unchanged
config.status: executing depfiles commands
config.status: executing po-directories commands
config.status: creating po/POTFILES
config.status: creating po/Makefile
# build the package
ryan in 🌐 aquamarine in /tmp/xxx/hello-2.12.1 via C v12.3.0-gcc via ❄️ impure (hello-2.12.1-env) took 2s
buildPhase
build flags: SHELL=/run/current-system/sw/bin/bash
make all-recursive
make[1]: Entering directory '/tmp/xxx/hello-2.12.1'
# ......
ranlib lib/libhello.a
gcc -g -O2 -o hello src/hello.o ./lib/libhello.a
make[2]: Leaving directory '/tmp/xxx/hello-2.12.1'
make[1]: Leaving directory '/tmp/xxx/hello-2.12.1'
# run the built program
ryan in 🌐 aquamarine in /tmp/xxx/hello-2.12.1 via C v12.3.0-gcc via ❄️ impure (hello-2.12.1-env)
./hello
Hello, world!
```
这种用法的主要应用场景是调试某个 Nix 包的构建过程,或者在某个 Nix 包的构建环境中执行一些命令。
## `nix shell` 与 `nix run`
`nix develop` 相比,这两个命令就简单且好理解很多了。
`nix shell` 用于进入到一个含有指定 Nix 包的环境并为它打开一个交互式 shell
```shell
# hello 不存在
hello
hello: command not found
# 进入到一个含有 hello 的 shell 环境
nix shell nixpkgs#hello
# hello 可以用了
hello
Hello, world!
```
`nix run` 则是创建一个含有指定 Nix 包的环境,并在该环境中直接运行该 Nix 包(临时运行该程序,不将它安装到系统环境中):
```shell
# hello 不存在
hello
hello: command not found
# 创建一个含有 hello 的环境并运行它
nix run nixpkgs#hello
Hello, world!
```
因为 `nix run` 会直接将 Nix 包运行起来,所以作为其参数的 Nix 包必须能生成一个可执行程序。
根据 `nix run --help` 的说明,`nix run` 会执行 `<out>/bin/<name>` 这个命令,其中 `<out>` 是一个 Derivation 的根目录,`<name>` 则按如下顺序进行选择尝试:
- Derivation 的 `meta.mainProgram` 属性
- Derivation 的 `pname` 属性
- Derivation 的 `name` 属性中去掉版本号后的内容
比如说我们上面测试的包 hello`nix run` 实际会执行 `$out/bin/hello` 这个程序。
## References
- [pkgs.mkShell - nixpkgs manual](https://nixos.org/manual/nixpkgs/stable/#sec-pkgs-mkShell)
- [A minimal nix-shell](https://fzakaria.com/2021/08/02/a-minimal-nix-shell.html)
- [One too many shell, Clearing up with nix' shells nix shell and nix-shell - Yannik Sander](https://blog.ysndr.de/posts/guides/2021-12-01-nix-shells/)