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# 使用 Flakes 来管理你的 NixOS
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## 启用 NixOS 的 Flakes 支持 {#enable-nix-flakes}
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与 NixOS 默认的配置方式相比，Nix Flakes 提供了更好的可复现性，同时它清晰的包结构定义原生支持了以其他 Git 仓库为依赖，便于代码分享，因此更建议使用 Nix Flakes 来管理系统配置。
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但是目前 Nix Flakes 作为一个实验性的功能，仍未被默认启用。所以我们需要手动启用它，修改 `/etc/nixos/configuration.nix` 文件，在函数块中启用 flakes 与 nix-command 功能：
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```nix{15,18-19}
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# Edit this configuration file to define what should be installed on
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# your system. Help is available in the configuration.nix(5) man page
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# and in the NixOS manual (accessible by running ‘nixos-help’).
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{ config, pkgs, ... }:
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{
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imports =
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[ # Include the results of the hardware scan.
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./hardware-configuration.nix
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];
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# 省略掉前面的配置......
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# 启用 Nix Flakes 功能，以及配套的新 nix-command 命令行工具
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nix.settings.experimental-features = [ "nix-command" "flakes" ];
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environment.systemPackages = with pkgs; [
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git # Nix Flakes 通过 git 命令从数据源拉取依赖，所以必须先安装好 git
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vim
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wget
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curl
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];
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# 省略其他配置......
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}
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```
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然后运行 `sudo nixos-rebuild switch` 应用修改后，即可使用 Nix Flakes 来管理系统配置。
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额外还有个好处就是，现在你可以通过 `nix repl` 打开一个 nix 交互式环境，有兴趣的话，可以使用它复习测试一遍前面学过的所有 Nix 语法。
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## 将系统配置切换到 flake.nix {#switch-to-flake-nix}
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在启用了 Nix Flakes 特性后，`sudo nixos-rebuild switch` 命令会优先读取 `/etc/nixos/flake.nix` 文件，如果找不到再尝试使用 `/etc/nixos/configuration.nix`。
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可以首先使用官方提供的模板来学习 flake 的编写，先查下有哪些模板：
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```bash
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nix flake show templates
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```
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其中有个 `templates#full` 模板展示了所有可能的用法，可以看看它的内容：
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```bash
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nix flake init -t templates#full
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cat flake.nix
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```
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我们参照该模板创建文件 `/etc/nixos/flake.nix` 并编写好配置内容，后续系统的所有修改都将全部由 Nix Flakes 接管，示例内容如下：
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```nix
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{
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description = "Ryan's NixOS Flake";
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# 这是 flake.nix 的标准格式，inputs 是 flake 的依赖，outputs 是 flake 的输出
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# inputs 中的每一项依赖都会在被拉取、构建后，作为参数传递给 outputs 函数
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inputs = {
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# flake inputs 有很多种引用方式，应用最广泛的格式是:
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# github:owner/name/reference
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# 即 github 仓库地址 + branch/commit-id/tag
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# NixOS 官方软件源，这里使用 nixos-unstable 分支
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nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-unstable";
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# home-manager，用于管理用户配置
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home-manager = {
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url = "github:nix-community/home-manager/release-23.05";
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# `follows` 是 inputs 中的继承语法
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# 这里使 sops-nix 的 `inputs.nixpkgs` 与当前 flake 的
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# `inputs.nixpkgs` 保持一致，避免依赖的 nixpkgs 版本不一致导致问题
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inputs.nixpkgs.follows = "nixpkgs";
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};
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};
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# outputs 即 flake 的所有输出，其中的 nixosConfigurations 即 NixOS 系统配置
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# flake 有很多用途，也可以有很多不同的 outputs，nixosConfigurations 只是其中一种
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#
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# outputs 的参数都是 inputs 中定义的依赖项，可以通过它们的名称来引用。
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# 不过 self 是个例外，这个特殊参数指向 outputs 自身（自引用），以及 flake 根目录
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# 这里的 @ 语法将函数的参数 attribute set 取了个别名，方便在内部使用
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outputs = { self, nixpkgs, ... }@inputs: {
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# 名为 nixosConfigurations 的 outputs 会在执行 `sudo nixos-rebuild switch`
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# 时被使用，默认情况下上述命令会使用与主机 hostname 同名的 nixosConfigurations
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# 但是也可以通过 `--flake /path/to/flake/direcotry#nixos-test` 来指定
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# 在 flakes 配置文件夹中执行如下命令即可部署此配置：
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# sudo nixos-rebuild switch --flake .#nixos-test
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# 其中 --flake 后的参数简要说明如下：
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# 1. `.` 表示使用当前文件夹的 Flakes 配置，
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# 2. `#` 后面的内容则是 nixosConfigurations 的名称
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nixosConfigurations = {
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# hostname 为 nixos-test 的主机会使用这个配置
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# 这里使用了 nixpkgs.lib.nixosSystem 函数来构建配置，
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# 后面的 attributes set 是它的参数，在 nixos 系统上使用如下命令即可部署此配置：
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# nixos-rebuild switch --flake .#nixos-test
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"nixos-test" = nixpkgs.lib.nixosSystem {
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system = "x86_64-linux";
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# Nix 模块系统可将配置模块化，提升配置的可维护性
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#
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# modules 中每个参数，都是一个 Nix Module
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# nixpkgs manual 中有半份介绍它的文档：
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# <https://nixos.org/manual/nixpkgs/unstable/#module-system-introduction>
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# 说半份是因为它的文档不全，只有一些简单的介绍（Nix 文档现状...）
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#
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# Nix Module 可以是一个 attribute set，
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# 也可以是一个返回 attribute set 的函数，如果是函数，
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# 那么它的参数就是当前的 NixOS Module 的参数.
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#
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# 根据 Nix Wiki 对 Nix modules 的描述，默认情况下，
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# Nix Module 函数的参数可以有这几个：
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#
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# lib: nixpkgs 自带的函数库，提供了许多操作 Nix 表达式的实用函数
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# 详见 https://nixos.org/manual/nixpkgs/stable/#id-1.4
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# config: 当前 flake 的所有 config 参数的集何
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# options: 当前 flake 中所有 NixOS Modules 中定义的所有参数的集合
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# pkgs: 一个包含所有 nixpkgs 包的集合
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# 入门阶段可以认为它的默认值为 `nixpkgs.legacyPackages."${system}"`
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# 可通过 `nixpkgs.pkgs` 这个 option 来自定义 pkgs 的值
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# modulesPath: 默认 nixpkgs 的内置 Modules 文件夹路径，
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# 常用于从 nixpkgs 中导入一些额外的模块
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# 这个参数通常都用不到，我只在制作 iso 镜像时用到过
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#
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# 如果需要传其他非默认参数，就得使用 specialArgs，你可以取消注释如下这行来启用该参数
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# specialArgs = inputs # 将 inputs 中的参数传入所有子模块
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modules = [
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# 这里导入之前我们使用的 configuration.nix，这样旧的配置文件仍然能生效
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# 注: configuration.nix 本身也是一个 Nix Module，因此可以直接在这里导入
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./configuration.nix
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];
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};
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};
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};
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}
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```
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这里我们定义了一个名为 `nixos-test` 的系统，它的配置文件为 `./configuration.nix`，这个文件就是我们之前的配置文件，这样我们仍然可以沿用旧的配置。
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现在执行 `sudo nixos-rebuild switch` 应用配置，系统应该没有任何变化，因为我们仅仅是切换到了 Nix Flakes，配置内容与之前还是一致的。
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## 通过 Flakes 来管理系统软件 {#manage-system-software-with-flakes}
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切换完毕后，我们就可以通过 Flakes 来管理系统了。管系统最常见的需求就是装软件，我们在前面已经见识过如何通过 `environment.systemPackages` 来安装 `pkgs` 中的包，这些包都来自官方的 nixpkgs 仓库。
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现在我们学习下如何通过 Flakes 安装其他来源的软件包，这比直接安装 nixpkgs 要灵活很多，最显而易见的好处是你可以很方便地设定软件的版本。
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以 [helix](https://github.com/helix-editor/helix) 编辑器为例，我们首先需要在 `flake.nix` 中添加 helix 这个 inputs 数据源：
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```nix{10,20}
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{
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description = "NixOS configuration of Ryan Yin";
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# ......
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inputs = {
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# ......
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# helix editor, use tag 23.05
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helix.url = "github:helix-editor/helix/23.05";
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};
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outputs = inputs@{ self, nixpkgs, ... }: {
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nixosConfigurations = {
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nixos-test = nixpkgs.lib.nixosSystem {
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system = "x86_64-linux";
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# 将所有 inputs 参数设为所有子模块的特殊参数，
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# 这样就能在子模块中使用 helix 这个 inputs 了
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specialArgs = inputs;
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modules = [
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./configuration.nix
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];
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};
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};
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};
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}
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```
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接下来在 `configuration.nix` 中就能引用这个 flake input 数据源了：
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```nix{3,14-15}
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# Nix 会通过名称匹配，
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# 自动将 specialArgs 中的 helix 注入到此函数的第三个参数
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{ config, pkgs, helix, ... }:
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{
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# 省略掉前面的配置......
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environment.systemPackages = with pkgs; [
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git # Nix Flakes 通过 git 命令从数据源拉取依赖，所以必须先安装好 git
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vim
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wget
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curl
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# 这里从 helix 这个 inputs 数据源安装了 helix 程序
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helix.packages."${pkgs.system}".helix
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];
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# 省略其他配置......
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}
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```
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改好后再 `sudo nixos-rebuild switch` 部署，就能安装好 helix 程序了，可直接在终端使用 `hx` 命令测试验证。
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## 为 Flake 添加国内 cache 源 {#add-cache-source-for-flake}
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> 注意：这里介绍的手段只能加速部分包的下载，许多 inputs 数据源仍然会从 Github 拉取，另外如果找不到缓存，会执行本地构建，这通常仍然需要从国外下载源码与构建依赖，因此仍然会很慢。为了完全解决速度问题，仍然建议使用旁路由等局域网全局代理方案。
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Nix 为了加快包构建速度，提供了 <https://cache.nixos.org> 提前缓存构建结果提供给用户，但是在国内访问这个 cache 地址非常地慢，如果没有全局代理的话，基本上是无法使用的。
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另外 Flakes 的数据源基本都是某个 Github 仓库，在国内从 Github 下载 Flakes 数据源也同样非常非常慢。
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在旧的 NixOS 配置方式中，可以通过 `nix-channel` 命令添加国内的 cache 镜像源以提升下载速度，但是 Nix Flakes 会尽可能地避免使用任何系统级别的配置跟环境变量，以确保其构建结果不受环境的影响，因此在使用了 Flakes 后 `nix-channel` 命令就失效了。
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为了自定义 cache 镜像源，我们必须在 `flake.nix` 中添加相关配置，这就是 `nixConfig` 参数，示例如下：
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```nix{4-19}
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{
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description = "NixOS configuration of Ryan Yin";
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nixConfig = {
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experimental-features = [ "nix-command" "flakes" ];
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substituters = [
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# replace official cache with a mirror located in China
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"https://mirrors.bfsu.edu.cn/nix-channels/store"
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"https://cache.nixos.org/"
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];
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# nix community's cache server
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extra-substituters = [
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"https://nix-community.cachix.org"
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];
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extra-trusted-public-keys = [
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"nix-community.cachix.org-1:mB9FSh9qf2dCimDSUo8Zy7bkq5CX+/rkCWyvRCYg3Fs="
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];
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};
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inputs = {
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# 省略若干配置...
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};
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outputs = {
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||
# 省略若干配置...
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};
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||
}
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```
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改完后使用 `sudo nixos-rebuild switch` 应用配置即可生效，后续所有的包都会优先从国内镜像源查找缓存。
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