NixOS 与 Flakes

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模块化 NixOS 配置 ​

到这里整个系统的骨架基本就配置完成了，当前我们 /etc/nixos 中的系统配置结构应该如下：

$ tree
.
├── flake.lock
├── flake.nix
├── home.nix
└── configuration.nix
$ tree
.
├── flake.lock
├── flake.nix
├── home.nix
└── configuration.nix

下面分别说明下这四个文件的功能：

  • flake.lock: 自动生成的版本锁文件，它记录了整个 flake 所有输入的数据源、hash 值、版本号，确保系统可复现。
  • flake.nix: 入口文件，执行 sudo nixos-rebuild switch 时会识别并部署它。
  • configuration.nix: 在 flake.nix 中被作为系统模块导入，目前所有系统级别的配置都写在此文件中。
  • home.nix: 在 flake.nix 中被 home-manager 作为 ryan 用户的配置导入，也就是说它包含了 ryan 这个用户的所有 Home Manager 配置，负责管理其 Home 文件夹。

通过修改上面几个配置文件就可以实现对系统与 Home 目录状态的修改。 但是随着配置的增多，单纯依靠 configuration.nix 跟 home.nix 会导致配置文件臃肿，难以维护。 更好的解决方案是通过 Nix 的模块机制，将配置文件拆分成多个模块，分门别类地编写维护。

在前面的 Nix 语法一节有介绍过：「import 的参数如果为文件夹路径，那么会返回该文件夹下的 default.nix 文件的执行结果」，实际 Nix 还提供了一个 imports 参数，它可以接受一个 .nix 文件列表，并将该列表中的所有配置合并（Merge）到当前的 attribute set 中。注意这里的用词是「合并」，它表明 imports 如果遇到重复的配置项，不会简单地按执行顺序互相覆盖，而是更合理地处理。比如说我在多个 modules 中都定义了 program.packages = [...]，那么 imports 会将所有 modules 中的 program.packages 这个 list 合并。不仅 list 能被正确合并，attribute set 也能被正确合并，具体行为各位看官可以自行探索。

我只在 nixpkgs-unstable 官方手册 - evalModules parameters 中找到一句关于 imports 的描述：A list of modules. These are merged together to form the final configuration.，可以意会一下...（Nix 的文档真的一言难尽...这么核心的参数文档就这么一句...）

我们可以借助 imports 参数，将 home.nix 与 configuration.nix 拆分成多个 .nix 文件。

推荐一个非常好的模块化配置的例子，可以参考一下：

再举个更复杂一点的例子，如下是我之前 i3wm 配置的目录结构 ryan4yin/nix-config/i3-kickstarter：

shell
├── flake.lock
├── flake.nix
├── home
│   ├── default.nix         # 在这里通过 imports = [...] 导入所有子模块
│   ├── fcitx5              # fcitx5 中文输入法设置，我使用了自定义的小鹤音形输入法
│   │   ├── default.nix
│   │   └── rime-data-flypy
│   ├── i3                  # i3wm 桌面配置
│   │   ├── config
│   │   ├── default.nix
│   │   ├── i3blocks.conf
│   │   ├── keybindings
│   │   └── scripts
│   ├── programs
│   │   ├── browsers.nix
│   │   ├── common.nix
│   │   ├── default.nix   # 在这里通过 imports = [...] 导入 programs 目录下的所有 nix 文件
│   │   ├── git.nix
│   │   ├── media.nix
│   │   ├── vscode.nix
│   │   └── xdg.nix
│   ├── rofi              #  rofi 应用启动器配置，通过 i3wm 中配置的快捷键触发
│   │   ├── configs
│   │   │   ├── arc_dark_colors.rasi
│   │   │   ├── arc_dark_transparent_colors.rasi
│   │   │   ├── power-profiles.rasi
│   │   │   ├── powermenu.rasi
│   │   │   ├── rofidmenu.rasi
│   │   │   └── rofikeyhint.rasi
│   │   └── default.nix
│   └── shell             # shell 终端相关配置
│       ├── common.nix
│       ├── default.nix
│       ├── nushell
│       │   ├── config.nu
│       │   ├── default.nix
│       │   └── env.nu
│       ├── starship.nix
│       └── terminals.nix
├── hosts
│   ├── msi-rtx4090      # PC 主机的配置
│   │   ├── default.nix                 # 这就是之前的 configuration.nix，不过大部分内容都拆出到 modules 了
│   │   └── hardware-configuration.nix  # 与系统硬件相关的配置，安装 nixos 时自动生成的
│   └── nixos-test       # 测试用的虚拟机配置
│       ├── default.nix
│       └── hardware-configuration.nix
├── modules          # 从 configuration.nix 中拆分出的一些通用配置
│   ├── i3.nix
│   └── system.nix
└── wallpaper.jpg    # 桌面壁纸，在 i3wm 配置中被引用
├── flake.lock
├── flake.nix
├── home
│   ├── default.nix         # 在这里通过 imports = [...] 导入所有子模块
│   ├── fcitx5              # fcitx5 中文输入法设置，我使用了自定义的小鹤音形输入法
│   │   ├── default.nix
│   │   └── rime-data-flypy
│   ├── i3                  # i3wm 桌面配置
│   │   ├── config
│   │   ├── default.nix
│   │   ├── i3blocks.conf
│   │   ├── keybindings
│   │   └── scripts
│   ├── programs
│   │   ├── browsers.nix
│   │   ├── common.nix
│   │   ├── default.nix   # 在这里通过 imports = [...] 导入 programs 目录下的所有 nix 文件
│   │   ├── git.nix
│   │   ├── media.nix
│   │   ├── vscode.nix
│   │   └── xdg.nix
│   ├── rofi              #  rofi 应用启动器配置，通过 i3wm 中配置的快捷键触发
│   │   ├── configs
│   │   │   ├── arc_dark_colors.rasi
│   │   │   ├── arc_dark_transparent_colors.rasi
│   │   │   ├── power-profiles.rasi
│   │   │   ├── powermenu.rasi
│   │   │   ├── rofidmenu.rasi
│   │   │   └── rofikeyhint.rasi
│   │   └── default.nix
│   └── shell             # shell 终端相关配置
│       ├── common.nix
│       ├── default.nix
│       ├── nushell
│       │   ├── config.nu
│       │   ├── default.nix
│       │   └── env.nu
│       ├── starship.nix
│       └── terminals.nix
├── hosts
│   ├── msi-rtx4090      # PC 主机的配置
│   │   ├── default.nix                 # 这就是之前的 configuration.nix，不过大部分内容都拆出到 modules 了
│   │   └── hardware-configuration.nix  # 与系统硬件相关的配置，安装 nixos 时自动生成的
│   └── nixos-test       # 测试用的虚拟机配置
│       ├── default.nix
│       └── hardware-configuration.nix
├── modules          # 从 configuration.nix 中拆分出的一些通用配置
│   ├── i3.nix
│   └── system.nix
└── wallpaper.jpg    # 桌面壁纸，在 i3wm 配置中被引用

Nix Flakes 对目录结构没有任何要求，你可以参考上面的例子，摸索出适合你自己的目录结构。其中关键点就是通过 imports 参数导入其他 .nix 文件。

lib.mkOverride, lib.mkDefault and lib.mkForce ​

你可能会发现有些人在 Nix 文件中使用 lib.mkDefault lib.mkForce 来定义值，顾名思义，lib.mkDefault 和 lib.mkForce 用于设置选项的默认值，或者强制设置选项的值。

直接这么说可能不太好理解，官方文档也没啥对这几个函数的详细解释，最直接的理解方法，是看源码。

开个新窗口，输入命令 nix repl -f '<nixpkgs>' 进入 REPL 解释器，然后输入 :e lib.mkDefault，就可以看到 lib.mkDefault 的源码了（不太懂 :e 是干啥的？请直接输入 :? 查看帮助信息学习下）。

源码截取如下：

nix
  # ......

  mkOverride = priority: content:
    { _type = "override";
      inherit priority content;
    };

  mkOptionDefault = mkOverride 1500; # priority of option defaults
  mkDefault = mkOverride 1000; # used in config sections of non-user modules to set a default
  mkImageMediaOverride = mkOverride 60; # image media profiles can be derived by inclusion into host config, hence needing to override host config, but do allow user to mkForce
  mkForce = mkOverride 50;
  mkVMOverride = mkOverride 10; # used by ‘nixos-rebuild build-vm’

  # ......
  # ......

  mkOverride = priority: content:
    { _type = "override";
      inherit priority content;
    };

  mkOptionDefault = mkOverride 1500; # priority of option defaults
  mkDefault = mkOverride 1000; # used in config sections of non-user modules to set a default
  mkImageMediaOverride = mkOverride 60; # image media profiles can be derived by inclusion into host config, hence needing to override host config, but do allow user to mkForce
  mkForce = mkOverride 50;
  mkVMOverride = mkOverride 10; # used by ‘nixos-rebuild build-vm’

  # ......

所以 lib.mkDefault 就是用于设置选项的默认值，它的优先级是 1000，而 lib.mkForce 则用于强制设置选项的值，它的优先级是 50。 如果你直接设置选项的值，那么它的优先级就是 1000（和 lib.mkDefault 一样）。

priority 的值越低，它实际的优先级就越高，所以 lib.mkForce 的优先级比 lib.mkDefault 高。 而如果你定义了多个优先级相同的值，Nix 会报错说存在参数冲突，需要你手动解决。

这几个函数在模块化 NixOS 配置中非常有用，因为你可以在低层级的模块（base module）中设置默认值，然后在高层级的模块（high-level module）中设置优先级更高的值。

举个例子，我在这里定义了一个默认值：https://github.com/ryan4yin/nix-config/blob/c515ea9/modules/nixos/core-server.nix#L32

nix
{ lib, pkgs, ... }:

{
  # ......

  nixpkgs.config.allowUnfree = lib.mkDefault false;

  # ......
}
{ lib, pkgs, ... }:

{
  # ......

  nixpkgs.config.allowUnfree = lib.mkDefault false;

  # ......
}

然后在桌面机器的配置中，我强制覆盖了默认值： https://github.com/ryan4yin/nix-config/blob/c515ea9/modules/nixos/core-desktop.nix#L18

nix
{ lib, pkgs, ... }:

{
  # 导入 base module
  imports = [
    ./core-server.nix
  ];

  # 覆盖 base module 中定义的默认值
  nixpkgs.config.allowUnfree = lib.mkForce true;

  # ......
}
{ lib, pkgs, ... }:

{
  # 导入 base module
  imports = [
    ./core-server.nix
  ];

  # 覆盖 base module 中定义的默认值
  nixpkgs.config.allowUnfree = lib.mkForce true;

  # ......
}

lib.mkOrder, lib.mkBefore 与 lib.mkAfter ​

lib.mkBefore 跟 lib.mkAfter 用于设置列表类型的合并顺序，它们跟 lib.mkDefault 和 lib.mkForce 一样，也被用于模块化配置。

前面说了如果你定义了多个优先级相同的值，Nix 会报错说存在参数冲突，需要你手动解决。

但是如果你定义的是列表类型的值，Nix 就不会报错了，因为 Nix 会把你定义的多个值合并成一个列表，而 lib.mkBefore 跟 lib.mkAfter 就是用于设置这个列表的合并顺序的。

还是先来看看源码，开个终端键入 nix repl -f '<nixpkgs>' 进入 REPL 解释器，然后输入 :e lib.mkBefore，就可以看到 lib.mkBefore 的源码了（不太懂 :e 是干啥的？请直接输入 :? 查看帮助信息学习下）。

nix
  # ......

  mkOrder = priority: content:
    { _type = "order";
      inherit priority content;
    };

  mkBefore = mkOrder 500;
  mkAfter = mkOrder 1500;

  # The default priority for things that don't have a priority specified.
  defaultPriority = 100;

  # ......
  # ......

  mkOrder = priority: content:
    { _type = "order";
      inherit priority content;
    };

  mkBefore = mkOrder 500;
  mkAfter = mkOrder 1500;

  # The default priority for things that don't have a priority specified.
  defaultPriority = 100;

  # ......

能看到 lib.mkBefore 只是个 lib.mkOrder 500 的别名，而 lib.mkAfter 则是个 lib.mkOrder 1500 的别名。

为了更直观地理解这两个函数，现在来创建一个 flake 测试下：

shell
# 使用如下内容创建一个 flake.nix 文件
› cat <<EOF | sudo tee flake.nix
{
  description = "Ryan's NixOS Flake";

  inputs = {
    nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-23.11";
  };

  outputs = { self, nixpkgs, ... }@inputs: {
    nixosConfigurations = {
      "nixos-test" = nixpkgs.lib.nixosSystem {
        system = "x86_64-linux";

        modules = [
          # demo module 1, 在列表头插入 git
          ({lib, pkgs, ...}: {
            environment.systemPackages = lib.mkBefore [pkgs.git];
          })

          # demo module 2, 在列表尾插入 vim
          ({lib, pkgs, ...}: {
            environment.systemPackages = lib.mkAfter [pkgs.vim];
          })

          # demo module 3, 添加 curl，但是不设置优先级
          ({lib, pkgs, ...}: {
            environment.systemPackages = with pkgs; [curl];
          })
        ];
      };
    };
  };
}
EOF

# 生成 flake.lock
› nix flake update

# 进入 nix REPL 解释器
› nix repl
Welcome to Nix 2.13.3. Type :? for help.

# 将我们刚刚创建好的 flake 加载到当前作用域中
nix-repl> :lf .
Added 9 variables.

# 检查下 systemPackages 的顺序，看看跟我们预期的是否一致
nix-repl> outputs.nixosConfigurations.nixos-test.config.environment.systemPackages
[ «derivation /nix/store/0xvn7ssrwa0ax646gl4hwn8cpi05zl9j-git-2.40.1.drv»
  «derivation /nix/store/7x8qmbvfai68sf73zq9szs5q78mc0kny-curl-8.1.1.drv»
  «derivation /nix/store/bly81l03kh0dfly9ix2ysps6kyn1hrjl-nixos-container.drv»
  ......
  ......
  «derivation /nix/store/qpmpvq5azka70lvamsca4g4sf55j8994-vim-9.0.1441.drv» ]
# 使用如下内容创建一个 flake.nix 文件
› cat <<EOF | sudo tee flake.nix
{
  description = "Ryan's NixOS Flake";

  inputs = {
    nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-23.11";
  };

  outputs = { self, nixpkgs, ... }@inputs: {
    nixosConfigurations = {
      "nixos-test" = nixpkgs.lib.nixosSystem {
        system = "x86_64-linux";

        modules = [
          # demo module 1, 在列表头插入 git
          ({lib, pkgs, ...}: {
            environment.systemPackages = lib.mkBefore [pkgs.git];
          })

          # demo module 2, 在列表尾插入 vim
          ({lib, pkgs, ...}: {
            environment.systemPackages = lib.mkAfter [pkgs.vim];
          })

          # demo module 3, 添加 curl，但是不设置优先级
          ({lib, pkgs, ...}: {
            environment.systemPackages = with pkgs; [curl];
          })
        ];
      };
    };
  };
}
EOF

# 生成 flake.lock
› nix flake update

# 进入 nix REPL 解释器
› nix repl
Welcome to Nix 2.13.3. Type :? for help.

# 将我们刚刚创建好的 flake 加载到当前作用域中
nix-repl> :lf .
Added 9 variables.

# 检查下 systemPackages 的顺序，看看跟我们预期的是否一致
nix-repl> outputs.nixosConfigurations.nixos-test.config.environment.systemPackages
[ «derivation /nix/store/0xvn7ssrwa0ax646gl4hwn8cpi05zl9j-git-2.40.1.drv»
  «derivation /nix/store/7x8qmbvfai68sf73zq9szs5q78mc0kny-curl-8.1.1.drv»
  «derivation /nix/store/bly81l03kh0dfly9ix2ysps6kyn1hrjl-nixos-container.drv»
  ......
  ......
  «derivation /nix/store/qpmpvq5azka70lvamsca4g4sf55j8994-vim-9.0.1441.drv» ]

能看到 systemPackages 的顺序是 git -> curl -> default packages -> vim，跟我们预期的一致。lib.mkBefore [pkgs.git] 确实是将 git 插入到了列表头，而 lib.mkAfter [pkgs.vim] 则是将 vim 插入到了列表尾。

虽然单纯调整 systemPackages 的顺序没什么用，但是在其他地方可能会有用...

References ​

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