Nix 高级话题之 profile

version: nix-2.23.2

简述

Nix profile （用户环境， user environments） 是 Nix 实现不同用户拥有不同的环境，实现环境回滚的底层机制。

和 Nix profile 有关命令的主要由 nix-env、 nix-collect-garbage、 nix-channel。

本文将介绍 Nix profile 的原理以及 nix-env、 nix-collect-garbage 详细用法和示例。

（nix-channel 本文不做介绍，下一篇专门讨论）

原理

Nix 参考手册 - 6.1 Profiles

基本结构和相关命令

• nix 在使用 sh <(curl -L https://nixos.org/nix/install) --no-daemon 安装 Nix 时，会在用户的 shell profile （~/.profile） 中注入类似如下语句。

  if [ -e ~/.nix-profile/etc/profile.d/nix.sh ]; then . ~/.nix-profile/etc/profile.d/nix.sh; fi # added by Nix installer

  这个脚本主要设置了 PATH、MANPATH、XDG_DATA_DIRS 环境变量，让命令，man 可以识别 nix 安装的包。

• 执行 nix-env -iA nixpkgs.hello 安装一个包后，观察情况。

• 其中 ~/.nix-profile 是一个软链，单用户模式，该软链指向 ~/.local/state/nix/profiles/profile，而 ~/.local/state/nix/profiles/profile 也是一个软链，指向同目录的 profile-1-link，而最终 ~/.local/state/nix/profiles/profile-1-link 指向 nix store 中的一个 user-environments 目录，如 /nix/store/197xfcwzc2xk6wkjyblc37grnpc3k4xk-user-environment 。示意如下：

  ~/.nix-profile
    -> ~/.local/state/nix/profiles/profile
    -> ~/.local/state/nix/profiles/profile-2-link
    -> /nix/store/h1m8pdwqh0vj4xq6jr5cwlb21z9rprgb-user-environment

  • ~/.nix-profile 是整个 nix profile 的入口文件，nix-env --switch-profile 命令的职责就是改变这个软链的指向，详见下文。

  • ~/.local/state/nix/profiles 是单用户模式默认的 user profiles 的存储目录，包含一堆软链， nix-env --install|--remove|--rollback|--switch-generation、 nix-channel 等命令均会操作该目录，示意如下：

    channels -> channels-1-link
    channels-1-link -> /nix/store/197xfcwzc2xk6wkjyblc37grnpc3k4xk-user-environment
    profile -> profile-2-link
    profile-1-link -> /nix/store/mndsg7lyka8k7bsh3dxmrpk8rzcbkbr1-user-environment
    profile-2-link -> /nix/store/h1m8pdwqh0vj4xq6jr5cwlb21z9rprgb-user-environment

    • nix-env --install|--remove 完成安装卸载后，会生成一个新的 /nix/store/xxx-user-environment，然后创建一个 ~/.local/state/nix/profiles/profile-x-link 软链，然后更新 ~/.local/state/nix/profiles/profile 软链的指向。
    • nix-env --rollback|--switch-generation 执行后，将更新 ~/.local/state/nix/profiles/profile 的指向。
    • nix-channel 命令和 nix-env 类似，会更新 ~/.local/state/nix/profiles/channels 相关的文件，详见下一篇文章。

• 最终 ~/.nix-profile 将指向 /nix/store/xxx-user-environment，该目录就是 nix 存储用户环境的路径。其目录和常规 Linux 的 /usr/local 结构类似，示例如下：

  /nix/store/h1m8pdwqh0vj4xq6jr5cwlb21z9rprgb-user-environment
  ├── bin
  │   ├── hello -> /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1/bin/hello
  │   ├── nix -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix
  │   ├── nix-build -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-build
  │   ├── nix-channel -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-channel
  │   ├── nix-collect-garbage -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-collect-garbage
  │   ├── nix-copy-closure -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-copy-closure
  │   ├── nix-daemon -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-daemon
  │   ├── nix-env -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-env
  │   ├── nix-hash -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-hash
  │   ├── nix-instantiate -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-instantiate
  │   ├── nix-prefetch-url -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-prefetch-url
  │   ├── nix-shell -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-shell
  │   └── nix-store -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/bin/nix-store
  ├── etc -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/etc
  ├── lib -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib
  ├── libexec -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/libexec
  ├── manifest.nix -> /nix/store/kbhbbkqbyq1ii3y5hclzsbzir82v87js-env-manifest.nix
  └── share
      ├── bash-completion -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/share/bash-completion
      ├── fish -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/share/fish
      ├── info -> /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1/share/info
      ├── locale -> /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1/share/locale
      ├── man
      └── zsh -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/share/zsh

  • 安装的 hello 可执行文件在 bin/ 下存在一个软链。
  • ~/.profile 中 source 的 ~/.nix-profile/etc/profile.d/nix.sh 最终指向的就是该目录的 etc/profile.d/nix.sh 下。

  • manifest.nix 是一个 nix 代码文件，数据结构为 derivation[] （derivation 数组）， 记录了这个 profile 装的包列表的一些元信息，nix-env --query --installed 数据来源就是该文件，通过 nix-instantiate --strict --eval manifest.nix --json 可以以 json 格式，获取到安装的包存储路径，从而可以获取更多信息，示例如下：

    nix-env -q --installed --json --out-path --drv-path --description --meta
    nix-instantiate --strict --eval  ~/.nix-profile/manifest.nix --json
    # ["/nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1","/nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2"]
    nix-store --query --deriver /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1
    # /nix/store/c9v5d926q8d2cdb0jq6k3ybnxqdl3nb2-hello-2.12.1.drv 
    nix derivation show /nix/store/c9v5d926q8d2cdb0jq6k3ybnxqdl3nb2-hello-2.12.1.drv --extra-experimental-features nix-command
    nix derivation show /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1 --extra-experimental-features nix-command
    # 略

derivation outputs 和 profile

Multiple-output packages

# 安装 gcc 标准编译器（nix wrapper）
nix-env -iA  nixpkgs.gcc13
# 观察 profiles 情况
tree -L 2  ~/.nix-profile/
# /home/rectcircle/.nix-profile/
# ├── bin
# │   ├── addr2line -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/addr2line
# │   ├── ar -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/ar
# │   ├── as -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/as
# │   ├── c++ -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/c++
# │   ├── cc -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/cc
# │   ├── c++filt -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/c++filt
# │   ├── cpp -> /nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0/bin/cpp
# │   ├── ...
# │   └── ...
# ├── etc -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/etc
# ├── lib -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib
# ├── libexec -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/libexec
# ├── manifest.nix -> /nix/store/0p5qf6srlcxp30vcyr9j7jcj4qhpjh9g-env-manifest.nix
# └── share
#     ├── bash-completion -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/share/bash-completion
#     ├── fish -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/share/fish
#     ├── info -> /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1/share/info
#     ├── locale -> /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1/share/locale
#     ├── man
#     └── zsh -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/share/zsh
nix-env -q --installed --out-path
# gcc-wrapper-13.3.0  man=/nix/store/l3nxj0c8zippk5aijmkndn0zh6j7h55s-gcc-wrapper-13.3.0-man;/nix/store/zansxqviinfh345skvpy5f0z58snr229-gcc-wrapper-13.3.0
# hello-2.12.1        /nix/store/r8mfs49cp5q9l0q8zj2ab78h7gx2chfb-hello-2.12.1
# nix-2.23.2          /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2
tree -L 3 /nix/store/l3nxj0c8zippk5aijmkndn0zh6j7h55s-gcc-wrapper-13.3.0-man
# /nix/store/l3nxj0c8zippk5aijmkndn0zh6j7h55s-gcc-wrapper-13.3.0-man
# └── share
#     └── man
#         ├── man1
#         └── man7

可以看出，derivation outputs 目录 out 和 man 的 bin/、share/man 都被正确的安装到了 ~/.nix-profile/ 目录（默认是否安装到 profiles 中，是由 meta.outputsToInstall 属性控制的，默认应该是 out）。

nix-env -iA nixpkgs.libgcc
tree -L 2  ~/.nix-profile/
# 输出关键点如下
# /home/rectcircle/.nix-profile/
# ├── bin
# ├── ...
# ├── lib
# │   ├── libboost_context.so -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib/libboost_context.so
# │   ├── ...
# │   ├── libgcc_s.so -> /nix/store/pd8xxiyn2xi21fgg9qm7r0qghsk8715k-gcc-13.3.0-libgcc/lib/libgcc_s.so
# │   ├── libgcc_s.so.1 -> /nix/store/pd8xxiyn2xi21fgg9qm7r0qghsk8715k-gcc-13.3.0-libgcc/lib/libgcc_s.so.1
# │   ├── libnixcmd.so -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib/libnixcmd.so
# │   └── ...
# └── ...

可以看出，lib 目录变成了 nix 的 lib 以及 libgcc 的 lib 的聚合体。

最后，安装一下其他常见的 lib 库。

nix-env -iA nixpkgs.libz
nix-env -iA nixpkgs.libxcrypt
tree -L 2  ~/.nix-profile/
# 输出关键点如下
# /home/rectcircle/.nix-profile/
# ├── bin
# ├── ...
# ├── include
# │   ├── c++ -> /nix/store/zc0nsv23pakbafngjy32kvhfzb16as43-gcc-13.3.0/include/c++
# │   └── crypt.h -> /nix/store/gk0hrl9rngz3lfrnisql0h4xm65p036z-libxcrypt-4.4.36/include/crypt.h
# ├── lib
# │   ├── ...
# │   ├── libcrypt.so -> /nix/store/gk0hrl9rngz3lfrnisql0h4xm65p036z-libxcrypt-4.4.36/lib/libcrypt.so
# │   ├── libcrypt.so.2 -> /nix/store/gk0hrl9rngz3lfrnisql0h4xm65p036z-libxcrypt-4.4.36/lib/libcrypt.so.2
# │   ├── libcrypt.so.2.0.0 -> /nix/store/gk0hrl9rngz3lfrnisql0h4xm65p036z-libxcrypt-4.4.36/lib/libcrypt.so.2.0.0
# │   ├── ...
# │   ├── libz.so -> /nix/store/xnpg0ssr0hjrz8srf3saviy69w38rkhd-libz-1.2.8.2015.12.26-unstable-2018-03-31/lib/libz.so
# │   ├── libz.so.1 -> /nix/store/xnpg0ssr0hjrz8srf3saviy69w38rkhd-libz-1.2.8.2015.12.26-unstable-2018-03-31/lib/libz.so.1
# │   ├── libz.so.1.2.8 -> /nix/store/xnpg0ssr0hjrz8srf3saviy69w38rkhd-libz-1.2.8.2015.12.26-unstable-2018-03-31/lib/libz.so.1.2.8
# │   └── ...
# └── ...

可以看出，这些包的 include、lib 都安装到了正确的位置。

再验证一下已经安装了 gcc 的情况下再安装 clang。

nix-env -iA nixpkgs.clang_16
# 报错
# error: Unable to build profile. There is a conflict for the following files:

#          /nix/store/g2f50c20wy9ca6nd46d449v5gbzx4rwy-clang-wrapper-16.0.6/bin/addr2line
#          /nix/store/piz0jc0js7xnnka355n2yw07zj7p2hgq-gcc-wrapper-14.1.0/bin/addr2line
# error: builder for '/nix/store/1wqinfagy9lxqlanszck2fh5rsbkpxy4-user-environment.drv' failed with exit code 1

可以看出，如果两个包存在同名的二进制，将提示冲突。

最后再安装 libmysqlclient，来观察一下 outputs 包含 dev 的场景：

nix-env -iA nixpkgs.libmysqlclient
# ...
# copying path '/nix/store/p81agrmnhd2mm8hraqa52j3hl344bsjk-mariadb-connector-c-3.3.5' from 'https://cache.nixos.org' ...
# copying path '/nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev' from 'https://cache.nixos.org' ...
nix-env -q --installed --out-path
# ...
# mariadb-connector-c-3.3.5  /nix/store/p81agrmnhd2mm8hraqa52j3hl344bsjk-mariadb-connector-c-3.3.5
# ...
ls -al ~/.nix-profile/lib/
# ...
# mariadb -> /nix/store/p81agrmnhd2mm8hraqa52j3hl344bsjk-mariadb-connector-c-3.3.5/lib/mariadb
# ...
which mariadb_config
# mariadb_config not found
ls -al /nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev/bin
# mariadb_config
# mysql_config -> mariadb_config
ls -al ~/.nix-profile/bin/mariadb_config
# ls: cannot access '$HOME/.nix-profile/bin/mariadb_config': No such file or directory
cat ~/.nix-profile/manifest.nix
# [ { meta = { ...; outputsToInstall = [ "out" ]; ... }; name = "mariadb-connector-c-3.3.5"; ...; outputs = [ "out" ]; ... } ...]
nix-shell --pure -p libmysqlclient --run env | grep PATH
# stdenv=/nix/store/d3dzfy4amjl826fb8j00qp1d9887h7hm-stdenv-linux
# buildInputs=/nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev
# PATH=...:/nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev/bin:...
nix derivation show nixpkgs#libmysqlclient --extra-experimental-features 'nix-command flakes'
# {
#   "/nix/store/jnwpkqz0qx9cx7ljirsks5s4b5lxhmz7-mariadb-connector-c-3.3.5.drv": {
#     //...
#    "name": "mariadb-connector-c-3.3.5",
#    "inputDrvs": {
#      //...
#      "/nix/store/kjniqf3ladgc55nh4h41vrcwp3z7426b-zlib-1.3.1.drv": {
#        "dynamicOutputs": {},
#        "outputs": [
#          "dev"
#        ]
#      },
#      //...
#    }
#     "outputs": {
#       "dev": {
#         "path": "/nix/store/lzjh7kfbwhcslywmas0288w1k5k8zh93-mariadb-connector-c-3.3.5-dev"
#       },
#       "out": {
#         "path": "/nix/store/118ayny4nv1d687bgi4js46b40wg4md2-mariadb-connector-c-3.3.5"
#       }
#     },
#     //...
#   }
# }
nix-instantiate --eval --expr 'let pkgs = import <nixpkgs> {}; in pkgs.libmysqlclient.outputs'
# [ "out" "dev" ]
nix-instantiate --eval --expr 'let pkgs = import <nixpkgs> {}; in pkgs.zlib.outputs'
# [ "out" "dev" "static" ]

可以发现 libmysqlclient derivation outputs 是 [ "out" "dev" ]，但 nix-env --install 的 dev 目录的 mariadb_config 可执行文件并没有安装到 profiles 里面，也就是说安装的 out 输出。

libmysqlclient 这个包配置的 outputs 是 [ "out" "dev" ]，当执行 nix-shell shell 是，配置到 PATH 里的是 /nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev/bin，说明 nix-shell 引用的是 dev 输出。

如果想安装 dev 目录到 profile 中，需要强制指定 nix-env -iA nixpkgs.libmysqlclient.dev nixpkgs.libmysqlclient.out 都安装（特别提醒： nix 似乎有 bug 一旦下面命令执行， profile 就损坏了！因此建议直接使用 nix-shell）。

nix-env -iA nixpkgs.libmysqlclient.dev nixpkgs.libmysqlclient.out
nix-env -q --installed --out-path
# ...
# mariadb-connector-c-3.3.5  dev=/nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev
# mariadb-connector-c-3.3.5  /nix/store/p81agrmnhd2mm8hraqa52j3hl344bsjk-mariadb-connector-c-3.3.5
# ...
ls -al ~/.nix-profile/lib/
# ...
# mariadb -> /nix/store/p81agrmnhd2mm8hraqa52j3hl344bsjk-mariadb-connector-c-3.3.5/lib/mariadb
# ...
which mariadb_config
# /home/cloudide/.nix-profile/bin/mariadb_config
ls -al ~/.nix-profile/bin/mariadb_config
# $HOME/.nix-profile/bin/mariadb_config -> /nix/store/3j0l731cns49pzsffl3pfqini5yf4sqh-mariadb-connector-c-3.3.5-dev/bin/mariadb_config
nix-env -iA nixpkgs.zlib
# 报错
# error: this derivation has bad 'meta.outputsToInstall'
cat ~/.nix-profile/manifest.nix
# [ { meta = { ...; outputsToInstall = [ "dev" ]; ... }; name = "mariadb-connector-c-3.3.5"; ...; outputs = [ "out" ]; ... } ...]

总结，在执行 nix-env --install 时：

• nixpkgs 声明的 derivation 都有一个 meta.outputsToInstall 属性（一般情况下为 out 或 bin），会将其指向的子目录都软链到 ~/.nix-profile/ 中。如果裸使用 derivation，没有配置 meta.outputsToInstall，nix-env 会安装所有的 outputs。

• 多个包的 outputs 的子目录会进行合并，合并是递归的进行：如果安装的包的 outputs 的子目录没有没有重复的，则直接创建一个软链指向到这个子目录。如果存在存在重复的，则在中创建这个目录，然后创建软链。

  # 安装了 nix，只有 nix 的 output 目录有 lib 目录，此时 lib 为：
  lib -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib
  
  # 安装了 nix 和 libgcc，这两个目录都有 lib 目录
  lib
  ├── libboost_context.so -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib/libboost_context.so
  ├── ...
  ├── libgcc_s.so -> /nix/store/pd8xxiyn2xi21fgg9qm7r0qghsk8715k-gcc-13.3.0-libgcc/lib/libgcc_s.so
  ├── libgcc_s.so.1 -> /nix/store/pd8xxiyn2xi21fgg9qm7r0qghsk8715k-gcc-13.3.0-libgcc/lib/libgcc_s.so.1
  ├── libnixcmd.so -> /nix/store/af39xch7s21s36bd3j8gjssmcbhgm42y-nix-2.23.2/lib/libnixcmd.so
  └── ...

• 如果最终存在冲突（比如：gcc 和 clang 都需要安装 bin/addr2line），同时安装，将报错。有两点说明如下：

  • 默认情况， nix-env 安装的 pname 相同包时，旧的 pname 的包将被删除，并安装这个新的 pname 包（未找到相关文档，实测如此），执行 nix-env --install 时，可使用 --preserve-installed 阻止该行为，行为切换为报错冲突。
  • derivation 有一个 meta.priority 属性（文档），如果两个包的优先级相同，nix-env 安装存在冲突时，就会报错，如果安装一个优先级更高的包存在冲突时，这个包会覆盖之前安装的优先级地的包。meta.priority 的默认值为 5。另外，也可以通过 nix-env --set-flag priority 数字 调整已安装的包的优先级。

• nix-env --install 支持指定安装特定的 outputs，格式形如 nixpkgs.libmysqlclient.dev，但是，这样会破坏掉 profile ，导致后续安装任何的包都报错。原因是生成的 manifest.nix 中 meta.outputsToInstall 属性的值不包含在 outputs 属性中。

• 由于 nix 的包都是 nixpkgs 维护的，而关于 outputs 目录， nixpkgs 有如下如下约定：

  • 如果 outputs 有多个输出，out 目录一般放到最前面，例如 [ "out" "dev" ]。
  • meta.outputsToInstall 默认值规则为：如果 outputs 存在 bin 目录，则添加 bin；如果存在 out 目录，则添加 out；否则添加 outputs 的第一个。最后，如果存在 man，一定会 append man （详见：源码） 。
  • nixpkgs 的包维护者，可以按需选择 outputs 中的目录添加到 meta.outputsToInstall 中，一般情况下 dev 目录一般不会加到这个属性中。
  • 使用 nix-shell 或 nix-build 包的依赖是通过 nixpkgs.lib.stdenv.mkDerivation 的 buildInputs 声明时，如果这个依赖 outputs 包含 dev 时，实际依赖的是 dev 而非 out 目录。源码详见：make-derivation.nix 和 attrsets.nix。
  • 关于 outputs 更多参见： Nixpkgs Reference Manual - Multiple-output packages ，博客 How to Learn Nix, Part 29: Derivations in detail，setenv.sh。

C 库 和 profile

Nix Wiki - C

从上文可以看出，lib 和 include 已经正确的设置到 profile 中了，但是和 bin 不同。如果使用的不是 NixOS，而是在传统 Linux （如 debian） 中使用 Nix。上面的 profile 中的 lib include 将不会设置到系统中，因为如果设置了，会和系统的 lib 冲突，造成严重问题。

因此，如果想用 nix 管理 C/C++ 项目的依赖（即 include 头文件 和 lib 动态链接库 so），需要使用 Nix shell 声明依赖，并启动一个 shell，这个 shell 里面会设置 NIX_CC_WRAPPER_TARGET_HOST_x86_64_unknown_linux_gnu=1 等 NIX_CFLAGS_COMPILE 以及 NIX_LDFLAGS （详见源码： setup.sh，setup-hook.sh。

然后使用 wrapper 的 C/C++ 编译器（如 nixpkgs.gcc13、 nixpkgs.clang_16），这样 C/C++ 编译器才能使用正确的识别 Nix 安装依赖。

详见： Nix Wiki - C。

nix-env 命令详解

Nix 参考手册 - 8.3.4 nix-env

nix 通过 nix-env 命令来实现对 profile 的管理，本部分将详细介绍该命令的各种能力和细节。

nix-env --delete-generations

删除 profile 的历史版本，示例如下：

• nix-env delete-generations 1 2 3 删除 profile 的 1、2、3 版本
• nix-env --delete-generations old 删除除了当前版本之外的所有的版本。
• nix-env delete-generations 30d 删除 30 天之前的版本。
• nix-env delete-generations 5+ 保留当前版本之前的 5 个版本以及大于当前版本的版本，删除其他的版本。

nix-env --install

安装一个或多个包 (derivation) 到 profile 中，语法如下：

nix-env {--install | -i} args… [{--prebuilt-only | -b}] [{--attr | -A}] [--from-expression] [-E] [--from-profile path] [--preserve-installed | -P] [--remove-all | -r]

安装包的各种写法如下：

# 最常见的写法（通过属性名安装 nixpkgs 的包）
nix-env -iA nixpkgs.python312
nix-env --install --attr nixpkgs.python312

# 根据 derivation 的 name 安装（这种方式需要评估所有 nixpkgs 的包，性能很差，不推荐用在 nixpkgs 的包的安装）
nix-env --install python3-3.12.3

# -A 和 -f 结合 channel
nix-env -iA nixpkgs.python312 -f ~/.nix-defexpr/
nix-env -iA nixpkgs.python312 -f ~/.nix-defexpr/channels
nix-env -iA python312 -f ~/.nix-defexpr/channels/nixpkgs

# -f 自定义 nix 表达式
# -f 文件，最终是一个 derivation
cat > /tmp/single-python.nix <<EOF
let pkgs = import <nixpkgs> {}; in pkgs.python312
EOF
nix-env -i -f /tmp/single-python.nix 
# -f 文件，最终是一个 derivation 列表
cat > /tmp/list-python.nix <<EOF
let pkgs = import <nixpkgs> {}; in [pkgs.python312]
EOF
nix-env -i -f /tmp/list-python.nix
# -f 文件，最终是一个属性集
cat > /tmp/attrset-python.nix <<EOF
let pkgs = import <nixpkgs> {}; in { python312 = pkgs.python312; }
EOF
nix-env -iA python312 -f /tmp/attrset-python.nix
# -f 文件最终函数声明为 a: derivation ，这里的 a 是一个属性集。
cat > /tmp/func-single-python.nix <<EOF
{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }: pkgs.python312
EOF
# 实测，改为如下是不行的
# _: let pkgs = import <nixpkgs> {}; in pkgs.python312
nix-env -i -f /tmp/func-single-python.nix
# -f 文件最终函数声明为 a: derivation列表，这里的 a 是一个属性集。
cat > /tmp/func-list-python.nix <<EOF
{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }: pkgs.python312
EOF
nix-env -i -f /tmp/func-list-python.nix
# -f 文件最终函数声明为 a: {} 这里的 a 是一个属性集。 （和 nixpkgs 原理相同）
cat > /tmp/func-attrset-python.nix <<EOF
{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }: { python312 = pkgs.python312; }
EOF
nix-env -i -f /tmp/func-attrset-python.nix '.*' # 方式 0：可以通过 .* 安装属性集中的所有包。
nix-env -iA python312 -f /tmp/func-attrset-python.nix  # 方式 1
nix-env -iA python312 --arg pkgs 'import <nixpkgs> {}' -f /tmp/func-attrset-python.nix  # 方式 2: 验证覆盖函数参数
nix-env -i -E 'a: let mypkgs = a{}; in mypkgs.python312' -f /tmp/func-attrset-python.nix # 方式 3: 使用表达式参数

# 从表达式安装，这个表达式的必须是一个函数，声明为：
#   a: derivation { ... }
# 假设这个函数名为 f ，调用方式分为如下两种情况：
#   1. 不传递 -f 参数或者 -f 参数是一个 channel 的 user-environment 时：f { _combineChannels = [ ]; nixpkgs = import <nixpkgs>;  }
#   2. -f  参数传递的是一个包含 default.nix 的目录或压缩包下载链接，或者一个 .nix 源代码文件时：let a = import -f参数值; in f a
nix-env --install --from-expression 'a: let pkgs = a.nixpkgs{}; in pkgs.python312'
nix-env --install --from-expression 'a: let pkgs = a.nixpkgs{}; in pkgs.python312' -f ~/.nix-defexpr/channels
nix-env --install --from-expression 'nixpkgs: let pkgs = nixpkgs{}; in pkgs.python312' -f ~/.nix-defexpr/channels/nixpkgs/

# 直接通过 store path 或 store derivation path 安装。
nix-env -i $(nix-instantiate --expr 'let pkgs = import <nixpkgs> {}; in pkgs.python312')

默认情况， nix-env 安装的 pname 相同包时，旧的 pname 的包将被删除，并安装这个新的 pname 包，使用 --preserve-installed 参数检测这种情况并直接报错，示例如下：

nix-env -iA nixpkgs.python311
nix-env -iA nixpkgs.python312 --preserve-installed
# 报错: error: Unable to build profile. There is a conflict for the following files:
nix-env -iA nixpkgs.python312 
# replacing old 'python3-3.11.9'
# installing 'python3-3.12.3'
nix-env --query --installed
# 只会输出 python3-3.12.3，不会输出 python3.11

从其他 profile 中安装，可用于 copy 其他用户的 profile。

nix-env -iA python312 --from-profile /nix/store/xxx-user-environment

将包安装到其他的 nix-profile。

mkdir -p /tmp/myprofiles
nix-env -i -A nixpkgs.python312 nixpkgs.nix --profile /tmp/myprofiles/profile
ls -al /tmp/myprofiles
# profile -> profile-1-link
# profile-1-link -> /nix/store/3hb6nr0n05a2iwbxm0i50968mw2dd220-user-environment

重要参数总结，以及其他参数说明如下：

• --prebuilt-only / -b 只从 substitute 中安装与构建的包，永不从源码构建。
• --remove-all / -r 删除所有其他已安装的包，再执行安装，相当于首先运行 nix-env --uninstall '.*'，只不过一切都发生在单个事务中。
• --file / -f 从哪里获取 nix 表达式，有两种情况：
  • 不填，默认为 nix-channel 维护的 （Nix 表达式搜索路径） ~/.nix-defexpr/channels/，详见后文 nix-channel 。
  • 可以是本地 nix 源代码文件，包含 default.nix 的目录或压缩包下载链接（如 github archive），要求其表达式类型推导最终的类型定义可以是如下六种情况：
    • derivation
    • []derivation derivation 列表
    • {} 属性集。
    • a: derivation 函数，其中 a 是属性集。
    • a: derivation[] 函数，其中 a 是属性集。
    • a: {} 函数，其中 a 是属性集。
    • 以上 a 的一般写法为 { pkgs ? import <nixpkgs> {} }: ... 包含默认值，如需自定义，可以使用 --arg 指定。
• --from-expression / -E 从表达式安装，这个表达式的必须是一个函数，声明为：
• --attr / -A 可以指定多个，用来指定要安装的包，这里的写法和 --file 参数有关。只有 --file / -f 的最终评估值是一个属性集时，才能使用该参数。
• --profile 安装到指定的 profile 必须是一个软链的路径。
• --dry-run 模拟执行。

• -I path，指定包搜索路径，可多次给出，也可以通过 NIX_PATH 环境变量配置，-I 优先级高于环境变量，默认为 ~/.nix-defexpr/channels/，主要再如下场景使用：

  • nix 表达式语言的 <nixpkgs> 语法。
  • nix-env --attr nixpkgs.python312 语法。

  如上吗，底层都是用 builtins.findFile，原理是查找对应的目录，且该目录包含 default.nix。

nix-env --list-generations

列出当前 profile 的所有版本。

nix-env --query

查询包（derivation）信息，按 name 排序，语法如下：

nix-env {--query | -q} names… [--installed | --available | -a] [{--status | -s}] [{--attr-path | -P}] [--no-name] [{--compare-versions | -c}] [--system] [--drv-path] [--out-path] [--description] [--meta] [--xml] [--json] [{--prebuilt-only | -b}] [{--attr | -A} attribute-path]

有如下两种查询目标选择：

• --installed 查询已安装的包，该选项是默认的。
• --available 或 -a 查询 channel 中，可用的包的信息。

指定查询结构输出格式，默认为文本，可通过 --xml、--json 指定输出为 xml 或 json 格式。

nix-env --query --xml
# <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>
# <items>
#   <item attrPath="1" name="nix-2.24.0pre20240627_b44909ac" outputName="" pname="nix" system="x86_64-linux" version="2.24>
#     <output name="man" />
#     <output name="out" />
#   </item>
# ...
# </items>
nix-env --query --json
# {
#   "0": {
#     "name": "python3-3.12.3",
#     "outputName": "",
#     "outputs": {
#       "out": null
#     },
#     "pname": "python3",
#     "system": "x86_64-linux",
#     "version": "3.12.3"
#   },
#  ...
# }

其他选项说明如下：

• --prebuilt-only 或 -b 选项，只查询那些能从 substitute 中安装的包，永不从源码构建（主要和 --available 配合使用，主要为了过滤出那些可以快速安装的包）。

• --status 或 -s 选项，查询包的状态，状态包含 3 个字符

  • I 已安装到当前 profile。
  • P 已经保存到 store。
  • S 是否在 substitute 中有可用的预购建的产物。

  示例如下：

  nix-env --query --status
  #IPS  nix-2.24.0pre20240627_b44909ac
  #IPS  python3-3.12.3

• --attr-path 或 -P 选项，（仅能和 --available 一起使用）打印属性路径。

• --no-name 选项，不打印 name。

• --compare-versions 或 -c 选项，查询已安装的包的版本和 channel 中可用的包的版本的差异，主要用于检测是否有新版本，示例如下：

  nix-env --query --compare-versions
  # nix-2.24.0pre20240627_b44909ac  = 2.24.0pre20240627_b44909ac
  # python3-3.12.3                  < 3.13.0b3

• --system 选项，打印包的 system 字段。

• --drv-path 选项，打印 store derivation 路径。

• --out-path 选项，打印 derivation 的输出路径。

• --description 选项，打印 derivation 的 meta.description 属性。

• meta 选项，打印 derivation 的 meta 属性，该选项只能和 --xml 和 --json 一起使用。

nix-env --rollback

将当前 profile 回滚到上一版本。

nix-env --set-flag

修改已安装的包的 meta 下的属性，语法如下：

nix-env --set-flag name value drvnames

目前支持三个：

• priority，修改已安装包的 meta.priority 字段，影响安装存在冲突的包时的覆盖关系。

  nix-env -iA nixpkgs.gcc
  nix-env -iA nixpkgs.binutils
  nix-env --query binutils-wrapper --meta --json | grep priority
  #       "priority": 10,
  
  # 默认安装将失败
  nix-env -iA nixpkgs.gcc
  # error: Unable to build profile. There is a conflict for the following files:
  # 报错
  #          /nix/store/l46fjkzva0bhvy9p2r7p4vi68kr7a1db-binutils-wrapper-2.41/bin/addr2line
  #         /nix/store/mpm3i0sbqc9svfch6a17179fs64dz2kv-gcc-wrapper-13.3.0/bin/addr2line
  
  # 修改优先级后重新安装将成功
  nix-env --set-flag priority 1 binutils-wrapper
  nix-env --query binutils-wrapper --meta --json | grep priority
  #       "priority": "1",
  nix-env -iA nixpkgs.gcc
  nix-env --query gcc-wrapper-13.3.0 --meta --json | grep priority
  #      "priority": 10,

• keep，可以设置为 true 以防止包被升级或替换。如果您想保留旧版本的软件包，这非常有用。

  nix-env --set-flag keep true python3-3.12.3
  nix-env --query python3-3.12.3 --meta --json | grep keep

• active，可以设置为 false 以禁用该包。也就是说，不会生成包文件的符号链接，但它仍然是配置文件的一部分（因此不会被垃圾收集）。可以将其设置回 true 以重新启用该包。

  nix-env --install -A nixpkgs.python312
  which python
  # /home/rectcircle/.nix-profile/bin/python
  nix-env --set-flag active false python3-3.12.3
  which python
  # 找不到

nix-env --set

设置 profile 指向一个特定的 derivation。

nix-env --set drvname

示例如下：

nix-env --set nix
nix-env --query
# 无输出
readlink -f 
# /nix/store/9b72q76kfi4v0vm08vrsdllw62wpb1ka-nix-2.24.0pre20240627_b44909ac

nix-env -iA nixpkgs.python312
which nix
# 无输出

可以看出：

• --set 参数实际上可以是 pname 也可以是 name。
• --set 执行 后直接把 profile 指向了 nix 这个包，并没有生成 user environments。
• 后续再执行 --install，上面的 --set 的包会丢失。

没有想到这个命令的用途，官方的示例是：

nix-env --profile /nix/var/nix/profiles/browser --set firefox

可能在 NixOS 场景有用吧。

nix-env --switch-generation

将当前 profile 切换到指定的版本。语法如下：

nix-env {--switch-generation | -G} generation

本质上是修改 profile 软链指向软链的指向，即 ~/.nix-profile 指向的文件 ~/.local/state/nix/profiles/profile 指向新的 profile-xxx-link。

nix-env --switch-profile

切换用户环境 profile，语法如下：

nix-env {--switch-profile | -S} path

~/.nix-profile 是整个 nix profile 的入口文件，该命令的职责就是改变这个软链的指向，详见下文。

nix-env --uninstall

卸载包，语法如下：

nix-env {--uninstall | -e} drvnames…

示例如下：

nix-env --uninstall gcc-wrapper
# uninstalling 'gcc-wrapper-13.3.0'
# building '/nix/store/xmn76h44mpyh7s50slmfaqj1l89cmznw-user-environment.drv'...
nix-env -iA nixpkgs.gcc
nix-env --uninstall gcc-wrapper-13.3.0
# uninstalling 'gcc-wrapper-13.3.0'
# building '/nix/store/xmn76h44mpyh7s50slmfaqj1l89cmznw-user-environment.drv'...

可以看出：

• --uninstall 参数实际上可以是 pname 也可以是 name。
• 卸载操作也会生成一个新的版本，可用以 --rollback 回滚。

nix-env --upgrade

升级一个包，语法如下：

nix-env {--upgrade | -u} args [--lt | --leq | --eq | --always] [{--prebuilt-only | -b}] [{--attr | -A}] [--from-expression] [-E] [--from-profile path] [--preserve-installed | -P]

可选择如下 4 种升级策略中一种：

• --lt 选项，默认值。将包升级到 channel 中 pname 相同的更新的版本，如果 channel 降级了，或版本号不变，则啥也不做。
• --leq 选项，channel 中同名 pname 的版本号大于等于该包，则升级到 channel 中这个版本。
• --eq 选项，channel 中同名 pname 的版本号等于该包，则升级到 channel 中这个版本，这种情况主要用来处理这个包本身没有变化，但是依赖有变化的场景。
• --always 选项，不管 channel 中同名 pname 的版本号是否变化，总是重新升级。

其他参数：

• --prebuilt-only 或 -b 选项，只升级那些能从 substitute 中安装的包，永不从源码构建。
• --preserve-installed 或 -P 选项，不清楚这个选项的意义，原文如下：Do not remove derivations with a name matching one of the derivations being installed. Usually, trying to have two versions of the same package installed in the same generation of a profile will lead to an error in building the generation, due to file name clashes between the two versions. However, this is not the case for all packages.

示例如下：

# 升级 gcc，指定了属性名（推荐，无需计算所有包，速度很快推荐）。
nix-env --upgrade --attr nixpkgs.gcc
# 升级 gcc，使用 panme （很慢，要计算 channel 中所有的包的 pname，然后匹配，和下面升级所有包速度一样慢）
nix-env --upgrade gcc-wrapper
# 升级所有包（很慢，要计算 channel 中所有的包）。
nix-env --upgrade --always

垃圾回收

Nix 参考手册 - 6.2 Garbage Collection | Nix 参考手册 - 8.4.2 nix-collect-garbage

上文的 nix-env --uninstall 仅仅是生成了一个新的 profiles，并没有真正删除存储对象。通过 nix-collect-garbage 命令可以回收那些不可达的存储对象，这个行为被称作垃圾回收。

nix 会遍历如指定路径的 profiles 所有版本直接引用和间接引用（闭包）的存储对象列表，不再该列表的存储对象就是不可达的。

nix 遍历的 profiles 路径如下：

• 在 profile 章节 说明的目录：
  • $XDG_STATE_HOME/nix/profiles 普通用户的 profiles，一般情况下为 ~/.local/state/nix/profiles （多用户安装模式会遍历所有使用 Nix 的用户路径的该路径）。
  • $NIX_STATE_DIR/profiles/per-user/root，root 用户的 profiles，一般情况下为 /nix/var/nix/profiles/per-user/root。
• 兼容历史版本的路径（未来可能有变化）： $NIX_STATE_DIR/profiles 和 $NIX_STATE_DIR/profiles/per-user。

在实现上，上述目录都在 /nix/var/nix/gcroots/ 目录下存在软链。在执行垃圾回收时，就是根据该目录进行查找的。

• 观察 /nix/var/nix/gcroots/auto，可以看到大量指向 ~/.local/state/nix/profiles/profile-xxx-link 的软链。
• 如果想让某个包，某个 profiles 依赖的包，不被垃圾回收，可以在 /nix/var/nix/gcroots/ 目录创建软链。

• nix-store、nix-instantiate 等命令存在一个 --add-root path 选项，可以将某个存储对象添加到 /nix/var/nix/gcroots/auto 目录下 （本质上 nix-env 也是通过这个命令来不被垃圾回收的）。

  nix-store --add-root /home/eelco/bla/result --realise ...
  #
  $ ls -l /nix/var/nix/gcroots/auto
  # lrwxrwxrwx    1 ... 2005-03-13 21:10 dn54lcypm8f8... -> /home/eelco/bla/result
  $ ls -l /home/eelco/bla/result
  # lrwxrwxrwx    1 ... 2005-03-13 21:10 /home/eelco/bla/result -> /nix/store/1r11343n6qd4...-f-spot-0.0.10

nix-collect-garbage 命令，语法如下：

nix-collect-garbage [--delete-old] [-d] [--delete-older-than period] [--max-freed bytes] [--dry-run]

选项说明如下：

• 不加任何参数，等价于 nix-store --gc。
• --delete-old 或 -d，删除所有用户的 profiles 历史，等价于针对每个 profiles 先执行 nix-env --delete-generations old，再执行 nix-store --gc。
• --delete-older-than period，等价于针对每个 profiles 先执行 nix-env --delete-generations <period>，再执行 nix-store --gc。