Day 15：啟用 Flakes — Nix 的未來已經到來

🗂️ NixOS 30 天學習之旅 ｜ 第三階段：Flakes 與 Home Manager（Day 15 – Day 21）

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前言：歡迎來到第三階段

恭喜你走過前兩個階段！我們從 Nix 的基本概念、Nix language 語法，一路到用 configuration.nix 管理整個系統。到目前為止，你已經具備了操作 NixOS 的紮實基礎。

但如果你有持續關注 Nix 社群的動態，你大概會發現一個關鍵字不斷出現 —— Flakes。

從今天開始，我們進入第三階段的核心主題：現代化的 Nix 流程。Flakes 可以說是 2024 年之後 Nix 生態系的標準做法，幾乎所有主流的 Nix 專案都已經採用 Flakes 架構。學會它，你才算真正掌握了現代 Nix。

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為什麼需要 Flakes？Channel 的問題

在前面的章節裡，我們透過 nix-channel 來管理套件來源：

# 傳統的 channel 操作
sudo nix-channel --add https://nixos.org/channels/nixos-24.05 nixos
sudo nix-channel --update

這個做法看起來沒什麼問題，但實際上存在幾個根本性的痛點：

1. 不可重現（Not Reproducible）

nix-channel --update 拉取的是「當下最新版本」，但它不會記錄你拉取的是哪個 commit。這意味著：

• 今天跑 nix-channel --update 和明天跑，可能拿到不同的 nixpkgs 版本
• 團隊成員各自 update，每個人的環境就可能不一致
• 沒有 lock file 的概念，無法精確固定版本

這直接違反了 Nix 最核心的設計理念 —— reproducibility。

2. 全域狀態（Global State）

Channel 是設定在系統層級或使用者層級的全域狀態。你無法讓「專案 A 用 nixpkgs 23.11、專案 B 用 nixpkgs 24.05」這種需求自然地被滿足。

3. 缺乏標準化的專案結構

傳統 Nix 沒有一個約定俗成的方式來描述「這個專案依賴哪些 Nix inputs、提供哪些 outputs」。每個人的做法都不同，造成社群生態碎片化。

Flakes 就是為了解決這些問題而生的。

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啟用 Flakes

截至目前（2024 年底），Flakes 在技術上仍標記為 experimental feature。但別被這個標籤嚇到 —— 它已經被社群廣泛使用，幾乎所有主流工具和文件都預設你已啟用 Flakes。

方法一：修改 NixOS configuration（推薦）

如果你使用 NixOS，在 /etc/nixos/configuration.nix 中加入：

{ config, pkgs, ... }:

{
  nix.settings.experimental-features = [ "nix-command" "flakes" ];
}

然後重建系統：

sudo nixos-rebuild switch

方法二：修改 Nix daemon 設定檔

如果你是在 macOS 或其他 Linux distro 上使用 Nix package manager，可以編輯 ~/.config/nix/nix.conf（使用者層級）或 /etc/nix/nix.conf（系統層級）：

experimental-features = nix-command flakes

方法三：臨時啟用（單次指令）

不想改設定檔？你也可以在每次執行指令時加上 flag：

nix --experimental-features 'nix-command flakes' flake init

但這當然不是長久之計，建議還是用方法一或二做永久設定。

驗證是否啟用成功

nix flake --help

如果看到 flake 相關的 subcommand 說明，就代表啟用成功了 🎉

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flake.nix 結構解析

Flakes 的核心就是一個叫做 flake.nix 的檔案，放在專案的根目錄。它用一個標準化的結構來描述：這個專案需要什麼（inputs）、提供什麼（outputs）。

最小範例

用以下指令初始化一個 flake：

nix flake init

這會產生一個基本的 flake.nix：

{
  description = "A very basic flake";

  inputs = {
    nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-24.05";
  };

  outputs = { self, nixpkgs }: {
    # 這裡定義你的 flake 提供什麼
  };
}

讓我們逐一拆解。

description

一段簡短的文字描述，說明這個 flake 的用途。雖然是選填的，但建議都填寫，方便日後辨識。

inputs：你的依賴來源

inputs 是一個 attribute set，列出這個 flake 依賴的所有外部來源。最常見的就是 nixpkgs：

inputs = {
  # 指向 GitHub 上的 nixpkgs，鎖定 nixos-24.05 branch
  nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-24.05";

  # 你也可以引用其他 flake
  home-manager = {
    url = "github:nix-community/home-manager/release-24.05";
    inputs.nixpkgs.follows = "nixpkgs";  # 讓 home-manager 使用同一份 nixpkgs
  };
};

常見的 input URL 格式：

格式	範例	說明
github:owner/repo	github:NixOS/nixpkgs	GitHub repository（預設 branch）
github:owner/repo/ref	github:NixOS/nixpkgs/nixos-24.05	指定 branch 或 tag
path:/absolute/path	path:/home/user/my-flake	本機路徑
git+https://...	git+https://example.com/repo	任意 Git repository

💡 follows 是什麼？

當多個 inputs 都依賴 nixpkgs 時，inputs.nixpkgs.follows = "nixpkgs" 可以讓它們共用同一份 nixpkgs，避免重複下載與版本不一致的問題。這是 Flakes 中非常實用的功能。

outputs：你提供什麼

outputs 是一個 function，接收所有 resolved 過的 inputs，回傳一個 attribute set。這個 attribute set 的 key 有一些約定俗成的名稱：

outputs = { self, nixpkgs, ... }: let
  system = "x86_64-linux";
  pkgs = nixpkgs.legacyPackages.${system};
in {
  # NixOS system configuration
  nixosConfigurations.myhost = nixpkgs.lib.nixosSystem {
    inherit system;
    modules = [ ./configuration.nix ];
  };

  # Development shell
  devShells.${system}.default = pkgs.mkShell {
    packages = with pkgs; [ nodejs python3 git ];
  };

  # 可安裝的 package
  packages.${system}.default = pkgs.hello;

  # Nix app（可用 nix run 執行）
  apps.${system}.default = {
    type = "app";
    program = "${pkgs.hello}/bin/hello";
  };
};

常見的 output 類型整理如下：

Output Key	用途	對應指令
nixosConfigurations	NixOS 系統設定	nixos-rebuild switch --flake .
devShells	開發環境	nix develop
packages	可建構的套件	nix build
apps	可執行的程式	nix run
overlays	Nixpkgs overlay	供其他 flake 引用
nixosModules	可重用的 NixOS module	供其他 flake 引用

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flake.lock 的角色：可重現性的關鍵

當你第一次執行任何 flake 相關指令時（例如 nix flake update 或 nix build），Nix 會自動產生一個 flake.lock 檔案：

{
  "nodes": {
    "nixpkgs": {
      "locked": {
        "lastModified": 1700000000,
        "narHash": "sha256-XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX=",
        "owner": "NixOS",
        "repo": "nixpkgs",
        "rev": "abc123def456...",
        "type": "github"
      },
      "original": {
        "owner": "NixOS",
        "ref": "nixos-24.05",
        "repo": "nixpkgs",
        "type": "github"
      }
    }
  }
}

它為什麼重要？

flake.lock 記錄了每個 input 被 resolve 到的精確 commit hash。這意味著：

• ✅ 完全可重現：不管什麼時間、在哪台機器上執行，只要 flake.lock 相同，就會拿到完全一樣的依賴版本
• ✅ 版本控制友善：把 flake.lock 一起 commit 進 Git，團隊所有人都使用相同版本
• ✅ 明確的更新流程：想更新依賴時，執行 nix flake update，review 一下 diff，確認沒問題再 commit

🔑 重要觀念：flake.nix 定義「我要什麼」，flake.lock 記錄「我實際拿到什麼」。兩者一起 commit，就能達成真正的 reproducibility。

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基本 Flake 指令

啟用 Flakes 之後，你會使用新的 nix CLI（也就是同時啟用的 nix-command）。以下是最常用的指令：

初始化一個 Flake

# 在當前目錄建立 flake.nix
nix flake init

# 使用特定 template 初始化
nix flake init -t templates#trivial

查看 Flake 資訊

# 查看當前目錄的 flake 資訊
nix flake show

# 查看遠端 flake 的資訊
nix flake show github:NixOS/nixpkgs/nixos-24.05

更新依賴

# 更新所有 inputs
nix flake update

# 只更新特定 input
nix flake update nixpkgs

檢查 Flake 是否合法

nix flake check

常用的搭配指令

# 進入 devShell
nix develop

# 建構 default package
nix build

# 執行 default app
nix run

# 用 flake 重建 NixOS 系統
sudo nixos-rebuild switch --flake .#myhost

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Flakes vs Channels 比較表

比較項目	Channels（傳統）	Flakes（現代）
版本鎖定	❌ 無 lock file，每次 update 結果不同	✅ flake.lock 精確鎖定 commit
可重現性	⚠️ 仰賴手動記錄	✅ 天生可重現
專案隔離	❌ 全域 channel，專案間互相影響	✅ 每個專案獨立的 inputs
標準化結構	❌ 各自為政	✅ 統一的 inputs/outputs schema
多 input 管理	⚠️ 需要額外工具（如 niv）	✅ 原生支援多 inputs + follows
社群生態	🔄 逐漸被取代	✅ 主流專案皆已採用
學習曲線	較低	稍高（但一旦理解就很直覺）

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實戰：建立你的第一個 Flake

讓我們動手做一個簡單的 flake，提供一個包含常用工具的開發環境：

mkdir my-first-flake && cd my-first-flake
nix flake init

將 flake.nix 修改為：

{
  description = "My first flake - a dev environment";

  inputs = {
    nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-24.05";
  };

  outputs = { self, nixpkgs }: let
    system = "x86_64-linux";
    pkgs = nixpkgs.legacyPackages.${system};
  in {
    devShells.${system}.default = pkgs.mkShell {
      name = "my-dev-env";

      packages = with pkgs; [
        git
        curl
        jq
        ripgrep
      ];

      shellHook = ''
        echo "🚀 歡迎進入開發環境！"
        echo "可用工具：git, curl, jq, ripgrep"
      '';
    };
  };
}

進入開發環境：

nix develop

你應該會看到歡迎訊息，並且可以使用 git、curl、jq、ripgrep 這些工具。輸入 exit 或按 Ctrl+D 即可離開。

📝 注意：如果你使用的是 macOS（Apple Silicon），記得把 system 改為 "aarch64-darwin"。想要同時支援多個平台，可以使用 flake-utils 這個工具，我們後續會介紹。

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小結

今天我們踏入了 Nix 現代化流程的第一步 —— Flakes。讓我們回顧一下重點：

• Channel 的問題：缺乏版本鎖定、全域狀態、沒有標準結構
• Flakes 的解方：flake.nix（宣告 inputs/outputs）+ flake.lock（鎖定版本）= 真正的 reproducibility
• 啟用方式：在 nix.settings.experimental-features 加上 "nix-command" 和 "flakes"
• 核心指令：nix flake init、nix flake update、nix develop、nix build、nix run

Flakes 初看可能有點抽象，但一旦你習慣了這套流程，就再也回不去了。它讓 Nix 的強大能力真正落地，成為日常開發中可靠且可重現的工具。

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明日預告

Day 16：用 Flakes 重構 NixOS 設定

學會了 Flakes 的基礎之後，明天我們要把既有的 configuration.nix 遷移到 Flakes 架構下。你會看到如何用 flake.nix 的 nixosConfigurations 來管理系統設定，並享受 flake.lock 帶來的版本鎖定好處。

我們明天見！ 🚀