Nix: Что это и с чем это употреблять?

Привет, Хабр!

Мы в Typeable хотели опубликовать небольшой цикл статей о том, как Nix нам помогает (и немного мешает) в разработке. Но, проведя немножко времени в поисках похожего материала здесь, с удивлением обнаружили, что на Хабре нет толкового введения в Nix, на которое можно было бы сослаться.

Статья от @snizovtsev подойдёт как хорошее введение при разработке на C++, но это не совсем то введение, которое мне хотелось бы видеть. Поэтому я решил написать его сам :)

Где это всё взять?

Помимо NixOS, где ничего делать не нужно, Nix можно установить на любой (или почти любой) дистрибутив Linux. Для этого достаточно запустить следующую команду:

$ sh <(curl -L https://nixos.org/nix/install)

Дальше установочный скрипт сам всё сделает. После недавних изменений в MacOS, установка в ней немного осложнилась, раньше было достаточно команды выше. Про установку в последних версиях MacOS можно прочесть здесь.

Язык Nix

Когда речь идёт о Nix, часто имеют в виду две разные сущности: Nix как язык и nixpkgs как репозиторий пакетов, в том числе составляющий основу NixOS. Начнём с первого.

Nix — функциональный ленивый язык с динамической типизацией. Синтаксис во многом похож на языки семейства ML (SML, OCaml, Haskell), поэтому у тех, кто с ними знаком, особых проблем возникнуть не должно.

Начать знакомство с языком можно просто запустив интерпретатор.

$ nix repl
Welcome to Nix version 2.3.10. Type :? for help.

nix-repl> 

Отдельного синтаксиса для объявления функций в Nix нет. Функции задаются через присваивание, так же как и другие значения.

nix-repl> "Hello " + "World!"
"Hello World!"

nix-repl> add = a: b: a + b

nix-repl> add 1 2
3

Как и в языках, повлиявших на Nix, все функции каррированы.

nix-repl> addOne = add 1

nix-repl> addOne 3
4

Помимо примитивных типов, таких как числа и строки, Nix поддерживает списки и словари (attribute sets в терминологии Nix).

nix-repl> list = [ 1 2 3 ]

nix-repl> set = { a = 1; b = list; }     

nix-repl> set
{ a = 1; b = [ ... ]; }

nix-repl> set.b
[ 1 2 3 ]

Значения в локальной области видимости можно задать через выражение let...in. Для примера, простая функция, реализующая факториал, как это принято делать в других статьях по функциональному программированию.

fac.nix:

let
  fac = n:
    if n == 0
    then 1
    else n * fac (n - 1);
in { inherit fac; }

Директива inherit вносит или "наследует" термин из текущей области видимости и даёт ему такое же имя. Пример выше эквивалентен записи let fac = ... in { fac = fac; }.

$ nix repl fac.nix
Welcome to Nix version 2.3.10. Type :? for help.

Loading 'fac.nix'...
Added 1 variables.

nix-repl> fac 3 
6

При загрузке файлов или модулей в REPL, Nix ожидает, что результатом вычисления модуля будет множество, элементы которого будут импортированы в текущую область видимости.

Для загрузки кода из других файлов в Nix есть функция import, принимающая путь к файлу с кодом и возвращающая результат выполнения этого кода.

mul.nix:

let
  mul = a: b: a * b;
in { inherit mul; }

Новый fac.nix:

let
  multMod = import ./mul.nix;
  fac = n:
    if n == 0
    then 1
    else multMod.mul n (fac (n - 1));
in { inherit fac; }

Хотя присваивание модуля в отдельную переменную — довольно частая практика, в данном случае это выглядит несколько нелепо, правда? В Nix есть директива with, добавляющая в текущую область видимости все имена из множества, переданного в качестве параметра.

fac.nix с использованием with:

with import ./mul.nix;
let
  fac = n:
    if n == 0
    then 1
    else mul n (fac (n - 1));
in { inherit fac; }

Сборка программ

Сборка программ и отдельных компонентов — это основная функция языка Nix.

В случае работы с пакетами, основным инструментом, про который нужно знать, является Derivation. Сам по себе Derivation — это специальный файл, содержащий рецепт для сборки в машинно-читаемом виде. Для компиляции программы на C, выводящей "Hello World!", derivation выглядит примерно следующим образом:

Derive([("out","/nix/store/1nq46fyv3629slgxnagqn2c01skp7xrq-hello-world","","")],[("/nix/store/60xqp516mkfhf31n6ycyvxppcknb2dwr-build-hello.drv",["out"])],["/nix/store/wiviq2xyz0ylhl0qcgfgl9221nkvvxfj-hello.c"],"x86_64-linux","/nix/store/r5lh8zg768swlm9hxxfrf9j8gwyadi72-build-hello",[],[("builder","/nix/store/r5lh8zg768swlm9hxxfrf9j8gwyadi72-build-hello"),("name","hello-world"),("out","/nix/store/1nq46fyv3629slgxnagqn2c01skp7xrq-hello-world"),("src","/nix/store/wiviq2xyz0ylhl0qcgfgl9221nkvvxfj-hello.c"),("system","x86_64-linux")])

Как видно, в этом выражении содержится путь к результату сборки, который получится в итоге, а также пути к исходным файлам, скрипту сборки, и метаданные: имя проекта и платформа. Стоит так же заметить, что пути к исходникам начинаются с /nix/store. При сборке, Nix копирует всё нужное в эту директорию, после чего сборка происходит в изолированном окружении (sandbox). Таким образом достигается воспроизводимость сборки всех пакетов.

Разумеется, никто в здравом уме руками писать такое не станет! Для простых случаев, в Nix есть встроенная функция derivation, принимающая описание сборки.

simple-derivation/default.nix:

{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }:

derivation {
  name = "hello-world";
  builder = pkgs.writeShellScript "build-hello" ''
    ${pkgs.coreutils}/bin/mkdir -p $out/bin
    ${pkgs.gcc}/bin/gcc $src -o $out/bin/hello -O2
  '';
  src = ./hello.c;
  system = builtins.currentSystem;
}

Давайте попробуем разобрать этот пример. Весь файл представляет собой определение функции, которая берёт один параметр — словарь, содержащий поле pkgs. Если оно не было передано при вызове этой функции, используется значение по умолчанию: import <nixpkgs> {}.

derivation — функция, так же принимающая словарь с параметрами сборки: name — имя пакета, builder — сборочный скрипт, src — исходный код, system — система или список систем, под который возможна сборка данного пакета.

writeShellScript — функция из nixpkgs, принимающая имя для скрипта и код и возвращающая путь к исполняемому файлу. Для многострочного текста в Nix есть альтернативный синтаксис с двумя парами одинарных кавычек.

С помощью команды nix build, этот рецепт для сборки можно запустить и получить работающий бинарник.

$ nix build -f ./simple-derivation/default.nix
[1 built]

$ ./result/bin/hello 
Hello World!

При запуске nix build, в текущей директории создаётся символическая ссылка result, указывающая на созданный в /nix/store пакет.

$ ls -l result 
lrwxrwxrwx 1 user users 50 Mar 29 17:53 result -> /nix/store/vpcddray35g2jrv40dg1809xrmz73awi-simple

$ find /nix/store/vpcddray35g2jrv40dg1809xrmz73awi-simple
/nix/store/vpcddray35g2jrv40dg1809xrmz73awi-simple
/nix/store/vpcddray35g2jrv40dg1809xrmz73awi-simple/bin
/nix/store/vpcddray35g2jrv40dg1809xrmz73awi-simple/bin/hello

Сборка программ, продвинутая версия

derivation — достаточно низкоуровневая функция, на базе которой в Nix построены куда более мощные примитивы. Для примера, можно рассмотреть сборку широко известной утилиты cowsay.

{ lib, stdenv, fetchurl, perl }:

stdenv.mkDerivation rec {
  version = "3.03+dfsg2";
  pname = "cowsay";

  src = fetchurl {
    url = "http://http.debian.net/debian/pool/main/c/cowsay/cowsay_${version}.orig.tar.gz";
    sha256 = "0ghqnkp8njc3wyqx4mlg0qv0v0pc996x2nbyhqhz66bbgmf9d29v";
  };

  buildInputs = [ perl ];

  postBuild = ''
    substituteInPlace cowsay --replace "%BANGPERL%" "!${perl}/bin/perl" \
      --replace "%PREFIX%" "$out"
  '';

  installPhase = ''
    mkdir -p $out/{bin,man/man1,share/cows}
    install -m755 cowsay $out/bin/cowsay
    ln -s cowsay $out/bin/cowthink
    install -m644 cowsay.1 $out/man/man1/cowsay.1
    ln -s cowsay.1 $out/man/man1/cowthink.1
    install -m644 cows/* -t $out/share/cows/
  '';

  meta = with lib; {
    description = "A program which generates ASCII pictures of a cow with a message";
    homepage = "https://en.wikipedia.org/wiki/Cowsay";
    license = licenses.gpl1;
    platforms = platforms.all;
    maintainers = [ maintainers.rob ];
  };
}

Оригинал скрипта находится здесь.

stdenv — специальный derivation, содержащий правила сборки для текущей системы: нужный компилятор, флаги и прочие параметры. Основное содержимое — гигантских размеров скрипт на баше под названием setup, который и выступает в роле скрипта builder из нашего простого примера выше.

 $ nix build nixpkgs.stdenv

 $ find result/
result/
result/setup
result/nix-support

$ wc -l result/setup 
1330 result/setup

mkDerivation — функция, создающая derivation с этим скриптом и заодно заполняющая другие поля.

Те читатели, кто раньше писал скрипты для сборки пакетов в Arch Linux или Gentoo, могут увидеть здесь крайне знакомую структуру. Как и в других дистрибутивах, сборка разбита на фазы, присутствует перечисление зависимостей (buildInputs) и так далее.

Заключение

В этой статье я попытался описать самые базовые части работы с Nix как языком для сборки кода. В следующих статьях я планирую показать, как мы применяем Nix в Typeable, а также как это делать лучше не стоит. Stay tuned!

Также, гораздо более подробное введение в Nix опубликовано на сайте самого под названием Nix pills.