擺脫「在我的電腦上可以跑」的魔咒：Nix Package Manager 入門

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§ 1: 本文

前言: Nix: the package manager
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有使用過 Linux 的人應該都知道，無論是哪種 Distribution 都有自己的套件管理程式，譬如 Debian/Ubuntu 的 apt，或是 Arch 的 pacman。 macOS 的使用者也有 Homebrew，Windows 則有 chocolatey 與 scoop。這些套件管理程式讓我們可以很方便地安裝和更新常用的軟體。

但是你有沒有遇過一些情況？

同樣是通過 Homebrew 安裝，但是某些套件的版本互相不支援（例如 Python 3.10 與 3.11 的路徑衝突）；或是換了新電腦後，忘記自己曾經裝過哪些套件和 Library，導致在跟合作者討論專案時，對方無法複製你的環境，甚至引發更多「在我的電腦上明明可以跑」的問題。

當然，要讓你的程式開發環境獨立，一個常見的方式是使用 Docker。但是 Docker 比較龐大，有時候我們只是想要簡單安裝一些小工具，譬如說 neovim、imagemagick、gnuplot 或是特定版本的 git，為此起一個 Container 實在有點殺雞焉用牛刀。

Nix 作為一個程式語言，同時也是一個套件管理系統，它的設計哲學基本上就是想要克服上述這些痛點。它透過獨特的架構設計，實現了三大核心目標：

可重現性 (Reproducibility)
可靠性 (Reliability)
宣告式 (Declarative)

重現性: 不僅僅是安裝，而是「精確複製」
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在傳統的套件管理器中，當你執行 apt install python 時，你得到的 Python 版本取決於你什麼時候執行這行指令。今天的 Python 可能跟一個月後的 Python 版本不同，這就是環境不一致的元兇。

Nix 採用了一種極端的作法：Hash Everything。

Nix 會將一個套件所有的「輸入」（包含源碼、編譯參數、依賴套件的版本）計算出一個唯一的 Hash 值。安裝路徑不再是 /usr/bin/python，而是看起來像這樣：

/nix/store/26qyq4819gk074kmjzcrsl0b4i9n9qlm-python3-3.11.11/bin/python

只要 Hash 值一樣，無論在你的電腦、我的電腦，還是 CI/CD 伺服器上，這個軟體的行為就是完全一致的。這保證了 100% 的可重現性。

可靠性: 向「Dependency Hell」說再見
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你有沒有經歷過因為更新了一個軟體，結果把另一個軟體弄壞的慘劇？這通常是因為它們共用了某個 Library（例如 libssl），但需要不同的版本。

Nix 的 Isolation (隔離) 機制完美解決了這個問題。

因為每個套件都住在自己唯一的 /nix/store/HASH-名稱 路徑下， Nix 允許同一系統中同時存在多個不同版本的軟體或 Library，而且它們彼此互不干擾。

專案 A 需要 Node.js 14
專案 B 需要 Node.js 20

在 Nix 中，這兩者可以和平共存，完全不需要像 nvm 或 virtualenv 那樣頻繁切換全域環境。此外，Nix 的操作是原子性 (Atomic) 的，升級失敗不會導致系統毀損，且隨時可以「瞬間回滾 (Rollback)」到上一個正常的狀態。

宣告式: 寫設定檔，而不是敲指令
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這是 Nix 最強大也最現代的特性。

傳統的維護方式是指令式的：你必須記得敲過哪些指令 (apt install git, pip install numpy…)。如果你忘了紀錄，下次重灌電腦就得憑記憶重來。

Nix 提倡宣告式的管理。你只需要寫一個設定檔（通常是 .nix 檔案），告訴 Nix 你「想要」什麼，剩下的交給它。

範例一：基本 `shell.nix`
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只要在你的專案資料夾下放入一個 shell.nix 檔案：

{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }:

pkgs.mkShell {
  packages = [
    pkgs.python311
    pkgs.poetry
    pkgs.postgresql
  ];
}

你可以把這個設定檔放在 github，或是傳給別人，任何人只要安裝完 Nix 後，在資料夾內輸入：

nix-shell

Nix 就會自動下載並提供 Python 3.11、Poetry 和 PostgreSQL 的環境。一旦離開這個 Shell (輸入：exit)，這些工具就「消失」了，不會污染你的全域系統。

也可以使用direnv，只要進入該路徑，就會自動啟用shell，離開該目錄就會自動退出。

範例二：稍微複雜一些的 `shell.nix`
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這個範例是拍拍君在使用 python時最常使用的基本環境。

let
  nixpkgs = fetchTarball "https://github.com/NixOS/nixpkgs/tarball/nixos-24.11";
  pkgs = import nixpkgs { config = {allowUnfree=true; }; overlays = []; };

  myPython = pkgs.python312;

  pythonWithPkgs = myPython.withPackages (pythonPkgs: with pythonPkgs; [
    ipython
    ipykernel
    pip
    setuptools
    virtualenv
    virtualenvwrapper
    wheel
  ]);

  lib-path = with pkgs; lib.makeLibraryPath [
    libffi
    openssl
    stdenv.cc.cc
    # If you want to use CUDA, you should uncomment this line.
    # linuxPackages.nvidia_x11
  ];
in


pkgs.mkShell {
  packages = [

    pythonWithPkgs

    pkgs.libgcc
    pkgs.gcc
    pkgs.python311
    pkgs.lolcat
    pkgs.vscode
    pkgs.git
    pkgs.git-lfs
    pkgs.openssh
    pkgs.rsync
  ];

  GREETING = "Python Enviroment (default)!!!";

  shellHook = ''
        SOURCE_DATE_EPOCH=$(date +%s)
        export "LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:${lib-path}"
        VENV=.venv
        if test ! -d $VENV; then
          virtualenv $VENV
        fi
        source ./$VENV/bin/activate
        export PYTHONPATH=`pwd`/$VENV/${myPython.sitePackages}/:$PYTHONPATH

        echo $GREETING | lolcat
        alias vi=nvim
  '';
}

安裝 Nix
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Nix 支援 Linux, MacOS, Windows (WSL2), Docker 等環境。可以參考官方安裝網頁來安裝。

以macOS來說，只需要打開終端機後輸入下面指令就可以安裝了：

sh <(curl --proto '=https' --tlsv1.2 -L https://nixos.org/nix/install)

結語
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Nix 的學習曲線確實比其他套件管理軟體陡峭一些，因為它不僅是一個工具，更是一種管理軟體的思維轉變。

但如果你厭倦了：

每次換電腦都要花一整天設定開發環境。
因為升級某個套件導致專案跑不動。
團隊成員之間的環境版本永遠對不上。

那麼，Nix 絕對值得你投入時間學習。它讓你的系統更乾淨、更可控，並且讓「環境設置」變成可以被版控的程式碼。有時候不確定怎麼寫 .nix 檔案時，往往為LLM模型都可以輕易的解決你的問題。

預告
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讀完這篇入門，你可能已經感受到 Nix 在套件管理上的威力，但這只是冰山一角。如果不搭配生態系中的其他工具，每次都要手動輸入 nix-shell 其實還是有點麻煩的。

在後面文章中，我們將介紹 Nix 生態系中不可或缺的一些進階使用，讓你的開發體驗從「手動排檔」升級到「自動駕駛」：

Home Manager (管好你的 Dotfiles)

還在手動複製貼上 .zshrc 或 .vimrc 到新電腦嗎？ Home Manager 讓你用 Nix 語言統一管理所有個人設定檔。換了電腦，一行指令就能還原你熟悉的 Terminal、Git 設定與軟體清單。
direnv (自動化環境切換)

忘記輸入 nix-shell 怎麼辦？搭配 direnv，當你 cd 進入專案目錄的瞬間，所有需要的開發工具（Node, Python, Go 等）會自動載入；離開目錄後自動卸載。這才是真正的「無感」環境切換。
Nix Flakes (現代化的專案標準)

這是 Nix 的未來標準。它解決了舊版 Nix 頻道（Channels）版本不固定的問題，提供了 flake.lock 檔案（類似 package-lock.json），確保你的專案在十年後依然能構建出完全一模一樣的結果。