如何让路径依赖的程序正常工作

一切皆是文件

Linux 沿用了 Unix 的“一切皆是文件”理念。所有的输入/输出设备，包括硬盘、终端、打印机等，都被抽象为文件。

而虚拟文件系统（VFS）是这种理念的一个重要实现。VFS 提供了一个抽象层，使得用户可以使用统一的接口来访问各种不同类型的文件系统。在 Linux 中，VFS 不仅用于访问真实的文件系统（如 ext4、btrfs 等），还可以用于访问各种虚拟文件系统（procfs、sysfs 等）。

当你想操作它们的时候，只需要使用统一的文件操作 API（如 open、read、write 等）。这种设计简约且易用，广受赞誉。

一种文件组织规范

我们在上面提到了 Linux 将一切抽象成文件，但是又如何组织这些文件呢？于是有了 FHS（Filesystem Hierarchy Standard）来指导统一的文件组织方式。

• /bin 基本用户指令，无需特殊权限
• /boot 引导文件
• /dev 设备文件
• /etc 系统配置
• /home 用户家目录
• /lib 基本共享库与内核模块
• /media 可移动媒体的挂载点
• /mnt 临时文件系统挂载点
• /opt 拓展或业务软件
• /run 运行时变量数据
• /root 超级用户的家目录
• /sbin 系统库
• /srv 为系统服务准备的数据
• /tmp 临时文件

FHS

我只罗列个大概，你可以前往这个网站了解更多有关信息。

FHS 规范了一种单根树形的文件组织方式，让不同发行版之间的程序移植变得可行，应用程序总是能找到它们期望的库文件或可执行程序。

不知道你还记得吗？在上一节我们提到过 Nix 会将包文件释放在一个不重复的哈希路径里，而不是诸如 /usr/bin 之类的路径，这是妥妥的放弃了 FHS 了，它该如何保证那些有路径依赖的软件顺利运行呢？

路径依赖

“路径依赖”是指应用程序在运行时需要访问的文件或目录的具体位置。例如，一个应用可能需要访问 /usr/lib 目录下的某个库文件，或者需要读取 /etc 目录下的配置文件。这些路径通常在应用的源代码中被硬编码，因此应用对它们有所依赖。

兼容办法

NixOS 会通过以下方式确保有路径依赖的软件正常运行：

• 包装脚本（Wrapper Script）：NixOS 会为一些应用生成包装脚本。在执行它们的时候，包装脚本会很自然的将环境变量（比如 LD_LIBRARY_PATH）传递进去（新进程会继承其父进程的环境），它们就能在被安排好的环境变量里找到自己的依赖库。

常见环境变量

PATH 用于补充可执行程序的路径，让你在任何地方都能直接输入它们的名字以调用它们。

LIBRARY_PATH 用于在编译链接阶段查找动态链接库（*.so）和静态链接库（*.a）。这个环境变量只在编译链接阶段起作用，对运行时的库搜索路径有影响的是下一个环境变量。

LD_LIBRARY_PATH 用于指定动态链接器（ld）查找可执行文件运行时所依赖的动态链接库（*.so）的路径。即用于在程序运行期间查找动态链接库时，指定除标准路径 /usr/lib 之外的路径。

• 构建过程中的路径替换：Nix 能接触到构建软件这一环节，自然可以对硬编码的路径进行替换。

• 符号链接：NixOS 会将常见的目录或文件链接到存储在 /nix/store 中的相应文件。因为根目录下面的组织几乎全是链接在实现，所以根目录下面文件的组织对 NixOS 来说并不是太重要。

可切换的系统状态

在 NixOS 中还有一个代（generation）的概念，我们将不同的配置文件生成的系统状态称之为代，这些代实际上是链接不同的构建结果构成的。我们在上面就已经说过根目录的组织对 NixOS 不是非常重要，因为每次生成代（系统状态）就会新建一个根，链接不同的构建结果，也就是说，这个根是可以随时由 NixOS 根据配置重建的。

在生成代以后，NixOS 会添加新的引导条目，指向不同代的根目录，这样就能引导不同的系统状态。当然也能使用命令行工具实时切换这些状态。