Chapter 2: Development Environment with Nix

핵심 개념

Nix는 함수형 패키지 관리자로, 재현 가능하고 결정론적인 개발 환경을 제공합니다. 생물정보학 연구에서 중요한 의존성 충돌 해결과 환경 일관성 문제를 근본적으로 해결합니다.

소프트웨어 의존성 관리 문제

현대 생물정보학 연구는 수많은 소프트웨어 도구에 의존합니다. Python, R, BLAST, BWA, SAMtools 등 각 도구는 서로 다른 버전의 라이브러리를 요구하며, 이는 복잡한 의존성 충돌을 야기합니다.

# 전형적인 의존성 충돌 시나리오
$ pip install biopython==1.79
$ pip install tensorflow==2.8.0
ERROR: tensorflow requires numpy>=1.20.0,<1.24.0
       but biopython requires numpy>=1.17.0

$ conda install -c bioconda blast
$ conda install -c conda-forge pytorch
ERROR: Package conflicts detected

이러한 문제들의 근본 원인:

전역 네임스페이스: 시스템 전체에서 하나의 버전만 설치 가능
가변 상태: 패키지 설치/제거가 기존 환경을 변경
시점 의존성: 설치 시점에 따라 다른 버전 설치
불완전한 격리: 가상환경도 시스템 라이브러리에 의존

Nix의 해결 접근법

Nix는 함수형 프로그래밍 원리를 패키지 관리에 적용하여 이러한 문제들을 근본적으로 해결합니다:

불변성(Immutability): 설치된 패키지는 절대 변경되지 않습니다. 각 패키지는 고유한 해시를 가진 경로에 저장되며, 내용이 바뀌면 새로운 경로에 새로 설치됩니다.

/nix/store/abc123...python3-3.8.16/
/nix/store/def456...python3-3.9.18/
/nix/store/ghi789...numpy-1.21.0-python3.8/
/nix/store/jkl012...numpy-1.23.0-python3.9/

순수 함수: 같은 입력(설정)은 항상 같은 출력(환경)을 생성합니다. 시점이나 시스템 상태에 관계없이 동일한 환경이 구성됩니다.

완전한 격리: 각 패키지는 명시적으로 선언된 의존성만 참조할 수 있으며, 시스템의 다른 부분과 완전히 격리됩니다.

Nix 언어와 표현식

Nix는 자체 함수형 언어를 사용하여 패키지와 환경을 선언적으로 정의합니다. 이 언어는 JSON과 유사하지만 변수, 함수, 조건문을 지원합니다.

# 기본 개발 환경 정의
{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }:

pkgs.mkShell {
  buildInputs = with pkgs; [
    python3
    python3Packages.biopython
    python3Packages.numpy
    python3Packages.pandas
  ];

  shellHook = ''
    echo "생물정보학 분석 환경"
    python --version
  '';
}

Nix Store와 패키지 관리

Nix Store는 모든 패키지가 저장되는 불변 저장소입니다. 각 패키지는 입력(소스 코드, 의존성, 빌드 스크립트)의 해시를 기반으로 한 고유한 경로에 저장됩니다.

경로 구조: /nix/store/[32자리 해시]-[패키지명]-[버전]/

결정론적 빌드: 같은 입력으로 빌드하면 항상 같은 결과를 생성합니다. 이는 완전한 재현성을 보장합니다.

참조 투명성: 패키지의 의존성이 명시적으로 기록되어 있어, 실행 시점에 정확히 어떤 버전의 라이브러리를 사용하는지 추적 가능합니다.

개발 워크플로우에서의 장점

프로젝트별 환경: 각 연구 프로젝트가 독립된 환경을 가질 수 있습니다.

# RNA-seq 분석 환경
{ pkgs ? import <nixpkgs> {} }:
pkgs.mkShell {
  buildInputs = with pkgs; [
    python3
    python3Packages.pandas
    python3Packages.matplotlib
    r-packages.DESeq2
    salmon
    fastp
  ];
}

팀 협업: 환경 설정을 코드와 함께 버전 관리하여 모든 팀원이 동일한 환경을 사용할 수 있습니다.

실험과 롤백: 새로운 도구를 안전하게 실험하고, 문제가 생기면 즉시 이전 환경으로 복원할 수 있습니다.

학습 로드맵

Chapter 2.1: Programming Paradigms

명령형과 함수형 프로그래밍의 차이점을 이해하고, 패키지 관리에서 함수형 접근법의 장점을 학습합니다.

Chapter 2.2: Functional Programming

불변성, 순수 함수, 참조 투명성 등 함수형 프로그래밍의 핵심 개념과 Nix에서의 적용을 다룹니다.

Chapter 2.3: Attribute Sets

Nix의 데이터 구조인 속성집합을 이해하고, 구조화된 설정 관리 방법을 학습합니다.

Chapter 2.4: Nix Basics

Nix 언어의 기본 문법과 패키지 관리 명령어를 실습하며 개발 환경 구성 방법을 익힙니다.

Chapter 2.5: Nix Core Concepts

Derivation, Nix Store, 의존성 추적 등 Nix의 내부 동작 원리를 심화 학습합니다.

사전 요구사항

설치: Nix 패키지 관리자가 시스템에 설치되어 있어야 합니다.

# Linux/macOS 설치
# Windows 의 경우 WSL2 를 설치 후, WSL2 위에 Nix 설치 필요
curl -L https://nixos.org/nix/install | sh
source ~/.nix-profile/etc/profile.d/nix.sh

# 설치 확인
nix --version

배경 지식:

기본적인 패키지 관리 경험 (pip, conda, apt 등)
명령줄 인터페이스 사용법
프로그래밍 언어 사용 경험 (Python, R 등)

다음: 2.1 Programming Paradigms

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