Với tư cách là một người có kỹ năng trung bình trong việc tự host (self-hosting) và duy trì một phòng lab tại nhà (home lab), tôi nhận thấy hệ thống của mình ngày càng phát triển cùng với số lượng dự án tôi thử nghiệm, nhưng đồng thời cũng trở nên khó quản lý hơn rất nhiều. Điều này có thể do kỹ năng còn hạn chế của tôi, sự phức tạp của các công cụ, hoặc cả hai. Dù là nguyên nhân nào, nó cũng đã thúc đẩy tôi tìm kiếm các phương pháp để biến hệ thống trở nên bất biến (immutable).
Tôi mong muốn có thể tái xây dựng các máy chủ một cách đồng nhất trên các phần cứng khác nhau, theo dõi mọi thay đổi, thử nghiệm mọi thứ mà không sợ làm hỏng bất cứ điều gì, và quan trọng nhất là dễ dàng thêm và quản lý nhiều node hơn khi home lab phát triển. Nghe có vẻ tham vọng, nhưng NixOS thực sự đã biến tất cả những điều này thành hiện thực.
NixOS coi cấu hình hệ thống của bạn như mã nguồn. Bạn có thể định nghĩa toàn bộ thiết lập trong một tệp khai báo duy nhất gọi là configuration.nix. Điều này bao gồm các gói phần mềm (packages), dịch vụ (services), người dùng (users), thiết lập mạng (networking) và thậm chí cả cài đặt hạt nhân (kernel settings). Một khi được định nghĩa, hệ thống sẽ trở nên có khả năng tái tạo (reproducible), được kiểm soát phiên bản (version-controlled) và có thể quay lại trạng thái trước đó (roll-backable) – nếu đó là một thuật ngữ chính xác.
Giao diện Node-RED trên Home Assistant: Ví dụ về tự động hóa homelab
Khai báo mọi thứ trong Nix: Nền tảng của cấu hình bất biến
Kích hoạt Flakes để cấu hình tái tạo hoàn toàn
Như đã đề cập, NixOS là một hệ điều hành khai báo. Điều này có nghĩa là toàn bộ hệ thống, bao gồm các gói, dịch vụ, người dùng và thậm chí cả cài đặt hạt nhân, đều được cấu hình thông qua một tệp duy nhất gọi là configuration.nix hoặc thông qua thiết lập dựa trên Flakes.
Điều đầu tiên tôi thực hiện để biến home lab của mình trở nên bất biến là mã hóa mọi khía cạnh của các máy chủ. Điều này bao gồm các thiết lập như Nginx, khóa SSH của người dùng và các module phần cứng. Tôi đã viết tất cả dưới dạng mã và lưu trữ chúng trong Git. Một khi điều này được thực hiện, khía cạnh tái tạo đã được đảm bảo.
Để tiến xa hơn, tôi đã kích hoạt Flakes. Flakes cho phép cấu hình hoàn toàn tái tạo và khóa. Chúng cho phép bạn ghim hệ thống của mình vào một phiên bản cụ thể của Nixpkgs, đảm bảo bạn nhận được các bản dựng nhất quán mỗi lần. Chúng cũng giúp việc định nghĩa nhiều máy NixOS trong một kho lưu trữ duy nhất trở nên dễ dàng, điều này rất phù hợp cho một thiết lập home lab.
Vô hiệu hóa cài đặt mệnh lệnh (Imperative Installs)
Ở thời điểm này, việc vô hiệu hóa các cài đặt mệnh lệnh cũng là một điều hợp lý. Đối với những ai chưa quen, cài đặt mệnh lệnh là khi bạn cài đặt gói theo cách thủ công trên một hệ thống đang chạy bằng lệnh:
nix-env -iA nixpkgs.package-nameNhững cài đặt này làm thay đổi môi trường người dùng của bạn bên ngoài cấu hình NixOS. Chúng không được theo dõi trong kiểm soát phiên bản và thường dẫn đến sự sai lệch trong cấu hình (configuration drift). Điều đó hoàn toàn làm mất đi mục đích của tính bất biến. Thay vì sử dụng nix-env, hãy khai báo tất cả các gói của bạn trong cấu hình hệ thống. Bạn có thể thực thi điều này bằng cách xóa binary nix-env hoặc khóa môi trường người dùng.
Sử dụng nixos-rebuild cho các thay đổi nguyên tử và khả năng Rollback
Tôi luôn sử dụng nixos-rebuild để xây dựng và áp dụng các thay đổi. Công cụ này đánh giá cấu hình hệ thống của bạn, xây dựng một thế hệ hệ thống mới, và sau đó kích hoạt nó. Toàn bộ quá trình này mang tính nguyên tử (atomic) và giao dịch (transactional).
Nói cách khác, khi bạn muốn thay đổi hệ thống của mình (như thêm phần mềm, bật dịch vụ, hoặc thay đổi cài đặt), bạn không thực hiện nó trực tiếp. Thay vào đó, bạn chỉnh sửa tệp cấu hình của mình và chạy một lệnh duy nhất (nixos-rebuild) để áp dụng các thay đổi.
Điều này áp dụng tất cả các thay đổi cùng một lúc, không ảnh hưởng đến hệ thống hiện tại cho đến khi nó sẵn sàng, và tự động tạo bản sao lưu, cho phép bạn rollback nếu có sự cố xảy ra.
Tách biệt trạng thái runtime khỏi cấu hình hệ thống
Bước tiếp theo trong việc biến home lab của tôi trở nên bất biến là tách biệt trạng thái runtime khỏi cấu hình hệ thống. Trong một thiết lập bất biến, cấu hình khai báo, định nghĩa các dịch vụ chạy, người dùng tồn tại và gói nào được cài đặt, cần được cô lập hoàn toàn khỏi trạng thái runtime, chẳng hạn như nội dung cơ sở dữ liệu, tệp tải lên của người dùng, nhật ký và tệp phương tiện.
Cách tiếp cận này cho phép bạn coi hệ thống như một hạ tầng dùng một lần (disposable infrastructure) có thể được triển khai lại, nâng cấp hoặc rollback mà không làm mất dữ liệu sản xuất. Nó phù hợp với các nguyên tắc của containerization và hạ tầng dưới dạng mã (infrastructure as code), nơi các dịch vụ là không trạng thái (stateless) và lưu trữ là có trạng thái (stateful).
Trong một home lab, sự tách biệt này có nghĩa là bạn có thể tự động hóa hoàn toàn việc cấp phát lại các node, khôi phục dịch vụ nhanh chóng trên phần cứng mới, duy trì sao lưu đáng tin cậy bằng cách giữ dữ liệu tách biệt khỏi hệ điều hành và giảm tác động của các cấu hình sai hoặc cập nhật thất bại.
Lợi ích vượt trội của NixOS trong quản lý Home Lab
Mang lại sự linh hoạt đáng kể
Sử dụng NixOS để đạt được tính bất biến đã thay đổi cách tôi vận hành home lab hàng ngày. Mọi thay đổi đối với hệ thống giờ đây đều thông qua việc cập nhật các tệp cấu hình. Điều này dẫn đến các thay đổi được ghi lại rõ ràng, đầy đủ lịch sử commit, và giúp tránh được vấn đề kinh điển là “cái gì đó hoạt động trên máy này nhưng không trên máy khác”. Ví dụ, khi tôi muốn kích hoạt một dịch vụ như Nextcloud hoặc thiết lập một reverse proxy, tôi chỉ cần thêm nó vào cấu hình. Tôi đã kích hoạt nó trên nhiều máy cùng một lúc.
Nếu tôi cần áp dụng một bản cập nhật hoặc bản vá bảo mật cho toàn bộ thiết lập, tôi chỉ cần cập nhật phiên bản trong các biểu thức Nix của mình và xây dựng lại cấu hình của từng máy. Bởi vì NixOS được thiết kế cho tính nhất quán và tính lũy đẳng (idempotency), mỗi lần xây dựng lại đều cho ra kết quả mong đợi, bất kể phần cứng.
Màn hình cài đặt NixOS: Bước đầu xây dựng hệ thống bất biến cho homelab
NixOS: Giải pháp cứu cánh cho người dùng Home Lab
NixOS là một trong những bản phân phối Linux thú vị nhất mà tôi đã sử dụng trong nhiều năm và thực tế tôi coi nó là một trong những bản phân phối Linux tốt nhất hiện có. Nó đặc biệt hữu ích nếu bạn đang tìm kiếm một bản phân phối giúp giảm bớt rắc rối về cập nhật và cấu hình tự động cập nhật.
Kết luận
NixOS đã chứng tỏ mình là một công cụ cực kỳ mạnh mẽ, biến việc quản lý home lab phức tạp thành một quy trình khai báo, có kiểm soát và đáng tin cậy. Bằng cách áp dụng các nguyên tắc của hệ thống bất biến, cùng với sức mạnh của Flakes và công cụ như nixos-rebuild, chúng ta có thể đạt được khả năng tái tạo vượt trội, dễ dàng mở rộng và bảo trì hệ thống mà không gặp phải những rủi ro thường thấy. Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp để nâng tầm quản lý home lab của mình, NixOS chắc chắn là một lựa chọn đáng cân nhắc. Hãy chia sẻ kinh nghiệm của bạn về việc sử dụng NixOS hoặc các giải pháp quản lý home lab khác dưới phần bình luận!
