本文介绍了不可变 Linux 系统的概念，并讨论了各种实现，例如 NixOS、Guix、Endless OS、Fedora Silverblue 和 OpenSUSE MicroOS。
每个系统都有自己的不变性方法，但共同原则包括下次启动时完成的系统升级、通过包管理器应用的更改以及回滚更改的能力。
本文深入介绍了每种实现的功能和局限性，并分享了作者的使用经验。
什么是不变性操作系统？
不变性这个词本身指的是一个不能改变的对象。
然而，当涉及到不可变操作系统时，定义立即变得模糊。什么是无法改变的操作系统？你应该用它做什么？
我们可以说 Linux LIVE-CD 是不可变的，因为每次启动它时，都会运行完全相同的程序，并且您无法更改任何内容，因为磁盘介质是只读的。但是当 LIVE-CD 运行时，您可以对其进行更改，您可以创建文件和目录，安装软件包，它不会陷入不可变的状态。
不幸的是，这个例子很好，但是那些 Linux 发行版的不变性方法完全不同，所以我们需要进一步思考。
这些系统中有三个共同原则：
- 系统升级不会在实时系统上完成
- 软件包更改将在下次启动时应用
- 您可以回滚更改
根据实施情况，系统可能会提供更多功能。但这个列表是目前 Linux 发行版应该被贴上“不可变”标签的。
现在我们找到了称为不可变的最低要求是什么，让我们按出现的顺序逐一了解每个实现。
NixOS / Guix
NixOS：
- 您可以在两种配置之间即时切换，因为这只是从一种配置切换到另一种配置的符号链接舞蹈
- 您可以在启动时选择配置，以便在出现问题时可以回滚到以前的版本
- 您无法更改包文件或系统文件，因为它们是只读的
- 除了特殊存储目录之外的挂载点都是可变的，因此您可以在 /home 或 /etc 或 /var 等中写入更改...您可以通过修改版本删除系统符号链接，但不能修改符号链接源本身。
我花了几年时间运行 NixOS 系统，这对我来说确实是一个爆炸，也是最好的“不可变”实现，但不幸的是它太不同了，所以尽管有这么多好处，它的采用率非常低。
Endless OS
Endless OS 背后的公司正试图提供一个可靠、免费、开源的系统，可以在没有互联网的情况下工作，以便在互联网/电网覆盖率较低的国家使用。他们甚至提供了一个“包含离线互联网”的版本，其中包含维基百科转储、课堂课程和许多使计算机在离线时有用的东西（我喜欢他们的工作）。
Endless OS 基于 Debian，但使用 OSTree 工具使其不可变。OSTree 允许您管理核心系统映像，并在其之上添加层，将包视为层。但它也可以为下次启动准备新的系统映像。
使用 OSTree，您可以在下次启动时可用的新版本系统中应用程序包更改，并在启动时恢复到以前的版本。
分区以可写方式挂载，但由/usrOSTree 处理的包区域除外，它是以只读方式挂载的。无法回滚/etc。
供用户使用的程序（不是系统使用的软件包，如 grub、X 显示或驱动程序）是从 Flatpak（也使用 OSTree，但与系统无关）安装的，这避免了每次都需要重新启动你安装一个新的包。
我对 Endless OS 的体验好坏参半，它是一个优秀而可靠的操作系统，运行良好，从未失败过，但我只是不是目标受众。他们提供了一个修改过的 GNOME 桌面，看起来像智能手机菜单，因为这是大多数非技术用户所熟悉的（但我讨厌它）。安装 DevOps 工具虽然不切实际，但并非不可能，因此我为我的多媒体上网本保留了 Endless OS，而且我真的很喜欢它。
Fedora Silverblue
该系统由用于发布的单个核心映像组成，例如 fedora-38，并且对于安装的每个软件包，都会在核心之上添加一个新层。在任何时候，你都可以列出所有层来了解核心之上安装了哪些软件包，如果删除一个软件包，整个堆栈将在没有软件包的情况下再次生成（这非常慢），之后绝对没有剩余删除包。
启动时，您可以选择旧版本的系统，以防升级后出现问题。如果您安装了一个软件包，则需要重新启动才能使其可用，因为更改不会应用于当前启动的系统，但是 rpm-OSTree 得到了很好的升级，您可以暂时将下次启动的更改合并到实时系统中（使用 tmpfs 覆盖）来使用更改。
/etc/挂载点管理有点不同，除了、/root和 之外，所有内容都是只读的/var，但默认情况下您的主目录/var/home有时会超出预期。无法回滚/etc。
由于 rpm-OSTree 安装新软件包的速度很慢，并且需要重新启动才能完全可用（实时更改回端口将额外的更改存储在内存中），因此他们建议对程序使用 Flatpak，或者某种创建的包装toolbox器一个无根 Fedora 容器，您可以在其中安装软件包并在终端中使用它。
toolbox 旨在提供 Flatpak 中没有的开发库或工具，但您不想将其安装在基本 Fedora 系统中。
工具箱网站
我对 Fedora Silverblue 的体验非常好，它很稳定，更新也很流畅，即使很慢。
OpenSUSE MicroOS
OpenSUSE Tumbleweed（滚动发布 OpenSUSE）的这个版本具有不变性，但有自己的实现。MicroOS的想法非常简单，整个系统除了一些目录（例如/home或/var位于btrfs快照上）之外，如果您想对系统进行更改，则将当前快照分叉为新快照，并将更改应用到那里，准备下次启动。
这里有趣的是它/etc是快照的一部分，并且可以回滚，这在基于 OSTree 的系统中是不可能的。还可以使用 shell 对文件系统的任何文件（在新快照中，而不是实时快照中）进行更改，这对于注入文件来解决驱动程序问题非常实用。
缺点是，如果您开始进行更改，则不能保证您的系统是“纯粹的”，因为它们不会被跟踪，快照只是编号，并且您不知道每个快照中进行了哪些更改。
我对 OpenSUSE MicroOS 的体验非常棒，它在我的主笔记本电脑上与 OpenBSD 进行双引导，它是我的 Linux 游戏操作系统，也是我的 NAS 操作系统，所以我不必关心更新。我喜欢快照系统不会限制我，而 OSTree 系统不允许您在不安装软件包的情况下进行更改。
Vanilla OS
最后，不可变家族中真正新的（但足够成熟可用）系统是基于 Ubuntu 的 Vanilla OS（但很快将在 Debian 上），使用 ABroot 来实现不变性。对于 Vanilla OS，我们有另一种实现，它与我们上面看到的完全不同。
Vanilla OS 项目网站
ABroot 命名是经过深思熟虑的，其想法是拥有一个根分区 A、另一个根分区 B 以及一个用于持久数据（如/home或 ）的分区/var。
这是 ABroot 完成的引导步骤：
- 首次启动在 A 上完成，它以只读方式安装
- 对系统的更改（例如新包或文件更改）/etc在 B 上完成（并且可以使用 tmpfs 覆盖实时应用）
- 重新启动时，如果之前启动的是A，则在B上启动，然后如果启动成功，ABroot会扫描A和B之间的所有更改，并将从B到A的所有更改应用
- 当你使用你的系统时，在你做出改变之前，A和B总是相同的
这种实现有缺点，您只能回滚更改，直到在新版本上启动为止，然后更改也会应用到之前的启动上，并且无法回滚。此实现主要可以保护您免受升级失败的影响，或者如果您进行了更改并现场尝试，但您更愿意回滚。
Vanilla OS 具有包管理器 apx，由 distrobox 作者编写。这肯定是一个有趣的软件，允许非 root 用户安装来自许多发行版（arch linux、fedora、ubuntu、nix 等）的软件包，并将它们集成到系统中，就像在本地安装一样。我想它是分布盒顶部的某种层。
apx 包管理器 GitHub 项目页面
我的体验不是很好，我没有发现 ABroot 真正有用，而且我尝试的 22.10 版本使用的是旧的 Ubuntu LTS 版本，这并没有让我的游戏计算机真正满意。Vanilla OS、ABroot 和 apx 的整体状态是它们还很年轻，我认为它可以成为一个很棒的发行版，但它仍然有一些粗糙的边缘。
Alpine Linux
我听说可以使用“lbu”命令在 Alpine Linux 上实现不变性。
我不想过多讨论细节，但这里是简短的版本：您可以使用 Alpine Linux 安装程序作为启动的基本系统，并创建“保存的配置”的 tarball，这些配置在启动时自动应用（它只是 tarred 的）目录和一些自动安装包）。每次启动时，所有内容都会再次解压，并再次安装软件包（您应该使用 apk 缓存目录），所有内容都在实时内存中，完全可写。
这能达到什么目的？您始终从干净的状态开始，每次启动时都会在其之上应用更改，您可以回滚更改并重新开始。我们上面定义的不变性并未实现，因为更改是应用在基础系统上的，但它非常接近满足（我自己的）要求。
我只使用了几天，而不是作为我的主系统，它需要很好地理解你在做什么，因为系统完全在内存中，你需要关心你想要保存的内容/恢复，这可以创建大档案。
最重要的是，它的记录很少。
总结
不可变操作系统正在我们的小型开源系统社区中成为新闻，但这个词背后隐藏着许多具有不同用例的实现。“不可变”这个词确实引起了用户的期望，但它实际上只不过是操作系统的事务性更新，我很高兴我们现在可以拥有此功能。
但事务性更新并不新鲜，我认为它是在不久前开始的，Solaris 和 ZFS 允许您在启动时选择系统快照，然后我很确定 FreeBSD 在十年前就实现了这一点，事实证明，在任何具有常规 btrfs 快照的 linux 发行版您可以在启动时选择快照。
最后，真正的新功能是能够在非实时环境中应用事务更改，将其集成到引导加载程序中，并为用户提供轻松处理此问题的工具。