Docker--Docker鏡像原理

docker 是操作系統層的虛擬化，所以 docker 鏡像的本質是在模擬操作系統。

聯合文件系統（UnionFS）

聯合文件系統（UnionFS） 是Docker鏡像實現分層存儲的核心技術，它通過將多個只讀層（Image Layers）和一個可寫層（Container Layer）疊加，形成一個虛擬的、統一的文件系統。

核心概念

分層存儲：

  • Docker鏡像由多個只讀層組成，每一層對應一個構建步驟（如RUN、COPY指令）。
  • 這些層通過UnionFS疊加在一起，形成一個邏輯上的完整文件系統。

只讀層與可寫層：

  • 只讀層：鏡像的每一層都是只讀的，確保了鏡像的一致性和不可變性。
  • 可寫層：當容器啟動時，Docker會在鏡像的只讀層之上添加一個可寫的容器層，用于記錄容器的文件修改。

共享與復用：

  • 多個容器可以共享同一個鏡像的只讀層，節省存儲空間。
  • 不同容器之間的可寫層相互隔離，互不影響。

工作原理

文件系統的疊加：

  • UnionFS將多個只讀層和一個可寫層按照順序疊加，形成一個統一的視圖。
  • 當訪問文件時，UnionFS會從頂層開始查找，直到找到目標文件為止。

寫時復制（Copy-on-Write, CoW）：
-== 如果容器需要修改只讀層中的文件，UnionFS會先在可寫層中創建一個該文件的副本，然后對副本進行修改==。

  • 這種機制避免了直接修改只讀層，確保了鏡像的不可變性。

透明性：

  • 對于用戶來說，UnionFS提供的文件系統視圖是透明的，用戶無需關心文件的實際存儲位置。

實現方式

常見實現：

  • AUFS：早期Docker使用的UnionFS實現，但已逐漸被其他實現取代。
  • OverlayFS：現代Linux內核中廣泛使用的UnionFS實現，性能更優。
  • Btrfs、ZFS：其他支持UnionFS的文件系統，但使用較少。

OverlayFS的分層結構：

  • LowerDir：鏡像的只讀層，由多個目錄組成。
  • UpperDir：容器的可寫層。
  • WorkDir：用于存儲OverlayFS的臨時數據。
  • MergedDir：最終呈現給容器的統一文件系統視圖。

在Docker中的應用場景

鏡像構建：

  • Docker通過UnionFS將多個構建步驟的層疊加，形成一個完整的鏡像。
  • 每個層都可以被其他鏡像共享，減少了存儲空間的占用。

容器運行：

  • 容器啟動時，Docker會在鏡像的只讀層之上添加一個可寫層，用于記錄容器的文件修改。
  • 這種設計使得容器可以快速啟動，并且多個容器可以共享同一個鏡像。

鏡像分發：
由于鏡像的層是共享的，Docker在分發鏡像時只需要傳輸新增的層，大大減少了網絡帶寬的占用。

UnionFS的優勢

存儲效率：

  • 通過共享層，減少了存儲空間的占用。
  • 寫時復制機制避免了重復的數據復制。

性能優化：

  • OverlayFS等現代UnionFS實現具有較高的性能，能夠滿足容器化應用的需求。

靈活性：

  • 支持動態添加和刪除層，方便鏡像的管理和更新。

Docker分層存儲機制

Docker分層存儲機制是Docker鏡像構建與運行的核心技術，通過將鏡像和容器的數據存儲在多個獨立的層中，實現了高效、靈活的鏡像管理和容器運行。

基本概念

鏡像層（Image Layer）

  • Docker鏡像由多個只讀層組成，每一層對應一個構建步驟（如RUN、COPY、ADD指令）。
  • 這些層通過 聯合文件系統（UnionFS） 技術疊加，形成一個邏輯上的完整文件系統。
  • 每個層只存儲與前一層相比的增量變化，避免重復數據存儲。

容器層（Container Layer）

  • 當容器啟動時，Docker會在鏡像的只讀層之上添加一個可寫的容器層。
  • 容器運行時的所有修改（如文件創建、修改、刪除）都記錄在容器層中，不會影響鏡像層。

工作原理

鏡像構建

  • 構建鏡像時，每執行一條Dockerfile指令，都會生成一個新的鏡像層。
  • 例如，執行RUN apt-get update && apt-get install -y nginx會在基礎鏡像層之上新增一層，記錄安裝的Nginx軟件包。

容器運行

  • 容器啟動時，Docker會將鏡像的只讀層與容器層聯合掛載，形成一個可讀寫的文件系統視圖。
  • 容器層是臨時的，當容器停止或刪除時，容器層的修改會丟失（除非通過卷或綁定掛載持久化數據）。

寫時復制（Copy-on-Write, CoW）

  • 當容器需要修改只讀層中的文件時，Docker會將該文件復制到容器層，然后在容器層中進行修改。
  • 這種機制保證了鏡像層的不可變性，同時提高了容器啟動速度。

分層存儲的優勢

鏡像復用與共享

  • 多個容器可以共享同一個鏡像的只讀層，減少存儲空間占用。
  • 例如，多個基于同一基礎鏡像構建的應用鏡像可以共享基礎鏡像層。

高效構建與部署

  • 鏡像構建時，Docker會利用緩存機制。如果某一層的內容沒有變化，Docker會直接使用緩存的層，而不需要重新構建。
  • 鏡像的分層存儲使得鏡像的傳輸和存儲更加高效。

版本控制與回滾

  • 每一層的變化都可以被追蹤，開發者可以輕松地回滾到之前的版本，或者在不同版本之間切換。
    快速啟動
  • 由于容器啟動時只需添加一個輕量級的可寫層，而不是重新創建整個文件系統，因此容器啟動速度非常快。

實現細節

層標識符（Layer ID）

  • 每個鏡像層都有一個唯一的標識符，用于在不同的鏡像之間共享。

存儲驅動（Storage Driver）

  • Docker支持多種存儲驅動，如AUFS、OverlayFS、Device Mapper等，這些驅動都實現了分層存儲的機制。
    例如，OverlayFS是現代Linux系統中廣泛使用的存儲驅動，性能更優。

層的內容

  • 每一層包含了文件系統的變化，例如添加、刪除或修改的文件。這些變化以增量方式存儲，只有發生變化的部分會被存儲。

鏡像分層存儲實戰

先拉取鏡像

docker pull nginx:1.21.1

通過 docker image history 查看如下

root@VM-8-12-ubuntu:/data/ahri# docker history nginx:1.21.1
IMAGE          CREATED       CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
822b7ec2aaf2   3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  CMD ["nginx" "-g" "daemon…   0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  STOPSIGNAL SIGQUIT           0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  EXPOSE 80                    0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  ENTRYPOINT ["/docker-entr…   0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop) COPY file:09a214a3e07c919a…   4.61kB    
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop) COPY file:0fd5fca330dcd6a7…   1.04kB    
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop) COPY file:0b866ff3fc1ef5b0…   1.96kB    
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop) COPY file:65504f71f5855ca0…   1.2kB     
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c set -x     && addgroup --system -…   63.9MB    
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  ENV PKG_RELEASE=1~buster     0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  ENV NJS_VERSION=0.6.1        0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  ENV NGINX_VERSION=1.21.1     0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  LABEL maintainer=NGINX Do…   0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop)  CMD ["bash"]                 0B        
<missing>      3 years ago   /bin/sh -c #(nop) ADD file:4ff85d9f6aa246746…   69.3MB

可以看到 dockerfile 和做出來的鏡像是對應的，而且不是每一層都占用空間的。

我們再通過inspect命令查看該鏡像的存儲位置。

root@VM-8-12-ubuntu:/data/ahri# docker image inspect nginx:1.21.1
[{"GraphDriver": {"Data": {"LowerDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/ec2f5f43a9a6f4e7063fb6ef633103b1bca417f34488a4a48736758f9eb6019f/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/e368569b4eb5117dabbb84864913883ecf8f50130097619ce128a7bcdf141092/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/0b85066e21c3238a8d0214b82399b41b6fedfbebe48ba8a88ab45d0947089685/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/8bdfae00fada474094f86a6fc004d5a2e53d660509fcb3ec987d204b2df5eb20/diff","MergedDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/b35408cd1036fd7aa5d4fb5220f06fe9a56606fb2ad1316a8beca766c886e692/merged","UpperDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/b35408cd1036fd7aa5d4fb5220f06fe9a56606fb2ad1316a8beca766c886e692/diff","WorkDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/b35408cd1036fd7aa5d4fb5220f06fe9a56606fb2ad1316a8beca766c886e692/work"},"Name": "overlay2"},"RootFS": {"Type": "layers","Layers": ["sha256:d000633a56813933cb0ac5ee3246cf7a4c0205db6290018a169d7cb096581046","sha256:63b5f2c0d071d1ac41fe869b0f2321c3adec53d8d51b4a03017d865c38dd41f8","sha256:875b5b50454b905c1046c99ab65e403bf27400bf9c96c157332cda2538698dc2","sha256:ed94af62a494fbea70c27afcedea4c303817196b50e8dd98b5be88cd514aab01","sha256:8e58314e4a4fbd97b70bed2b4c5f4b2911ff7f3e3ee310be89fab1120768d533","sha256:d47e4d19ddecb22dc95d641e9c29192a2d13e8506bc60d1c8f6452685ed63634"]},"Metadata": {"LastTagTime": "0001-01-01T00:00:00Z"}}
]

可以看到 GraphDriver 也就是我們的存儲驅動，是 overlay2 的存儲驅動;
nginx 的 overlay2 的四個目錄也都顯示出來了，我們知道 docker 的默認目錄是/var/lib/docker，之所以在/data/var/lib/docker 下面是因為我們規劃了磁盤，調整了默認的存儲目錄。

可以看到 lowerdir，upperdir，都位于/data/var/lib/docker/overlay2 下面，因為我們調整過默認存儲位置所以對比默認的/var/lib/docker 多了/data;我們進入到

cd /data/var/lib/docker/overlay

該目錄下，查找我們的nginx,看下文件的怎么存儲的

root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# tree -P nginx -f |grep "/sbin/nginx"
│   │   │   │   └── ./0b85066e21c3238a8d0214b82399b41b6fedfbebe48ba8a88ab45d0947089685/diff/usr/sbin/nginx
│   │   │   │   └── ./db3ef3edafc0f2fe808eb68b6f53aec88b9c2e6fd525bb7e7cf9bbfec464992b/diff/usr/sbin/nginx
│   │   │   │   └── ./e43ea820aaac10fe0afac4afac18f8fa929ae618868ae467f59f3be0348ce09c/diff/usr/sbin/nginx
│   │           │       └── ./eb2gtnp096i7l1cddihp05s0m/diff/usr/local/nginx/sbin/nginx
│   │   │   │   └── ./ee39d178f8d876a5f2a725528e6de013ffca56e8214eb8e01287ec62d5b90d04/diff/usr/sbin/nginx
│   │           │       └── ./fejtx6ef605fty3ldwkg4m1q6/diff/usr/local/nginx/sbin/nginx
│   │           │       └── ./lkq1gz8jjbyoal36hm586np6k/diff/usr/local/nginx/sbin/nginx

-P nginx 選項表示只顯示匹配模式nginx的文件或目錄名。
從當前目錄開始，遞歸地列出所有匹配 nginx 的文件或目錄（通過 tree -P nginx -f）。
然后，通過 grep 進一步過濾，只顯示路徑中包含 /sbin/nginx 的行。

搜索后可以看到我們找到了多個nginx 文件，因為我們本地有多個 nginx 鏡像所以搜到了多個 nginx 文件，通過
lowerdir 的值我們可以確定有一個是和我們 nginx:1.12.1 的匹配上的

同樣的方式我們通過 Dockerfile 發現，nginx 還存儲了個 docker-entrypoint.sh，我們搜索這個文件，我們發現這個文件也被放到了 diff 目錄下面，和我們的 lowerdir 中
一個 layer 是對應的。

root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# tree -P "docker-entrypoint.sh" -f | grep "docker-entrypoint.sh"
│   │               └── ./2b130b497b862c6acff53f31ebdbc5ecf772345c2b9ce4326f620bcef741507d/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
│   │   └── ./4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1/diff/docker-entrypoint.sh
│   │   └── ./5b1bddba0c572552b60b6b6652bc91a87ac06b9211ba5624dff834375755cf9e/diff/docker-entrypoint.sh
│   │               └── ./64bc799bb08a0ad3430763f0e542b335290e94672e745aa94a852e4304ef4e3f/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
│   │               └── ./78ba0a0382912a6afddfae1e6284cf44613f06053d091450ae5b81843cf8fd29/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
│   │   └── ./895480d1f77b5a0db270020acb3884a3e6c7060e8b0aa549f2cf6010bfb00218/diff/docker-entrypoint.sh
│   │               └── ./a0040d7c6e1a802554a81abc3647e12a173e718387b65c8818fff523da1bb543/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
│   │   └── ./a015c0762e6d24830c7631bec8e3c7959860090f0ea78b8a1dd2a3b5e2d5fe7f/diff/docker-entrypoint.sh
│   │               └── ./abd0373582a3c3c4cd39e9148cfb2d40eb7d61f74fb677a03eadfb9f8e231b41/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
│   │               └── ./b8969b128b086fc04ce55d73892dedc65421ff3da8753ceab61fe958220eeb3c/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh
│   │               └── ./faa473d46c0b34676cec3c287b3ce9350b40657fa5f5df14840e086021fa2b8e/diff/usr/local/bin/docker-entrypoint.sh

接下來我們進入 diff 的上一級目錄查看

root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# cd 4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1
root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1# ls
committed  diff  link  lower  work

可以看到 link 文件，里面是每一個 diff 目錄的短名稱，或者說軟鏈接

root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1# cat ./link
J6U3CHDJ5RRYP6ONH2VJLP34P2root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1#

通過遍歷 l 目錄我們會發現，整個 docker 的鏡像的 diff 目錄都被做了對應的軟鏈接，或者說起了個短名稱。
在這里插入圖片描述

每一個 diff 是一個層級的內容，層級的關系是存放到了 lower 文件中，里面存放著父級的層級。

root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# cd 4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1
root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1# cat lower
l/HUIS7U7MEMOI47VSVORK45VAB4:l/BDTHLGWDJQYNWQQP4AH2NAT3BEroot@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1#

最后我們查看下 mergeddir，發現 merged dir 是不存在的，當我們啟動為容器的時候才是有有效的。

root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# ll b35408cd1036fd7aa5d4fb5220f06fe9a56606fb2ad1316a8beca766c886e692/merged
ls: cannot access 'b35408cd1036fd7aa5d4fb5220f06fe9a56606fb2ad1316a8beca766c886e692/merged': No such file or directory
root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# docker run -d --name mylayer nginx:1.21.1
f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea
root@VM-8-12-ubuntu:/data/var/lib/docker/overlay2# docker inspect mylayer
[{"Id": "f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea","Created": "2025-04-15T12:33:55.683157888Z","Path": "/docker-entrypoint.sh","Args": ["nginx","-g","daemon off;"],"State": {"Status": "running","Running": true,"Paused": false,"Restarting": false,"OOMKilled": false,"Dead": false,"Pid": 3747944,"ExitCode": 0,"Error": "","StartedAt": "2025-04-15T12:33:56.829866983Z","FinishedAt": "0001-01-01T00:00:00Z"},"Image": "sha256:822b7ec2aaf2122b8f80f9c7f45ca62ea3379bf33af4e042b67aafbf6eac1941","ResolvConfPath": "/data/var/lib/docker/containers/f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea/resolv.conf","HostnamePath": "/data/var/lib/docker/containers/f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea/hostname","HostsPath": "/data/var/lib/docker/containers/f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea/hosts","LogPath": "/data/var/lib/docker/containers/f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea/f1a5126c83a4a010a115b3afb340618302e68834ba95b7e6b3afe4c60e3432ea-json.log","Name": "/mylayer","RestartCount": 0,"Driver": "overlay2","Platform": "linux","MountLabel": "","ProcessLabel": "","AppArmorProfile": "docker-default","ExecIDs": null,"HostConfig": {"Binds": null,"ContainerIDFile": "","LogConfig": {"Type": "json-file","Config": {}},"NetworkMode": "bridge","PortBindings": {},"RestartPolicy": {"Name": "no","MaximumRetryCount": 0},"AutoRemove": false,"VolumeDriver": "","VolumesFrom": null,"ConsoleSize": [22,134],"CapAdd": null,"CapDrop": null,"CgroupnsMode": "host","Dns": [],"DnsOptions": [],"DnsSearch": [],"ExtraHosts": null,"GroupAdd": null,"IpcMode": "private","Cgroup": "","Links": null,"OomScoreAdj": 0,"PidMode": "","Privileged": false,"PublishAllPorts": false,"ReadonlyRootfs": false,"SecurityOpt": null,"UTSMode": "","UsernsMode": "","ShmSize": 67108864,"Runtime": "runc","Isolation": "","CpuShares": 0,"Memory": 0,"NanoCpus": 0,"CgroupParent": "","BlkioWeight": 0,"BlkioWeightDevice": [],"BlkioDeviceReadBps": [],"BlkioDeviceWriteBps": [],"BlkioDeviceReadIOps": [],"BlkioDeviceWriteIOps": [],"CpuPeriod": 0,"CpuQuota": 0,"CpuRealtimePeriod": 0,"CpuRealtimeRuntime": 0,"CpusetCpus": "","CpusetMems": "","Devices": [],"DeviceCgroupRules": null,"DeviceRequests": null,"MemoryReservation": 0,"MemorySwap": 0,"MemorySwappiness": null,"OomKillDisable": false,"PidsLimit": null,"Ulimits": [],"CpuCount": 0,"CpuPercent": 0,"IOMaximumIOps": 0,"IOMaximumBandwidth": 0,"MaskedPaths": ["/proc/asound","/proc/acpi","/proc/kcore","/proc/keys","/proc/latency_stats","/proc/timer_list","/proc/timer_stats","/proc/sched_debug","/proc/scsi","/sys/firmware","/sys/devices/virtual/powercap"],"ReadonlyPaths": ["/proc/bus","/proc/fs","/proc/irq","/proc/sys","/proc/sysrq-trigger"]},"GraphDriver": {"Data": {"LowerDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/3dfbd9c0692bc89a1d337ab0638741bd740ffa9b3aadf73f67d159eeb3fec6ae-init/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/b35408cd1036fd7aa5d4fb5220f06fe9a56606fb2ad1316a8beca766c886e692/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/ec2f5f43a9a6f4e7063fb6ef633103b1bca417f34488a4a48736758f9eb6019f/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/e368569b4eb5117dabbb84864913883ecf8f50130097619ce128a7bcdf141092/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/4d5612682090b9800340353f0550207d69d15ecf7135353cf09a8c8db252afb1/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/0b85066e21c3238a8d0214b82399b41b6fedfbebe48ba8a88ab45d0947089685/diff:/data/var/lib/docker/overlay2/8bdfae00fada474094f86a6fc004d5a2e53d660509fcb3ec987d204b2df5eb20/diff","MergedDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/3dfbd9c0692bc89a1d337ab0638741bd740ffa9b3aadf73f67d159eeb3fec6ae/merged","UpperDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/3dfbd9c0692bc89a1d337ab0638741bd740ffa9b3aadf73f67d159eeb3fec6ae/diff","WorkDir": "/data/var/lib/docker/overlay2/3dfbd9c0692bc89a1d337ab0638741bd740ffa9b3aadf73f67d159eeb3fec6ae/work"},"Name": "overlay2"},"Mounts": [],"Config": {"Hostname": "f1a5126c83a4","Domainname": "","User": "","AttachStdin": false,"AttachStdout": false,"AttachStderr": false,"ExposedPorts": {"80/tcp": {}},"Tty": false,"OpenStdin": false,"StdinOnce": false,"Env": ["PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin","NGINX_VERSION=1.21.1","NJS_VERSION=0.6.1","PKG_RELEASE=1~buster"],"Cmd": ["nginx","-g","daemon off;"],"Image": "nginx:1.21.1","Volumes": null,"WorkingDir": "","Entrypoint": ["/docker-entrypoint.sh"],"OnBuild": null,"Labels": {"maintainer": "NGINX Docker Maintainers <docker-maint@nginx.com>"},"StopSignal": "SIGQUIT"},"NetworkSettings": {"Bridge": "","SandboxID": "f2228ea45a64eb766b13fa2e23f85d61598da6ea4bd986e06f10717f69f19a08","SandboxKey": "/var/run/docker/netns/f2228ea45a64","Ports": {"80/tcp": null},"HairpinMode": false,"LinkLocalIPv6Address": "","LinkLocalIPv6PrefixLen": 0,"SecondaryIPAddresses": null,"SecondaryIPv6Addresses": null,"EndpointID": "09f0d767349c97d93bcf7c4b4eeecea2df7f68e92de6f92f6e3580618667b82a","Gateway": "172.17.0.1","GlobalIPv6Address": "","GlobalIPv6PrefixLen": 0,"IPAddress": "172.17.0.2","IPPrefixLen": 16,"IPv6Gateway": "","MacAddress": "02:42:ac:11:00:02","Networks": {"bridge": {"IPAMConfig": null,"Links": null,"Aliases": null,"MacAddress": "02:42:ac:11:00:02","DriverOpts": null,"NetworkID": "4fa1564bc0380eab5968a99151790435aff1c91960ca086c48a9ad2a267382f3","EndpointID": "09f0d767349c97d93bcf7c4b4eeecea2df7f68e92de6f92f6e3580618667b82a","Gateway": "172.17.0.1","IPAddress": "172.17.0.2","IPPrefixLen": 16,"IPv6Gateway": "","GlobalIPv6Address": "","GlobalIPv6PrefixLen": 0,"DNSNames": null}}}}
]

我們通過鏡像實際存儲位置可以看到鏡像在存儲的時候，通過分層來實現，并通過link 和 lower 完成層與層之間鏈接關系配置，diff 存放了我們的內容，并且沒有什么加密。

overlay 文件系統工作實戰

我們首先創建一個目錄用來掛載我們的文件系統

mkdir -p /data/myworkdir/fs

創建文件系統的工作目錄

root@VM-8-12-ubuntu:/data# cd /data/myworkdir/fs
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# ls
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# mkdir upper lower merged work

準備一些文件

root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# echo "in lower" > lower/in_lower.txt
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# echo "in upper" > upper/in_upper.txt
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# echo "In both. from lower" > lower/in_both.txt
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# echo "In both. from upper" > upper/in_both.txt

掛載 overlay 目錄

mount -t overlay overlay -o lowerdir=./lower,upperdir=./upper,workdir=./work ./merged

通過 df -h 可以看到我們完成了掛載

root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
udev            937M     0  937M   0% /dev
tmpfs           198M  836K  197M   1% /run
/dev/vda2        50G   29G   19G  61% /
tmpfs           986M   24K  986M   1% /dev/shm
tmpfs           5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
tmpfs           986M     0  986M   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs           198M     0  198M   0% /run/user/1000
overlay          50G   29G   19G  61% /data/var/lib/docker/overlay2/3dfbd9c0692bc89a1d337ab0638741bd740ffa9b3aadf73f67d159eeb3fec6ae/merged
overlay          50G   29G   19G  61% /data/myworkdir/fs/merged

此時看下目錄結構，然后發現 merged 目錄自動生成了 3 個文件，可以看到both,lower,upper 都在。merged 目錄其實就是用戶看到的目錄，用戶的實際文件操作在這里進行。

root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# tree -a
.
├── lower
│   ├── in_both.txt
│   └── in_lower.txt
├── merged
│   ├── in_both.txt
│   ├── in_lower.txt
│   └── in_upper.txt
├── upper
│   ├── in_both.txt
│   └── in_upper.txt
└── work└── work

merged 目錄下編輯一下in_lower.txt，upper 目錄下就會馬上出現一個 in_lower.txt，而且內容就是編輯后的。而 lower 目錄下的 in_lower.txt 內容不變

root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs/merged# vi in_lower.txt
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs/merged# cat in_lower.txt
in lower! after edit!
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs/merged# cd ..
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# tree -a
.
├── lower
│   ├── in_both.txt
│   └── in_lower.txt
├── merged
│   ├── in_both.txt
│   ├── in_lower.txt
│   └── in_upper.txt
├── upper
│   ├── in_both.txt
│   ├── in_lower.txt
│   └── in_upper.txt
└── work└── work5 directories, 8 files
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# cat upper/in_lower.txt
in lower! after edit!

如果我們刪除 in_lower.txt，lower 目錄里的"in_lower.txt"文件不會有變化，只是在upper/ 目錄中增加了一個特殊文件來告訴 OverlayFS，"in_lower.txt'這個文件不能出現在 merged/ 里了，類似 AuFS 的 whiteout

root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# rm -f merged/in_lower.txt
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# tree -a
.
├── lower
│   ├── in_both.txt
│   └── in_lower.txt
├── merged
│   ├── in_both.txt
│   └── in_upper.txt
├── upper
│   ├── in_both.txt
│   ├── in_lower.txt
│   └── in_upper.txt
└── work└── work5 directories, 7 files
root@VM-8-12-ubuntu:/data/myworkdir/fs# ll upper/
total 16
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Apr 15 20:49 ./
drwxr-xr-x 6 root root 4096 Apr 15 20:39 ../
-rw-r--r-- 1 root root   20 Apr 15 20:40 in_both.txt
c--------- 1 root root 0, 0 Apr 15 20:49 in_lower.txt
-rw-r--r-- 1 root root    9 Apr 15 20:39 in_upper.txt

注意到 upper 下 in_lower.txt 的文件類型沒有 ,而是 c 不是-或者 d

可以看到這種文件系統對于底層來說不影響，共享比較容易，但是如果編輯，刪除頻繁的話，性能還是比較差的。要不停的拷貝或者標記。

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