Docker存储驱动之OverlayFS简介

  OverlayFS是一种和AUFS很类似的文件系统,与AUFS相比,OverlayFS有以下特性:
   1) 更简单地设计;
   2) 从3.18开始,就进入了Linux内核主线;
   3) 可能更快一些。
  因此,OverlayFS在Docker社区关注度提高很快,被很多人认为是AUFS的继承者。就像宣称的一样,OverlayFS还很年轻。所以,在生成环境使用它时,还是需要更加当心。
  Docker的overlay存储驱动利用了很多OverlayFS特性来构建和管理镜像与容器的磁盘结构。
  自从Docker1.12起,Docker也支持overlay2存储驱动,相比于overlay来说,overlay2在inode优化上更加高效。但overlay2驱动只兼容Linux kernel4.0以上的版本。
  注意:自从OverlayFS加入kernel主线后,它在kernel模块中的名称就被从overlayfs改为overlay了。但是为了在本文中区别,我们使用OverlayFS代表整个文件系统,而overlay/overlay2表示Docker的存储驱动。

overlay和overlay2 OverlayFS(overlay)的镜像分层与共享

  OverlayFS使用两个目录,把一个目录置放于另一个之上,并且对外提供单个统一的视角。这两个目录通常被称作层,这个分层的技术被称作union mount。术语上,下层的目录叫做lowerdir,上层的叫做upperdir。对外展示的统一视图称作merged。
  下图展示了Docker镜像和Docker容器是如何分层的。镜像层就是lowerdir,容器层是upperdir。暴露在外的统一视图就是所谓的merged。
  

Docker存储驱动之OverlayFS简介


  注意镜像层和容器层是如何处理相同的文件的:容器层(upperdir)的文件是显性的,会隐藏镜像层(lowerdir)相同文件的存在。容器映射(merged)显示出统一的视图。
  overlay驱动只能工作在两层之上。也就是说多层镜像不能用多层OverlayFS实现。替代的,每个镜像层在/var/lib/docker/overlay中用自己的目录来实现,使用硬链接这种有效利用空间的方法,来引用底层分享的数据。注意:Docker1.10之后,镜像层ID和/var/lib/docker中的目录名不再一一对应。
  创建一个容器,overlay驱动联合镜像层和一个新目录给容器。镜像顶层是overlay中的只读lowerdir,容器的新目录是可写的upperdir。

overlay中镜像和容器的磁盘结构

  下面的docker pull命令展示了Docker host下载一个由5层组成的镜像。

$ sudo docker pull Ubuntu Using default tag: latest latest: Pulling from library/ubuntu 5ba4f30e5bea: Pull complete 9d7d19c9dc56: Pull complete ac6ad7efd0f9: Pull complete e7491a747824: Pull complete a3ed95caeb02: Pull complete Digest: sha256:46fb5d001b88ad904c5c732b086b596b92cfb4a4840a3abd0e35dbb6870585e4 Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest

  上图的输出结果显示pull了5个目录包含了5个镜像层,每一层在/var/lib/docker/overlay/下都有自己的目录。还是再次提醒下,如你所见,Docker1.10之后,镜像层和目录名不再对应。

$ ls -l /var/lib/docker/overlay/ total 20 drwx------ 3 root root 4096 Jun 20 16:11 38f3ed2eac129654acef11c32670b534670c3a06e483fce313d72e3e0a15baa8 drwx------ 3 root root 4096 Jun 20 16:11 55f1e14c361b90570df46371b20ce6d480c434981cbda5fd68c6ff61aa0a5358 drwx------ 3 root root 4096 Jun 20 16:11 824c8a961a4f5e8fe4f4243dab57c5be798e7fd195f6d88ab06aea92ba931654 drwx------ 3 root root 4096 Jun 20 16:11 ad0fe55125ebf599da124da175174a4b8c1878afe6907bf7c78570341f308461 drwx------ 3 root root 4096 Jun 20 16:11 edab9b5e5bf73f2997524eebeac1de4cf9c8b904fa8ad3ec43b3504196aa3801

  镜像层目录中,共享的数据使用的是硬链接,他们的inode号相同。这样做有效地利用了磁盘。

$ ls -i /var/lib/docker/overlay/38f3ed2eac129654acef11c32670b534670c3a06e483fce313d72e3e0a15baa8/root/bin/ls 19793696 /var/lib/docker/overlay/38f3ed2eac129654acef11c32670b534670c3a06e483fce313d72e3e0a15baa8/root/bin/ls $ ls -i /var/lib/docker/overlay/55f1e14c361b90570df46371b20ce6d480c434981cbda5fd68c6ff61aa0a5358/root/bin/ls 19793696 /var/lib/docker/overlay/55f1e14c361b90570df46371b20ce6d480c434981cbda5fd68c6ff61aa0a5358/root/bin/ls

  容器也在/var/lib/docker/overlay/下。使用ls -l命令查看容器目录,会发现以下文件和目录。

$ ls -l /var/lib/docker/overlay/<directory-of-running-container> total 16 -rw-r--r-- 1 root root 64 Jun 20 16:39 lower-id drwxr-xr-x 1 root root 4096 Jun 20 16:39 merged drwxr-xr-x 4 root root 4096 Jun 20 16:39 upper drwx------ 3 root root 4096 Jun 20 16:39 work

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