修改：
首次寫入： 如果在upperdir中不存在，overlay和overlay2執(zhí)行copy_up操作，把文件從lowdir拷貝到upperdir，由于overlayfs是文件級(jí)別的（即使文件只有很少的一點(diǎn)修改，也會(huì)產(chǎn)生的copy_up的行為），后續(xù)對(duì)同一文件的在此寫入操作將對(duì)已經(jīng)復(fù)制到容器的文件的副本進(jìn)行操作。這也就是常常說的寫時(shí)復(fù)制（copy-on-write）
刪除文件和目錄： 當(dāng)文件在容器被刪除時(shí)，在容器層（upperdir）創(chuàng)建whiteout文件，鏡像層(lowerdir)的文件是不會(huì)被刪除的，因?yàn)樗麄兪侵蛔x的，但without文件會(huì)阻止他們顯示，當(dāng)目錄在容器內(nèi)被刪除時(shí)，在容器層（upperdir）一個(gè)不透明的目錄，這個(gè)和上面whiteout原理一樣，阻止用戶繼續(xù)訪問，即便鏡像層仍然存在。
注意事項(xiàng)
copy_up操作只發(fā)生在文件首次寫入，以后都是只修改副本,
overlayfs只適用兩層目錄，,相比于比AUFS，查找搜索都更快。
容器層的文件刪除只是一個(gè)“障眼法”，是靠whiteout文件將其遮擋,image層并沒有刪除，這也就是為什么使用docker commit 提交保存的鏡像會(huì)越來越大，無論在容器層怎么刪除數(shù)據(jù)，image層都不會(huì)改變。
三、overlay2鏡像存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
從倉庫pull一個(gè)ubuntu鏡像，結(jié)果顯示總共拉取了4層鏡像如下：
此時(shí)4層被存儲(chǔ)在了/var/lib/docker/overlay2/目錄下：
這里面多了一個(gè)l目錄包含了所有層的軟連接，短鏈接使用短名稱，避免mount時(shí)候參數(shù)達(dá)到頁面大小限制（演示中mount命令查看時(shí)候的短目錄）：
處于底層的鏡像目錄包含了一個(gè)diff和一個(gè)link文件，diff目錄存放了當(dāng)前層的鏡像內(nèi)容，而link文件則是與之對(duì)應(yīng)的短名稱：
在這之上的鏡像還多了work目錄和lower文件，lower文件用于記錄父層的短名稱，work目錄用于聯(lián)合掛載指定的工作目錄。而這些目錄和鏡像的關(guān)系是怎么組織在的一起呢？答案是通過元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。元數(shù)據(jù)分為image元數(shù)據(jù)和layer元數(shù)據(jù)。
image元數(shù)據(jù)
鏡像元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在了/var/lib/docker/image/<storage_driver>/imagedb/content/sha256/目錄下，名稱是以鏡像ID命名的文件，鏡像ID可通過docker images查看，這些文件以json的形式保存了該鏡像的rootfs信息、鏡像創(chuàng)建時(shí)間、構(gòu)建歷史信息、所用容器、包括啟動(dòng)的Entrypoint和CMD等等。例如ubuntu鏡像的id為47b19964fb50:
查看其對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)(使用vim :%!python -m json.tool格式化成json) 截取了其rootfs的構(gòu)成：
上面的 diff_id 對(duì)應(yīng)的的是一個(gè)鏡像層，其排列也是有順序的，從上到下依次表示鏡像層的最低層到最頂層：
diff_id如何關(guān)聯(lián)進(jìn)行層？具體說來，docker 利用 rootfs 中的每個(gè)diff_id 和歷史信息計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)容尋址的索引(chainID) ，而chaiID則關(guān)聯(lián)了layer層，進(jìn)而關(guān)聯(lián)到每一個(gè)鏡像層的鏡像文件。
layer元數(shù)據(jù)
layer 對(duì)應(yīng)鏡像層的概念，在 docker 1.10 版本以前，鏡像通過一個(gè) graph 結(jié)構(gòu)管理，每一個(gè)鏡像層都擁有元數(shù)據(jù)，記錄了該層的構(gòu)建信息以及父鏡像層 ID，而最上面的鏡像層會(huì)多記錄一些信息作為整個(gè)鏡像的元數(shù)據(jù)。graph 則根據(jù)鏡像 ID(即最上層的鏡像層 ID) 和每個(gè)鏡像層記錄的父鏡像層 ID 維護(hù)了一個(gè)樹狀的鏡像層結(jié)構(gòu)。
在 docker 1.10 版本后，鏡像元數(shù)據(jù)管理巨大的改變之一就是簡(jiǎn)化了鏡像層的元數(shù)據(jù)，鏡像層只包含一個(gè)具體的鏡像層文件包。用戶在 docker 宿主機(jī)上下載了某個(gè)鏡像層之后，docker 會(huì)在宿主機(jī)上基于鏡像層文件包和 image 元數(shù)據(jù)構(gòu)建本地的 layer 元數(shù)據(jù)，包括 diff、parent、size 等。而當(dāng) docker 將在宿主機(jī)上產(chǎn)生的新的鏡像層上傳到 registry 時(shí)，與新鏡像層相關(guān)的宿主機(jī)上的元數(shù)據(jù)也不會(huì)與鏡像層一塊打包上傳。
Docker 中定義了 Layer 和 RWLayer 兩種接口，分別用來定義只讀層和可讀寫層的一些操作，又定義了 roLayer 和 mountedLayer，分別實(shí)現(xiàn)了上述兩種接口。其中，roLayer 用于描述不可改變的鏡像層，mountedLayer 用于描述可讀寫的容器層。具體來說，roLayer 存儲(chǔ)的內(nèi)容主要有索引該鏡像層的 chainID、該鏡像層的校驗(yàn)碼 diffID、父鏡像層 parent、storage_driver 存儲(chǔ)當(dāng)前鏡像層文件的 cacheID、該鏡像層的 size 等內(nèi)容。這些元數(shù)據(jù)被保存在 /var/lib/docker/image/<storage_driver>/layerdb/sha256/<chainID>/ 文件夾下。如下：
每個(gè)chainID目錄下會(huì)存在三個(gè)文件cache-id、diff、zize：
cache-id文件：
docker隨機(jī)生成的uuid，內(nèi)容是保存鏡像層的目錄索引，也就是/var/lib/docker/overlay2/中的目錄，這就是為什么通過chainID能找到對(duì)應(yīng)的layer目錄。以chainID為d801a12f6af7beff367268f99607376584d8b2da656dcd8656973b7ad9779ab4 對(duì)應(yīng)的目錄為 130ea10d6f0ebfafc8ca260992c8d0bef63a1b5ca3a7d51a5cd1b1031d23efd5,也就保存在/var/lib/docker/overlay2/130ea10d6f0ebfafc8ca260992c8d0bef63a1b5ca3a7d51a5cd1b1031d23efd5
diff文件：
保存了鏡像元數(shù)據(jù)中的diff_id（與元數(shù)據(jù)中的diff_ids中的uuid對(duì)應(yīng)）
size文件：
保存了鏡像層的大小
在 layer 的所有屬性中，diffID 采用 SHA256 算法，基于鏡像層文件包的內(nèi)容計(jì)算得到。而 chainID 是基于內(nèi)容存儲(chǔ)的索引，它是根據(jù)當(dāng)前層與所有祖先鏡像層 diffID 計(jì)算出來的，具體算如下：
如果該鏡像層是最底層(沒有父鏡像層)，該層的 diffID 便是 chainID。
該鏡像層的 chainID 計(jì)算公式為 chainID(n)=SHA256(chain(n-1) diffID(n))，也就是根據(jù)父鏡像層的 chainID 加上一個(gè)空格和當(dāng)前層的 diffID，再計(jì)算 SHA256 校驗(yàn)碼。
mountedLayer 信息存儲(chǔ)的可讀init層以及容器掛載點(diǎn)信息包括：容器 init 層ID（init-id）、聯(lián)合掛載使用的ID（mount-id）以及容器層的父層鏡像的 chainID(parent)。相關(guān)文件位于/var/lib/docker/image/<storage_driver>/layerdb/mounts/<container_id>/ 目錄下。如下啟動(dòng)一個(gè)id為3c96960b3127的容器:
查看其對(duì)應(yīng)的mountedLayer三個(gè)文件：
可以看到initID是在mountID后加了一個(gè)-init，同時(shí)initID就是存儲(chǔ)在/var/lib/docker/overlay2/的目錄名稱：
查看mountID還可以直接通過mount命令查看對(duì)應(yīng)掛載的mountID，對(duì)應(yīng)著/var/lib/docker/overlay2/目錄，這也是overlayfs呈現(xiàn)的merged目錄:
在容器中創(chuàng)建了一文件：
此時(shí)到宿主的merged目錄就能看到對(duì)應(yīng)的文件：
關(guān)于init層
init層是以一個(gè)uuid -init結(jié)尾表示，夾在只讀層和讀寫層之間，作用是專門存放/etc/hosts、/etc/resolv.conf等信息，需要這一層的原因是當(dāng)容器啟動(dòng)時(shí)候，這些本該屬于image層的文件或目錄，比如hostname，用戶需要修改，但是image層又不允許修改，所以啟動(dòng)時(shí)候通過單獨(dú)掛載一層init層，通過修改init層中的文件達(dá)到修改這些文件目的。而這些修改往往只讀當(dāng)前容器生效，而在docker commit提交為鏡像時(shí)候，并不會(huì)將init層提交。該層文件存放的目錄為/var/lib/docker/overlay2/<init_id>/diff
小結(jié)
通過以上的內(nèi)容介紹，一個(gè)容器完整的層應(yīng)由三個(gè)部分組成，如下圖：
鏡像層：也稱為rootfs，提供容器啟動(dòng)的文件系統(tǒng)
init層： 用于修改容器中一些文件如/etc/hostname、/etc/resolv.conf等
容器層：使用聯(lián)合掛載統(tǒng)一給用戶提供的可讀寫目錄。
四、總結(jié)
本文介紹了以overlayfs作為存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)的的鏡像存儲(chǔ)原理其中每層的鏡像數(shù)據(jù)保存在/var/lib/docker/overlay2/<uuid>/diff目錄下，init層數(shù)據(jù)保存了在 /var/lib/docker/overlay2/<init-id>/diff目錄下，最后統(tǒng)一視圖（容器層）數(shù)據(jù)在 /var/lib/docker/overlay2/<mount_id>/diff目錄下，docker通過image元數(shù)據(jù)和layer元數(shù)據(jù)利用內(nèi)容尋址（chainID）將這些目錄組織起來構(gòu)成容器所運(yùn)行的文件系統(tǒng)。
參考：
《use overlayfs driver 》
《Docker 鏡像之存儲(chǔ)管理》
到此這篇關(guān)于Docker鏡像存儲(chǔ)overlayfs的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Docker鏡像存儲(chǔ)overlayfs內(nèi)容請(qǐng)搜素三五互聯(lián)以前的文章或下面相關(guān)文章，希望大家以后多多支持三五互聯(lián)！
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