Docker 存储引擎 overlay、overlay2 及 AUFS 简介

Overlay FS

Overlay FS 在 Linux 3.18 开始正式支持，它能够将上层目录（upperdir）和下层目录（lowerdir）进行合并，提供用户一个统一的合并目录（merged）。其合并规则如下：

1. 同名上下层目录合并；
2. 同名的文件，上层覆盖下层；
3. 对下层的文件修改采用写时复制（copy_up），下层文件无法直接修改，需要复制到上层进行修改，然后再依规则进行覆盖。

Overlay FS 在容器技术中应用广泛，尤其在Docker中。

Docker 容器以镜像层（Image layer）为下层目录，容器可写层（Writable layer）为上层目录，合并到容器挂载点（根目录）。早期 Linux 内核中的 Overlay FS 不支持多下层目录，Linux 4.0 以后版本才陆续完善了多下层目录的功能。我们知道 Docker 经常是多镜像层的，这意味着具有多层的下层目录。对此，Docker 提供了两种方式接入 Overlay FS：

1. Overlay Driver，下层目录依次进行硬链接，然后最上层的镜像目录跟容器可写层合并到挂载点；
2. Overlay2 Driver，只支持 Linux 4.0以上版本，下层镜像目录（最多支持500个）直接根容器可写层合并到挂载点，不存在硬链接导致的 inode 消耗过多问题。

Overlay FS 相比于AUFS的优点：

1. 支持页缓存（Page caching）共享，多个容器访问同一个文件，可以共享一个或多个页缓存；
2. copy_up 操作快，因为 overlay 只有两层，而 AUFS 有很多层（最多不能超过127层），文件穿越多层较为耗时；
3. 代码融入到 Linux 内核中，广泛支持各 Linux 发行版。

AUFS

AUFS（Another/Alternative/Advance UnionFS），重写自 UnionFS 1.x，使用上完全兼容 UnionFS，未进入 Linux内核，仅在部分 Linux 发行版中（比如 Debian、Ubuntu）。

多个目录（或曰 branch）挂载到同一个挂载点时，默认上层目录可读可写（rw），下层目录只读（ro），可以对目录指定权限；对于重复的文件，修改时只会修改上层目录的文件。

删除文件时，如果是上层的文件会被直接删除；而对于下层文件，因为一般是只读，无法删除，所以 AUFS 通过在上层目录中增加一个 whiteout 文件，隐藏下层文件。

软链接和硬链接

在 Linux 文件系统中，文件通过 inode（节点索引编号）唯一区分。文件分为元数据（metadata）和数据域（data block），而 inode 唯一指向数据域。

硬链接（Hard link）就是在同一个文件系统中，文件名不同，但 inode 一样的文件副本；软链接（Soft link, or symbolic link）则是另一个文件，inode 不同，但 inode 指向的数据域中存放的是所链接文件的路径。

硬链接可以防止文件误删除，因为在 Linux 中一个文件的数据域被删除，当且仅当其 inode 的引用为 0，也就是必须删除该文件的所有硬链接，该文件才会被最终删除。

软链接则不同，当所链接文件被删除时，链接也会失效。

在 Linux 中进行链接的命令如下：

# 软链接
ln -s source target
# 硬链接
ln source target

参考

1. 深入理解overlayfs（一）：初识
2. Docker存储驱动之AUFS简介
3. Docker镜像原理 aufs overlay overlay2
4. Docker Storage Driver：存储驱动