docker容器的三大核心UnionFS(上)

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UnionFS（联合文件系统）是 Docker 实现镜像分层存储和容器数据管理的核心技术之一，其核心能力是将多个独立的文件系统（或目录）“合并” 为一个统一的虚拟文件系统视图，同时保持各底层文件系统的独立性。以下是文档中关于 UnionFS 的技术原理、实现方案及 Docker 应用的详细整理：
一、UnionFS 核心概念与价值
1. 定义与核心作用
UnionFS 是一种分层、轻量级的文件系统，支持将多个分支（Branch）（即独立的目录或文件系统）以只读或可写的模式叠加，形成一个统一的挂载点。在 Docker 中，其核心作用包括：
实现镜像分层存储：Docker 镜像由多个只读层组成，UnionFS 负责将这些层合并为统一视图，减少镜像冗余（不同镜像可共享底层公共层）。
支持容器可写层：容器运行时基于镜像只读层创建一个可写层，所有修改（如创建、删除、修改文件）仅作用于可写层，不影响底层镜像，保证镜像的不可变性。
提升资源效率：通过分层共享和写时复制（Copy-on-Write）机制，减少磁盘占用和镜像分发时间。
2. 关键特性
分层叠加：多个只读层（Lower Layer）和一个可写层（Upper Layer）按优先级叠加，统一对外提供访问。
写时复制（CoW）：仅当修改只读层中的文件时，才会将该文件复制到可写层进行修改，避免直接修改底层只读数据。
删除屏蔽（Whiteout）：删除文件时，不会真正删除底层只读层的文件，而是在可写层创建特殊的 “屏蔽文件”（如 .wh.*），指示 UnionFS 隐藏底层文件。
二、Docker 中 UnionFS 的主要实现方案
Docker 支持多种 UnionFS 变体，文档中重点介绍了 AUFS 和 OverlayFS（及改进版 Overlay2），其中 Overlay2 是当前 Docker 的默认存储驱动。
1. AUFS（Advanced UnionFS）
AUFS 是 UnionFS 的增强版，支持多只读层和一个可写层的叠加，曾是 Docker 早期的主流存储驱动，但其依赖用户态实现，性能略逊于内核级的 OverlayFS。
（1）核心原理与分层结构
分支组成：由 upperlayer（可写层）、多个 layer（只读层，如镜像层）组成，优先级从左到右递减（左侧层优先级高于右侧）。
文件访问规则：
读取文件时，UnionFS 从左到右扫描各层，优先返回第一个匹配的文件。
修改文件时，触发写时复制：将只读层的目标文件复制到 upperlayer，修改仅作用于 upperlayer。
删除文件时，在 upperlayer 创建 /.wh.<filename> 屏蔽文件，隐藏底层只读层的文件。