Docker实战04｜Union File System

在上一文《Docker实战03｜Cgroups》中主要介绍了Cgroups基本原理以及实现。相信读完以后可以更加深入的了解Linux Cgroups的底层实现原理了。

本文继续针对Docker 在构建时都干了哪些事情做一些详细的讲解。

本系列所有代码均已经开源。关公众号回复「Go语言实现Docker」即可获得。

具体分析

以构建镜像方式演示以下 docker 是如何使用 overlayfs 的。

先拉一下 Ubuntu:20.04 的镜像：

~# docker pull ubuntu:20.04
20.04: Pulling from library/ubuntu
527f5363b98e: Pull complete 
Digest: sha256:f2034e7195f61334e6caff6ecf2e965f92d11e888309065da85ff50c617732b8
Status: Downloaded newer image for ubuntu:20.04
docker.io/library/ubuntu:20.04

然后写个简单的 Dockerfile ：

 FROM ubuntu:20.04

 RUN echo "Hello world" > /tmp/newfile

开始构建：

docker build -t hello-ubuntu .

使用docker history命令，查看镜像使用的 image layer 情况：

带 missing 标记的 layer 是自 Docker 1.10 之后，一个镜像的 image layer image history 数据都存储在 个文件中导致的，这是 Docker 官方认为的正常行为。

可以看到，c9afac9d4fa7 这一层在最上面，只用了 12Bytes，而下面的两层都是共享的，这也证明了 AUFS 是如何高效使用磁盘空间的。

然后去找一下具体的文件：

docker 默认的存储目录是/var/lib/docker,具体如下：

在这里，我们只关心image和overlay2就足够了。

• image：镜像相关
• overlay2：docker 文件所在目录，也可能不叫这个名字，具体和文件系统有关，比如可能是 aufs 等。

先看 image目录：

docker 会在/var/lib/docker/image目录下按每个存储驱动的名字创建一个目录，如这里的overlay2。

这里的关键地方是imagedb和layerdb目录，看这个目录名字，很明显就是专门用来存储元数据的地方。

• layerdb：docker image layer 信息
• imagedb：docker image 信息

因为 docker image 是由 layer 组成的，而 layer 也已复用，所以分成了 layerdb 和 imagedb。

先去 imagedb 看下刚才构建的镜像：

可以看到，都是 64 位的 ID，这些就是具体镜像信息，刚才构建的镜像 ID 为c9afac9d4fa7,所以就找c9afac9d4fa7开头的文件：

这就是 image 的 metadata，这里主要关注 rootfs：

"rootfs":{"type":"layers","diff_ids":["sha256:3a03f09d212915b240e9d216069aba5652ed4765c7e4b098c65e71860d47b8e1","sha256:f37c6b555bc81f96fc6352f3d6be66f6c24f043feab35b15eb2bdad09a8c6a0f"]}}

可以看到 rootfs 的 diff_ids 是一个包含了两个元素的数组，这两个元素就是组成 hello-ubuntu 镜像的两个 Layer 的diffID。

从上往下看，就是底层到顶层，即3a03f09d212915b…是 image 的最底层。

然后根据 layerID 去layerdb目录寻找对应的 layer：

# tree -L 2 layerdb/
layerdb/
├── mounts
├── sha256
└── tmp

在这里我们只管mounts和sha256两个目录，先打印以下 sha256 目录

可以看到，layer 里也是 64 位随机 ID 构成的目录，找到刚才 hello-ubuntu 镜像的最底层 layer：

文件含义如下：

• cache-id：为具体/var/lib/docker/overlay2/存储路径
• diff：diffID，用于计算 ChainID
• size：当前 layer 的大小

docker 使用了 chainID 的方式来保存 layer，layer.ChainID 只用本地，根据 layer.DiffID 计算，并用于 layerdb 的目录名称。

chainID 唯一标识了一组（像糖葫芦一样的串的底层）diffID 的 hash 值，包含了这一层和它的父层(底层)，

• 当然这个糖葫芦可以有一颗山楂，也就是 chainID(layer0)==diffID(layer0)；
• 对于多颗山楂的糖葫芦，ChainID(layerN) = SHA256hex(ChainID(layerN-1) + " " + DiffID(layerN))。

# cat diff
sha256:3a03f09d212915b240e9d216069aba5652ed4765c7e4b098c65e71860d47b8e1