Overlay文件系统的工作原理

Overlay文件系统是一种联合文件系统，它允许将多个目录层叠在一起，形成一个统一的视图。这种技术最初在Linux内核3.18版本中被引入，现在已经成为容器技术（如Docker）中常用的存储解决方案。以下是Overlay文件系统的工作原理：

1. 组成目录：

• lowerdir：只读层，包含基础文件系统的内容，用户不能修改这个层的数据。
• upperdir：可读写层，用户可以修改这个层的数据。
• merged：最终呈现给用户的目录，包含了lower和upper层的所有文件和目录。
• workdir：工作目录，用于存储临时文件和中间数据，在合并操作完成前，对这部分数据所做的修改都不会影响到最终的合并视图。

2. 挂载过程：

使用mount命令将lowerdir和upperdir目录挂载到workdir目录上，并创建merged目录作为最终的挂载点。这个过程涉及到系统调用sys_mount()，它会执行虚拟文件系统的通用挂载过程，如申请和初始化超级块对象，并调用具体文件系统的fill_super()接口来填充超级块对象。

3. 文件系统操作：

• 文件的读取：如果容器层中不存在文件，OverlayFS会从lowerdir中读取；如果容器层中存在文件，则直接从容器层读取。如果容器层和镜像层都存在文件，OverlayFS会读取容器层中的文件，并隐藏镜像层中的同名文件。
• 文件的修改：当用户在upperdir中修改文件时，数据会直接写入upperdir中的原目录。如果用户在lowerdir中修改数据，由于lowerdir是只读的，OverlayFS会首先将lowerdir中的文件副本拷贝到upperdir中，然后在upperdir中进行修改。
• 文件的删除：为了支持删除操作，OverlayFS引入了whiteout文件的概念。如果需要在lower层删除文件或目录，需要在upper层创建一个对应的whiteout文件。

4. 合并策略：

OverlayFS使用“最后写入者胜出”（last writer wins）的策略来合并文件系统。这意味着，如果有多个覆盖文件系统包含相同的文件，那么位于顶层的覆盖文件系统中的文件将被保留，而较低层覆盖文件系统中的文件将被覆盖。

Overlay文件系统的设计使其在处理大量小文件时性能更优，因为它支持页缓存共享，减少了内存占用。此外，OverlayFS的优点包括轻量级、高性能、易于与Docker等容器技术集成。然而，它也需要Linux内核3.18及以上版本，并且对共享存储的支持有限。