OverlayFS初識以及使用 DOCKER儲存驅動之OVERLAYFS簡介
參考----> https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/13055501.html
測試環境：Linux al-B250-HD3 4.15.0-99-generic #100~16.04.1-Ubuntu SMP Wed Apr 22 23:56:30 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
1. OverlayFS介紹
OverlayFS是一種堆疊檔案系統，它依賴並建立在其它的檔案系統智商，不直接參與磁碟空間結構的劃分，僅將原來檔案系統中不同目錄和檔案進行“合併”。
因此OverlayFS更像是一個粘合劑，輸出多個檔案系統目錄的“合集”。
1.1 OverlayFS應用
1.1.1 Overlay Driver
1.1.2 Overlay Driver2
2. OverlayFS分析
2.1 核心配置開啟OverlayFS
File systems->Overlay filesystem support
2.2 OverlayFS架構分析
使能CONFIG_OVERLAY_FS之後，OverlayFS相關程式碼如下：
fs/overlayfs/ ├── copy_up.c ├── dir.c ├── inode.c ├── Kconfig ├── Makefile ├── overlayfs.h ├── readdir.c └── super.c
相關幫助檔案在Documentation/filesystems/overlayfs.txt。
3. OverlayFS掛載
掛載一個overlay檔案系統，可以通過mount -t overlay -o <options> overlay <mount point>來實現。
<mount point>是最終overlay的掛載點。
其中overlay的options有如下：
- lowerdir=<dir>：指定使用者需要掛載的lower層目錄，lower層支援多個目錄，用“:”間隔，優先順序依次降低。最多支援500層。
- upperdir=<dir>：指定使用者需要掛載的upper層目錄，upper層優先順序高於所有的lower層目錄。
- workdir=<dir>：指定檔案系統掛載後用於存放臨時和間接檔案的工作基礎目錄。
- default_permissions：
- redirect_dir=on/off：開啟或關閉redirect directory特性，開啟後可支援merged目錄和純lower層目錄的rename/renameat系統呼叫。
- index=on/off：開啟或關閉index特性，開啟後可避免hardlink copyup broken問題。
下面將lower和upper進行overlay，掛載到merge目錄，臨時workdir為work目錄。
mount -t overlay -o lowerdir=lower,upperdir=upper,workdir=work overlay merge
如下同樣將lower和upper進行overlay到merge，但是merge為只讀屬性。
mount -t overlay -o lowerdir=upper:lower overlay merge
4. OverlayFS使用
在使用如上mount進行OverlayFS合併之後，遵循如下規則：
- lowerdir和upperdir兩個目錄存在同名檔案時，lowerdir的檔案將會被隱藏，使用者只能看到upperdir的檔案。
- lowerdir低優先順序的同目錄同名檔案將會被隱藏。
- 如果存在同名目錄，那麼lowerdir和upperdir目錄中的內容將會合並。
- 當用戶修改mergedir中來自upperdir的資料時，資料將直接寫入upperdir中原來目錄中，刪除檔案也同理。
- 當用戶修改mergedir中來自lowerdir的資料時，lowerdir中內容均不會發生任何改變。因為lowerdir是隻讀的，使用者想修改來自lowerdir資料時，overlayfs會首先拷貝一份lowerdir中檔案副本到upperdir中。後續修改或刪除將會在upperdir下的副本中進行，lowerdir中原檔案將會被隱藏。
- 如果某一個目錄單純來自lowerdir或者lowerdir和upperdir合併，預設無法進行rename系統呼叫。但是可以通過mv重新命名。如果要支援rename，需要CONFIG_OVERLAY_FS_REDIRECT_DIR。
4.1 構建測試用例
通過下面的指令碼構建測試用例。
#!/bin/sh
create() {
mkdir -p lower/common-dir lower/lower-dir upper/common-dir upper/upper-dir merge work
touch lower/common-dir/lower-file lower/lower-dir/lower-file upper/common-dir/upper-file upper/upper-dir/upper-file
echo "From lower." > lower/common-file
echo "From upper." > upper/common-file
echo "From lower." > lower/lower-file
echo "From upper." > upper/upper-file
mount -t overlay -o lowerdir=lower,upperdir=upper,workdir=work overlay merge
#mount -t overlay -o lowerdir=upper:lower overlay merge
}
delete() {
umount merge
rm -rf lower upper merge work
}
case $1 in
create)
create
;;
delete)
delete
;;
esac
通過sudo ./overlayfs_test.sh create/delete建立測試環境或者清空。
如上的指令碼構建的OverlayFS結果如下：兩者共同目錄common-dir內容進行了合併；重複檔案common-file為uppderdir中的common-file。
目錄結構如下：
├── lower
│ ├── common-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ └── lower-file
│ └── lower-file
├── merge
│ ├── common-dir
│ │ ├── lower-file
│ │ └── upper-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── lower-file
│ ├── upper-dir
│ │ └── upper-file
│ └── upper-file
├── overlayfs_test.sh
├── upper
│ ├── common-dir
│ │ └── upper-file
│ ├── common-file
│ ├── upper-dir
│ │ └── upper-file
│ └── upper-file
└── work
└── work [error opening dir]
4.2 新增檔案或目錄
分別在merge下建立new-dir、new-file、common-dir/new-file、lower-dir/new-file。
| 1 2 |
sudo mkdir merge/new-dir
sudo touch merge/new-file merge/common-dir/new-file merge/lower-dir/new-file
|
檢視結果如下：
.
├── lower
│ ├── common-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ └── lower-file
│ └── lower-file
├── merge
│ ├── common-dir
│ │ ├── lower-file
│ │ ├── new-file
│ │ └── upper-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ ├── lower-file
│ │ └── new-file
│ ├── lower-file
│ ├── new-dir
│ ├── new-file
│ ├── upper-dir
│ │ └── upper-file
│ └── upper-file
├── overlayfs_test.sh
├── upper
│ ├── common-dir
│ │ ├── new-file
│ │ └── upper-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ └── new-file
│ ├── new-dir
│ ├── new-file
│ ├── upper-dir
│ │ └── upper-file
│ └── upper-file
└── work
└── work [error opening dir]
可以看出lower目錄沒有發生變化，在upper中新增lower-dir/new-file。其他所有的新增檔案也都在upper中。
4.3 修改檔案或目錄
修改common-dir/lower-file、common-dir/upper-file、lower-dir/lower-file、upper-dir/upper-file、重新命名lower-dir為new-dir。
vi將內容改成"new"： merge/common-dir/upper-file merge/common-dir/lower-file merge/lower-dir/lower-file merge/upper-dir/upper-file merge/common-file sudo mv merge/lower-dir merge/new-dir
結果如下：
.
├── lower
│ ├── common-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ └── lower-file
│ └── lower-file
├── merge
│ ├── common-dir
│ │ ├── lower-file
│ │ └── upper-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-file
│ ├── new-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── upper-dir
│ │ └── upper-file
│ └── upper-file
├── overlayfs_test.sh
├── upper
│ ├── common-dir
│ │ ├── lower-file
│ │ └── upper-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ ├── new-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── upper-dir
│ │ └── upper-file
│ └── upper-file
└── work
└── work [error opening dir]
同樣lower中檔案沒有發生修改，所有修改都在upper中產生。
其中修改了upper/common-dir/upper-file、common-file、upper-dir/upper-file，新增了common-dir/lower-file、new-dir/lower-file、lower-dir。
其中new-dir/lower-file是由lower-dir/lower-file檔案件重新命名而來的，新增lower-dir是一個特殊檔案。
c--------- 1 root root 0, 0 6月 8 14:17 upper/lower-dir
Overlayfs針對這種場景設計了一套“障眼法”——Whiteout檔案。Whiteout檔案在使用者刪除檔案時建立，用於遮蔽底層的同名檔案，同時該檔案在merge中是不可見的，所以使用者就看不到被刪除的檔案或目錄了。
whiteout檔案並非普通檔案，而是主次裝置號都為0的字元裝置（可以通過"mknod <name> c 0 0"命令手動建立），當用戶在merge中通過ls命令（將通過readddir系統呼叫）檢查父目錄的目錄項時，overlayfs會自動過過濾掉和whiteout檔案自身以及和它同名的lower層檔案和目錄，達到了隱藏檔案的目的，讓使用者以為檔案已經被刪除了。
4.4 刪除檔案或目錄
刪除所有merge中的目錄和檔案。
sudo rm -rf merge/*
結果如下：
.
├── lower
│ ├── common-dir
│ │ └── lower-file
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ │ └── lower-file
│ └── lower-file
├── merge
├── overlayfs_test.sh
├── upper
│ ├── common-dir
│ ├── common-file
│ ├── lower-dir
│ └── lower-file
└── work
└── work [error opening dir]
可以看出所有upper中的目錄和檔案被刪除了，所有lower中目錄和檔案都有對應的whiteout對應檔案。
參考文件：《深入理解overlayfs（一）：初識》、《深入理解overlayfs（二）：使用與原理分析》、《OverlayFS》、《DOCKER儲存驅動之OVERLAYFS簡介》。