Docker存储驱动之--overlay2

docker支持多种graphDriver，包括vfs、devicemapper、overlay、overlay2、aufs等等，其中最常用的就是aufs了，但随着linux内核3.18把overlay纳入其中，overlay的地位变得更重，最近也在自己的虚拟机上用overlay2作为docker存储驱动实验了一番，下面来做一个简单的笔记和总结。

docker默认的存储目录是/var/lib/docker，下面我们简单打印一下这个目录：

drwx------.  2 root root   24 Mar 28 07:13 builder
drwx------.  4 root root   92 Mar 28 07:13 buildkit
drwx------.  6 root root 4096 Mar 29 10:25 containers
drwx------.  3 root root   22 Mar 28 07:13 image
drwxr-x---.  3 root root   19 Mar 28 07:13 network
drwx------. 17 root root 4096 Mar 30 14:32 overlay2
drwx------.  4 root root   32 Mar 28 07:13 plugins
drwx------.  2 root root    6 Mar 30 14:32 runtimes
drwx------.  2 root root    6 Mar 28 07:13 swarm
drwx------.  2 root root    6 Mar 30 14:32 tmp
drwx------.  2 root root    6 Mar 28 07:13 trust
drwx------.  2 root root   25 Mar 28 07:13 volumes

在这里，我们只关心image和overlay2就足够了。
做这个实验之前，我们应该先启动一个容器，在这里使用nginx作为实验:

[root@10 docker]# docker run -d nginx
86b5733e54c7de5ef20cfb5574adedea6cbe11334517309badfbe7d313631310
[root@10 docker]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
86b5733e54c7        nginx               "nginx -g 'daemon of…"   4 seconds ago       Up 3 seconds        80/tcp              practical_vaughan

可以看到新启动的nginx容器的id是86b5733e54c7，我们继续往下看。

上面说了，我们只需要关心/var/lib/docker/image和/var/lib/docker/overlay2，可以先到/var/lib/docker/image打印一下：

[root@10 image]# ll
total 0
drwx------. 5 root root 81 Mar 28 10:00 overlay2

我们只能看到overlay2这个目录，想必聪明的你也猜到了，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。
接下来，使用tree命令浏览一下这个目录：

[root@10 image]# tree -L 2 overlay2/
overlay2/
|-- distribution
|   |-- diffid-by-digest
|   `-- v2metadata-by-diffid
|-- imagedb
|   |-- content
|   `-- metadata
|-- layerdb
|   |-- mounts
|   |-- sha256
|   `-- tmp
`-- repositories.json

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，那为什么区分image和layer呢？因为在docker中，image是由多个layer组合而成的，换句话就是layer是一个共享的层，可能有多个image会指向某个layer。
那如何才能确认image包含了哪些layer呢？答案就在imagedb这个目录中去找。比如上面启动的nginx容器，我们可以先找到这个容器对应的镜像：

[root@10 sha256]# docker image ls
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
...
nginx               latest              2bcb04bdb83f        3 days ago          109MB
...

可以看到，imageID是2bcb04bdb83f，再次记住这个id，我们打印/var/lib/docker/image/overlay2/imagedb/content/sha256这个目录：

oot@10 sha256]# ll
total 20
-rw-------. 1 root root 6025 Mar 28 09:01 2bcb04bdb83f7c5dc30f0edaca1609a716bda1c7d2244d4f5fbbdfef33da366c
-rw-------. 1 root root 1512 Mar 28 10:00 6d1ef012b5674ad8a127ecfa9b5e6f5178d171b90ee462846974177fd9bdd39f
-rw-------. 1 root root 1497 Mar 28 08:51 d8233ab899d419c58cf3634c0df54ff5d8acc28f8173f09c21df4a07229e1205
-rw-------. 1 root root 1686 Mar 28 10:00 eb426204290971fb3c7cfbf25e34308233b75080b6b3735ba5295056d915a998

第一行的2bcb04bdb83f7c5dc30f0edaca1609a716bda1c7d2244d4f5fbbdfef33da366c正是记录我们nginx镜像元数据的文件，接下来cat一下这个文件，得到一个长长的json：

......
"rootfs":{"type":"layers","diff_ids":
[
"sha256:5dacd731af1b0386ead06c8b1feff9f65d9e0bdfec032d2cd0bc03690698feda",
"sha256:dd0338cdfab32cdddd6c30efe8c89d0229d9f939e2bb736fbb0a52f27c2b0ee9",
"sha256:7e274c0effe81c48f9337879b058c729c33bd0199e28e2c55093d79398f5e8c0"
]
}}
......

由于篇幅原因，我只展示最关键的一部分，也就是rootfs。可以看到rootfs的diff_ids是一个包含了3个元素的数组，其实这3个元素正是组成nginx镜像的3个layerID，从上往下看，就是底层到顶层，也就是说5dacd731af1b0386ead06c8b...是image的最底层。既然得到了组成这个image的所有layerID，那么我们就可以带着这些layerID去寻找对应的layer了。
接下来，我们返回到上一层的layerdb中，先打印一下这个目录：

[root@10 layerdb]# ll
total 4
drwxr-xr-x. 3 root root   78 Mar 30 14:55 mounts
drwxr-xr-x. 8 root root 4096 Mar 28 10:00 sha256
drwxr-xr-x. 2 root root    6 Mar 28 10:00 tmp

在这里我们只管mounts和sha256两个目录，再打印一下sha256目录:

[root@10 sha256]# ll /var/lib/docker/image/overlay2/layerdb/sha256/
total 0
drwx------. 2 root root 85 Mar 28 09:01 166d13b0f0cb542034a2aef1c034ee2271e1d6aaee4490f749e72d1c04449c5b
drwx------. 2 root root 71 Mar 28 10:00 3fc64803ca2de7279269048fe2b8b3c73d4536448c87c32375b2639ac168a48b
drwx------. 2 root root 71 Mar 28 09:01 5dacd731af1b0386ead06c8b1feff9f65d9e0bdfec032d2cd0bc03690698feda
drwx------. 2 root root 85 Mar 28 10:00 95c536e393c4ffb38d29829c8ed21ae788832580a77436f15907bf646fe13387
drwx------. 2 root root 71 Mar 28 08:51 adab5d09ba79ecf30d3a5af58394b23a447eda7ffffe16c500ddc5ccb4c0222f
drwx------. 2 root root 85 Mar 28 09:01 dfce9ec5eeabad339cf90fce93b20f179926d5819359141e49e0006a52c066ca

在这里，我们仅仅发现5dacd731af1b038..这个最底层的layer，那么剩余两个layer为什么会没有呢？那是因为docker使用了chainID的方式去保存这些layer，简单来说就是chainID=sha256sum(H(chainID) diffid)，也就是5dacd731af1b038..的上一层的sha256 id是：

echo -n "sha256:5dacd731af1b0386ead06c8b1feff9f65d9e0bdfec032d2cd0bc03690698feda sha256:dd0338cdfab32cdddd6c30efe8c89d0229d9f939e2bb736fbb0a52f27c2b0ee9" | sha256sum -
166d13b0f0cb542034a2aef1c034ee2271e1d6aaee4490f749e72d1c04449c5b  -

这个时候，你能看到166d13b...这个layer层的目录了吧？依次类推，我们就能找出所有的layerID的组合。
但是上面我们也说了，/var/lib/docker/image/overlay2/layerdb存的只是元数据，那么真实的rootfs到底存在哪里呢？其中cache-id就是我们关键所在了。我们打印一下/var/lib/docker/image/overlay2/layerdb/sha256/5dacd731af1b0386ead06c8b1feff9f65d9e0bdfec032d2cd0bc03690698feda/cache-id:

[root@10 5dacd731af1b0386ead06c8b1feff9f65d9e0bdfec032d2cd0bc03690698feda]# cat cache-id
dffe31c1db6055910b3cd49366a2989d9cd2f3460844437b2190de44807095fa[

没错，这个id就是对应/var/lib/docker/overlay2/dffe31c1db6055910b3cd49366a2989d9cd2f3460844437b2190de44807095fa。因此，以此类推，更高一层的layer对应的cache-id也能找到对应的rootfs，当这些rootfs的diff目录通过联合挂载的方式挂载到某个目录，就能完整整个容器需要的rootfs了。