【docker】UnionFS联合操作系统

Linux 的 Namespace、CGroups 和 UnionFS 三大技术支撑了 Docker 的实现。

一、为什么需要联合文件系统？

在传统操作系统中，每个文件系统都是独立的孤岛。但当我们需要：

• 合并多个目录的内容

• 保持基础系统不变的同时进行修改

• 高效共享重复文件内容

UnionFS应运而生！它通过文件系统堆叠技术，将多个目录（通常是只读的）合并成一个统一的视图。

二、UnionFS的核心魔法原理

接下来我们用一个例子理解下UnionFS文件系统

创建以下目录

注意，layer1 和 layer2 目录中各有一个文件 file1，但文件内容不同。

• layer1 和 layer2：模拟 Docker镜像的只读层（类似刻录的光盘，内容不可变）

• upperlayer：模拟 容器的可写层（像透明便利贴，记录修改）

• mountedfs：联合挂载点（展示"合并后的世界"）

使用基本语法挂载文件系统：

说明：-t aufs：指定文件系统类型为 aufs。

-o br:upperlayer:layer1:layer2：-o 用于指定挂载选项。br 是 aufs 的选项，表示指定分支（branches）。upperlayer:layer1:layer2 是分支的具体路径，upperlayer 是上层目录，通常是可写

层。layer1 和 layer2 是只读层，通常是基础镜像层或依赖层。多个分支用冒号:分隔。

none：表示没有实际的设备文件，因为 aufs 是一个虚拟文件系统。

mountedfs：挂载点目录，即文件系统挂载的目标路径。

检查挂载点 mountedfs，可以看到其内容就是 layer1 和 layer2 的并集，注意 file1 的内容：

可以看到，挂载点目录的 file1 显示的是 layer1 中 file1 的内容，而没有显示 layer2 中 file1 的内容。 这是由在设置 AUFS 文件系统的分支（即层）的时候 upperlayer:layer1:layer2 选项所决定的，layer1 在前，AUFS 的优先级是从左到右的，这就意味着，如果一个文件存在于两个层中，则 AUFS 文件 系统中显示的版本将是最左侧层的版本，理解这一点非常重要。

接下来，我们在挂载点目录创建一个内容为"new content for file4"的新文件 file4：

file4 实际是创建在了 upperlayer 这一可写层的。

继续，如果删除挂载点目录文件 file1，会发生什么情况呢？

删除file1,挂载点mountedfs中的file1尽管被删除了，实际在 upperlayer 生成 隐藏标记文件（ .wh.file1）（告诉系统：虽然底层有file1，但请假装看不见）,layer1/file1 和 layer2/file1 完好无损。这样，file1 文件不会显示在最终挂载的文件系统中。

如果我们在挂载点目录重新创建 file1 时（注意文件内容和前面删除的并不一样），那么

这个控制文件会被移除掉，新的 file1 所在目录是在 upperlayer 中。

三、总结

当运行容器时：

1. 在只读镜像层之上添加可写层

2. 所有运行时修改发生在可写层

3. 容器删除 → 可写层消失 → 镜像保持纯净

UnionFS的核心优势其实围绕三个关键词：共享、隔离、效率。具体体现在：

1 分层机制节省存储空间（多个容器共享基础镜像层）

2 写时复制保证安全性（原始镜像永不修改）

3 联合挂载实现高效部署（无需复制完整文件系统）